數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革探索

【摘 要】本文分析傳統(tǒng)數(shù)字信號處理課程教學(xué)存在的問題，提出從教材、教學(xué)方法、考核方式進行全面改革，貫徹“以問題為中心”的教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號處理課程 教學(xué)改革 應(yīng)用型人才

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）11C-0163-02

數(shù)字信號處理是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)課，理論性和實踐性都很強。隨著數(shù)字技術(shù)在測控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，該門課程的重要性日益凸顯。但在應(yīng)用型高校，教學(xué)實踐的反饋卻不容樂觀。學(xué)生覺得課程難學(xué)，同時學(xué)完之后感覺收獲不大，不知如何應(yīng)用?，F(xiàn)行教材以及教學(xué)方法與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的脫節(jié)，是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的重要原因?；诖耍覀儗?shù)字信號處理課程的教材、教學(xué)模式、考核方式等進行了改革，其目的是探索一套適合學(xué)校定位和學(xué)生實際的教學(xué)方法，使學(xué)生能夠真正學(xué)有所得，學(xué)能所用，切實提高課堂教學(xué)效率。

一、數(shù)字信號處理課程教學(xué)存在的問題

在課程教學(xué)上，多數(shù)應(yīng)用型高校并未真正厘清與研究型高校的區(qū)別，無論是教材選用還是教學(xué)方法的采用，都盲目照搬，既沒有自己的特色，也不符合自己學(xué)生的實際需求?？偟膩砜?，存在以下問題：

第一，教學(xué)內(nèi)容理論介紹過多，實踐技能介紹偏少。枯燥的理論使部分學(xué)生心理上產(chǎn)生為難情緒，而缺少應(yīng)用技能的介紹，則使學(xué)生學(xué)完之后不知如何應(yīng)用，反過來進一步加劇了對課程內(nèi)容的厭煩，降低了學(xué)習(xí)興趣。

第二，教學(xué)過程理論論證過多，圖像演示過少。數(shù)字信號處理實際上是一門實踐驅(qū)動型的課程，每一個課題都來源于實踐，都可以通過信號處理的實際結(jié)果來加以說明。通過圖像來演示不同方法處理數(shù)字信號的結(jié)果，有利于深刻理解數(shù)字信號處理的基本原理，增加課程的趣味性。

第三，教材編排比較呆板，缺乏目的性，不利于課堂教學(xué)效率的提高。現(xiàn)行教材基本上按照理論體系來編排章節(jié)，這雖然提高了章節(jié)的邏輯性，但同時也造成整個課程知識點的模糊，導(dǎo)致學(xué)生上課心中無數(shù)，學(xué)完也不知如何應(yīng)用。

第四，教學(xué)方法上知識灌輸較多，學(xué)生主動參與較少。這種老師唱主角的教學(xué)方法，不關(guān)心學(xué)生的差異性，不符合“以學(xué)生為主體”的教學(xué)內(nèi)在要求，也不符合“因材施教”的教學(xué)規(guī)律?？赡茉斐伞安辉撝v的講多了，該講的講少了”的局面，教學(xué)效率不高。同時，課堂缺少學(xué)生的積極參與，也不利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨立思考能力的培養(yǎng)，其結(jié)果就是學(xué)生走上工作崗位后解決實際問題能力的缺乏，這是目前高等教育廣被詬病的一個大問題。要想解決這一問題，必須加強學(xué)生思維能力的訓(xùn)練，讓學(xué)生的腦筋轉(zhuǎn)起來。訓(xùn)練的最好平臺，就是課堂。

二、數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革實踐

為了與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)相契合，提升學(xué)生應(yīng)用知識解決問題的能力，提高課堂教學(xué)效率，我們對數(shù)字信號處理的教學(xué)進行了全方位的改革，包括教學(xué)組織、教材編寫、考核方式等方面。

1.貫徹“以問題為中心”的教學(xué)方法，把課堂還給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，解決問題”的能力，提高課堂教學(xué)效率。主要流程如下：

（1）把班級同學(xué)劃分為若干學(xué)習(xí)小組（比如按照宿舍來劃分），作為課程學(xué)習(xí)、討論、撰寫研究報告的基本單位，小組的學(xué)習(xí)活動由小組長負(fù)責(zé)。

（2）以網(wǎng)絡(luò)為載體，在課堂教學(xué)前把將要學(xué)習(xí)的主題、基本理論知識等掛在網(wǎng)上，供學(xué)習(xí)小組預(yù)先討論、學(xué)習(xí)，并匯總需要解決的問題。

（3）課堂教學(xué)以學(xué)生討論為主。首先由每個小組將提出的問題列出，教師對問題進行梳理和補充；然后針對每個問題，學(xué)習(xí)小組進行討論。

（4）通過討論得到各個問題的結(jié)論，未能得出結(jié)論的，由教師進行進一步講解，最終達到解決問題的目的。

（5）學(xué)習(xí)小組根據(jù)課堂所學(xué)內(nèi)容，完成相應(yīng)課后研究性作業(yè)，撰寫研究報告。

2.編寫配套教材，增強工程應(yīng)用訓(xùn)練。為了與上述教學(xué)方法相適應(yīng)，我們重新編寫了數(shù)字信號處理教材。與傳統(tǒng)教材相比，新編教材在體例、結(jié)構(gòu)上都有所突破，獨具特色。主要特點為：

（1）教材以專題為基本的組織形式，共分15個專題。每個專題集中闡述數(shù)字信號處理中的一個知識點，大概占一次課（兩個課時）的分量，目的是希望每堂課能真正解決一個問題，切實發(fā)揮課堂教學(xué)的作用，提高教學(xué)效率。若干個專題圍繞一個主題展開，這些專題將組成一章。因此，在書中章的結(jié)構(gòu)是松散的，專題才是核心。

（2）每個專題按照“理論基礎(chǔ)—應(yīng)用基礎(chǔ)—問題討論—知識運用—實戰(zhàn)演練”五段式結(jié)構(gòu)來編寫。

理論基礎(chǔ)介紹每個專題所涉及的基本理論，本著“夠用”的目的，只對最基本的理論作介紹，不作深入的原理推導(dǎo)。

應(yīng)用基礎(chǔ)介紹相關(guān)應(yīng)用技能，特別是運用MATLAB進行信號處理的相關(guān)函數(shù)和命令。

問題討論則注重于對理論的理解，圍繞專題中的理論知識，以提問的形式來對理論進行闡釋。

知識運用聚焦于運用理論知識和應(yīng)用技能來解決實際問題，運用大量實例來演示如何進行實際的分析和設(shè)計；而反過來，實際的應(yīng)用過程，也有助于加深學(xué)生對理論知識的理解。

實戰(zhàn)演練則是留給學(xué)生的研究性作業(yè)，旨在讓學(xué)生能學(xué)以致用，在理解的基礎(chǔ)上獨立運用所學(xué)知識解決實際問題。

3.改革考核方法，增強應(yīng)用能力考核。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一個重要指標(biāo)，是學(xué)生必須能解決實際問題。這一能力，要靠平時的點滴積累?？己说闹饕獙?dǎo)向是弱化閉卷考核，強化過程考核，重視應(yīng)用能力，避免“一卷定終身”現(xiàn)象?？己酥饕绞綖椋?/p>

（1）發(fā)現(xiàn)問題能力考核，占總成績的30%。每個學(xué)習(xí)小組在課堂上提出問題、參與討論問題的情況都要詳細(xì)記錄，作為課程考核的一項重要內(nèi)容。以小組為單位進行考核的原因在于：一方面有利于課堂討論的順利推進，另一方面也是培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神的舉措。

（2）應(yīng)用能力的考核，占總成績的40%。應(yīng)用能力考核主要通過課后研究性作業(yè)和綜合設(shè)計兩部分組成。每個專題的實戰(zhàn)演練部分，要求學(xué)生按照工程設(shè)計要求來完成，做到論證充分、數(shù)據(jù)詳實、結(jié)論清晰，完成后撰寫研究報告，所有15個專題的研究報告連同綜合設(shè)計報告要匯編成冊，作為期末考核的重要材料。

（3）知識能力考核，占總成績的30%。這部分主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論掌握的程度，以閉卷考試的形式進行。

三、改革效果與存在的問題

上述教學(xué)改革在常熟理工學(xué)院實施了兩年，總的來看，取得了較好的效果，許多預(yù)期的目標(biāo)得到改善。主要表現(xiàn)在：

第一，學(xué)習(xí)內(nèi)容更加清晰。學(xué)生普遍反映，15個專題的教材編排，讓他們對數(shù)字信號處理課程要求掌握的主要內(nèi)容，以及這些內(nèi)容的主要作用更加清晰，基本理順了各個知識點所涵蓋的理論知識和所需要的應(yīng)用技能。

第二，應(yīng)用技能大幅提高。通過15個專題的研究性作業(yè)訓(xùn)練，學(xué)生基本掌握了如何進行頻譜分析，如何設(shè)計數(shù)字濾波器等基本技能。知識學(xué)習(xí)和知識運用相得益彰，不再互相脫節(jié)，學(xué)習(xí)的目的性更明確。

第三，學(xué)習(xí)積極性和主動性得到改善。由于提問和討論占考核比重較大，逼迫學(xué)生參與到課堂進程中，使他們由“帶著耳朵上課”，逐步改變到“帶著腦袋上課，帶著嘴巴上課”，課堂氣氛有所改善。通過學(xué)生自己提出問題，也能夠使他們更加深刻理解相關(guān)問題的難點所在，從而知識掌握得更加牢固，教學(xué)也更能“有的放矢”，效率有所提高。

在實踐中，也存在一些問題，使預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)未能完全實現(xiàn)。主要有：

其一，課堂討論的順利推進需要更有效的措施。受傳統(tǒng)方式的影響，學(xué)生參與課堂討論的主動性還不夠，這可能會影響到教學(xué)進程的進行?！耙詥栴}為中心的”教學(xué)方式，希望通過學(xué)生的討論來求得問題的解答，借此鍛煉學(xué)生解決問題的能力。如果學(xué)生的討論需要教師的催促和點名，將會達不到預(yù)期的目的。這一問題的解決，需要耐心和時間，也需要教師提高掌控教學(xué)進程的能力。

其二，如何保證學(xué)生完成研究性作業(yè)的獨立性，還需要更合理的考核方法。研究性報告的撰寫，應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力的好方法，但是由于研究性作業(yè)需要在課后花一定的時間才能完成，存在互相抄襲的可能，這給最后成績的評定帶來一定困難。一組一題或許是解決之道，當(dāng)班級人數(shù)較多時，這需要教師提供更多的研究性課題。

其三，學(xué)習(xí)小組成員之間的協(xié)作互助機制，還需要進一步完善。劃分學(xué)習(xí)小組的主要目的是提高問題討論的有效性，因為課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)需要充分的討論才能凝練出有價值的問題。但實踐中也發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)小組成員參與課堂討論的程度并不均衡，有的成員積極主動，有的成員則較為被動。由于討論、研究性作業(yè)等基本上都以小組為單位進行，從而被動型成員始終得不到相應(yīng)的訓(xùn)練，最終應(yīng)用技能所得甚少。如何保持學(xué)習(xí)小組的協(xié)作性和成員獨立性的同步發(fā)展，還需要進一步的探索。

總之，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是當(dāng)前企業(yè)界對高校的期待，也日益成為教育界的共識，應(yīng)用型高校對此責(zé)無旁貸，應(yīng)該有所擔(dān)當(dāng)。為滿足這一教學(xué)需求，應(yīng)用型高校的相關(guān)課程的教材教法必須大膽改革，與研究型高校有所區(qū)別，才能真正立足，取得實效。數(shù)字信號處理課程的改革實踐，是我們所做的一點嘗試，希望能起到拋磚引玉的作用，為人才培養(yǎng)模式改革的大潮增添浪花。

【參考文獻】

[1]劉旭，梁婷.高效課堂教學(xué)改革：一種教師課程意識的思考[J].教師教育研究，2012（6）

[2]郭玉蓮.課堂教學(xué)模式改革談?wù)揫J].教育理論與實踐，2012（10）

[3]朱德全，張家瓊，桂平.提升課堂教學(xué)有效性的實踐探索[J].教育研究，2010（4）

[4]易奇志.探索大學(xué)課堂教學(xué)的有效性[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報，2010（4）

【基金項目】江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目（PPZY2015C215）

【作者簡介】鐘黎萍（1970— ），男，湖南桑植人，常熟理工學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院副教授。

（責(zé)編 王 一）