項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)在信號分析與處理課程中的實(shí)踐

魏東　張釗

摘 要 算法實(shí)踐與應(yīng)用是“信號分析與處理”課程教學(xué)活動中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)過程中存在學(xué)生理論應(yīng)用能力差、實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容少、學(xué)生解決問題能力差等問題。針對相關(guān)問題，對信號課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、課程實(shí)驗(yàn)、評價(jià)考核進(jìn)行深入的探討和研究，運(yùn)用項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式，提升了學(xué)生理論應(yīng)用水平和自主創(chuàng)新能力，對提升學(xué)生在工程實(shí)踐中應(yīng)用理論知識的能力有著極大的促進(jìn)。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目驅(qū)動 信號處理 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.06.045

Practice of Project Driven Teaching in the Course of Signal Analysis and Processing

WEI Dong， ZHANG Zhao

（School of International Finance & Banking， University of Science and

Technology Liaoning， Anshan， Liaoning 114051）

Abstract Algorithm practice and application is an important link of teaching activities on the signal analysis and processing. There exist some problems in traditional teaching practice， students theory application ability is poor， less practice teaching content， the issue such as difference of students' ability to solve the problem. According to related problem， teaching content， teaching process， curriculum experiment， evaluation of the course of signal analysis and processing have been deathly discussion and research. Project driven type teaching mode was used in teaching practice， and the students' ability of application of theoretical knowledge in engineering practice has a great promotion.

Keywords project driven； signal processing； teaching practice

“信號分析與處理”課程是一門理論性較強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的理論分析能力和工程實(shí)踐能力，在測控技術(shù)與儀器專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)中起著重要的作用。課程系統(tǒng)介紹信號分析、處理的基本概念、原理、技術(shù)、方法，與“自動控制理論”等課程配合，共同構(gòu)成關(guān)于信號與系統(tǒng)的完整的工程科學(xué)基礎(chǔ)。

算法實(shí)踐與應(yīng)用是“信號分析與處理”課程教學(xué)活動中的重要環(huán)節(jié)，它可以提升學(xué)生的理論應(yīng)用能力和實(shí)踐動手能力。傳統(tǒng)的教學(xué)過程中存在學(xué)生理論應(yīng)用能力差、實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容少、學(xué)生解決問題能力差等問題。[1]課題組充分分析了測控技術(shù)與儀器、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)的行業(yè)崗位需求，據(jù)此對專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)大綱做了針對性修改，在教學(xué)模式中注重體現(xiàn)對工程素質(zhì)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在課程中引入項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)并取得了良好效果，提升了學(xué)生理論應(yīng)用水平和自主創(chuàng)新能力，對提升學(xué)生在工程實(shí)踐中應(yīng)用理論知識的能力有著極大的促進(jìn)。

1 信號分析與處理課程教學(xué)面臨的問題

（1）教學(xué)內(nèi)容偏重理論分析，不重視實(shí)踐應(yīng)用。教材內(nèi)容側(cè)重理論分析和推導(dǎo)過程，對理論應(yīng)用于實(shí)踐的內(nèi)容講述不足，課程內(nèi)容對學(xué)生缺乏吸引力，未能導(dǎo)入貼合學(xué)生接觸層面的前沿技術(shù)動向和工程應(yīng)用案例。（2）學(xué)生缺乏主動學(xué)習(xí)意識，自主學(xué)習(xí)能力較弱。教師作為課程主體是傳統(tǒng)教學(xué)過程的核心，教師完全主導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生無法決定具體講授什么內(nèi)容，在灌輸式的教學(xué)過程培養(yǎng)下，學(xué)生逐漸習(xí)慣于被動接受，對主動學(xué)習(xí)完全沒有概念。（3）學(xué)生實(shí)踐能力差，難以獨(dú)立解決問題。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，教師指導(dǎo)學(xué)生的過程中大多針對某個具體地知識點(diǎn)，而且受實(shí)驗(yàn)時間的限制不能給學(xué)生足夠的獨(dú)立思考時間，多數(shù)都是以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主，學(xué)生解決問題和分析能力難以得到鍛煉。（4）教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新，沒有有效的教學(xué)互動。課堂教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容往往是教師根據(jù)教材章節(jié)順序設(shè)計(jì)，對教材內(nèi)容的使用缺乏創(chuàng)新性，教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)效果反饋機(jī)制不健全，無法與學(xué)生產(chǎn)生有效的溝通互動。（5）考核評價(jià)體系不完善。課程考核中多采用筆試為主要形式，以考試成績作為評價(jià)學(xué)生最終成績的主要標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)踐學(xué)習(xí)效果評價(jià)和考核所占比重低，且對學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力缺乏有效評價(jià)。

2 項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)的特點(diǎn)

項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)與傳統(tǒng)式教學(xué)方法不同，它要求在實(shí)際教學(xué)過程中必須發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，使得理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐能夠有機(jī)結(jié)合。[2]項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)以學(xué)生為中心、以項(xiàng)目為載體、以成果為驅(qū)動、以實(shí)際情景為學(xué)習(xí)環(huán)境，在學(xué)校環(huán)境下盡可能模擬企業(yè)項(xiàng)目的開發(fā)流程。教師組織和引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過程中自主研究，通過積極投入實(shí)際項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，學(xué)生可以深入理解所學(xué)專業(yè)知識，并充分了解相關(guān)知識的實(shí)際應(yīng)用。[3]

項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法不同?！叭蝿?wù)驅(qū)動”教學(xué)法，是教師或者學(xué)生根據(jù)某一個教學(xué)環(huán)節(jié)或內(nèi)容的要求，以完成具體任務(wù)為線索，把教學(xué)內(nèi)容融入到設(shè)定的任務(wù)中，通過教師的指導(dǎo)或則學(xué)生自主提出解決問題的思路和方法，并進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)或操作以完成相應(yīng)的任務(wù)。[4]它更細(xì)化到某一技術(shù)環(huán)節(jié)，相比項(xiàng)目驅(qū)動式的整體性略差。項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式更注重課程教學(xué)內(nèi)容的綜合性和完整性，應(yīng)當(dāng)以實(shí)際工程項(xiàng)目需求為基礎(chǔ)，組織學(xué)生建立項(xiàng)目小組，分工協(xié)作完成項(xiàng)目，達(dá)到學(xué)以致用的目的。項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)特點(diǎn)包括以下幾方面：

（1）教學(xué)內(nèi)容方面：以完成具體的項(xiàng)目內(nèi)容為基本要求，不限于個別知識點(diǎn)的介紹和考查，以具體的項(xiàng)目要求布置相應(yīng)的任務(wù)，由學(xué)生分組合作完成，通過項(xiàng)目完成的過程使學(xué)生不斷提高知識應(yīng)用能力。

（2）教學(xué)方法方面：注重教師的引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，教師不提供完整解決方案和實(shí)現(xiàn)方法，而是使學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需求主動學(xué)習(xí)，分析問題解決問題，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從學(xué)會到會學(xué)的轉(zhuǎn)變。

（3）能力培養(yǎng)方面：不僅需要注意學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生項(xiàng)目的完成過程中，學(xué)會獨(dú)立思考問題、探索合作解決問題。教師則引導(dǎo)他們進(jìn)行討論和交流，在合適的時候給出意見和建議，使學(xué)生學(xué)會分工協(xié)作，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作意識。

（4）指導(dǎo)思想方面：項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)的指導(dǎo)思想應(yīng)是以學(xué)生為中心。項(xiàng)目小組組建后，項(xiàng)目調(diào)研、確立方案、任務(wù)分解和設(shè)計(jì)、實(shí)際制作與調(diào)試以及結(jié)題報(bào)告的完成，都應(yīng)由學(xué)生為主導(dǎo)自主進(jìn)行，教師僅僅做適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，讓學(xué)生完全自主，可以使學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到充分鍛煉。同時，要注意根據(jù)學(xué)生的個體情況差異進(jìn)行個別指導(dǎo)，真正因材施教，在實(shí)踐教學(xué)過程中注意形成雙向互動。

3 項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)的實(shí)踐

3.1 項(xiàng)目內(nèi)容的確定與設(shè)計(jì)

項(xiàng)目內(nèi)容的合理設(shè)計(jì)是取得良好教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，項(xiàng)目內(nèi)容既要涵蓋理論知識又要和工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，所選的項(xiàng)目內(nèi)容來源于生產(chǎn)實(shí)際需要或模仿實(shí)際需求，以實(shí)際生產(chǎn)過程為中心，選取具有典型性和案例型的項(xiàng)目任務(wù)。針對項(xiàng)目任務(wù)的具體需求，教師幫助學(xué)生逐個分析項(xiàng)目中的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，教師先為學(xué)生具體演示實(shí)驗(yàn)操作方法和步驟，增加學(xué)生直觀感受，同時為項(xiàng)目教學(xué)建立相應(yīng)的學(xué)習(xí)情境，以便提高學(xué)習(xí)熱情和效率。

項(xiàng)目分解也是非常重要的一個環(huán)節(jié)，每個項(xiàng)目子任務(wù)都要與相應(yīng)理論知識對應(yīng)，任務(wù)設(shè)計(jì)和理論知識學(xué)習(xí)可以同步進(jìn)行，學(xué)生在做項(xiàng)目的過程中加深對相應(yīng)知識的理解。以信號分析與處理課程為例，課程講授的內(nèi)容主要包括：連續(xù)時間信號的頻域分析、離散傅里葉變換（DFT）及FFT快速算法原理及應(yīng)用、模擬濾波器設(shè)計(jì)、IIR數(shù)字濾波器及FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等。結(jié)合學(xué)校行業(yè)背景和專業(yè)特色，選取機(jī)械設(shè)備振動信號分析、流行歌曲人聲信號消除等為項(xiàng)目內(nèi)容，要求完成信號頻譜分析、特定頻率成分篩選、快速算法計(jì)算量對比等工作。

3.2 項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法實(shí)施方案

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法中，用項(xiàng)目把整個教學(xué)內(nèi)容貫穿起來，授課順序根據(jù)項(xiàng)目所需的知識點(diǎn)組織單元教學(xué)，所需基本知識和能力穿插在各子任務(wù)過程中完成。教師在課堂授課時，演示整個信號的獲取和處理過程，讓學(xué)生熟悉各個環(huán)節(jié)的組成，體會不同處理后的效果，引起學(xué)生興趣，然后介紹每種處理用到的知識，將整個項(xiàng)目進(jìn)行分解。具體實(shí)施過程中分為以下幾個階段開展：

（1）確定項(xiàng)目小組。根據(jù)教師擬出的一個或數(shù)個可供選擇的項(xiàng)目或來自學(xué)生的想法所形成的項(xiàng)目，與學(xué)生討論、確定項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)，學(xué)生根據(jù)各自擅長的領(lǐng)域和分工自發(fā)組成項(xiàng)目小組，每組成員3～4人，內(nèi)部協(xié)商確定小組負(fù)責(zé)人，在教師給出的項(xiàng)目中選擇教學(xué)項(xiàng)目，并與教師確認(rèn)所選項(xiàng)目的具體要求及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）制定工作計(jì)劃。由項(xiàng)目小組制定工作計(jì)劃，確定工作步驟和程序，明確任務(wù)分工和要求，確定任務(wù)完成時間點(diǎn)。

（3）組織項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目小組安排完分工任務(wù)后，小組成員協(xié)作或獨(dú)立完成項(xiàng)目，具體工作步驟和程序由小組負(fù)責(zé)人安排和掌控；實(shí)施過程中，教師做好指導(dǎo)工作，側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生自己思考和解決問題，而不能直接提供完整解決方案。

（4）階段匯報(bào)與進(jìn)度展示。與實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)過程相對應(yīng)，教學(xué)項(xiàng)目研發(fā)的評價(jià)和考核也應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展同步進(jìn)行，各小組按期完成階段性目標(biāo)，教師定期組織項(xiàng)目交流，對項(xiàng)目進(jìn)展和出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析講解。

（5）撰寫結(jié)題與總結(jié)報(bào)告。整個任務(wù)完成后，每個學(xué)生撰寫總結(jié)報(bào)告，小組撰寫項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告，教師組織答辯，聽取學(xué)生對項(xiàng)目情況的介紹并做出評價(jià)。

3.3 課后拓展提高與考核監(jiān)督

設(shè)計(jì)過程的各階段，教師都應(yīng)監(jiān)督學(xué)生設(shè)計(jì)完成情況和小組各成員的表現(xiàn)情況。結(jié)題時教師根據(jù)立項(xiàng)時確認(rèn)的項(xiàng)目任務(wù)書，考核項(xiàng)目完成情況，給出評價(jià)結(jié)果和成績，并提出針對性的改進(jìn)意見和建議。項(xiàng)目考核的重點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能是否實(shí)現(xiàn)，并以答辯的形式就項(xiàng)目中的問題對學(xué)生進(jìn)行考核?？己撕驮u價(jià)采用綜合方式進(jìn)行，主要包括：（1）項(xiàng)目過程表現(xiàn)評價(jià)。根據(jù)學(xué)生在小組中的作用，所負(fù)責(zé)任務(wù)的具體完成情況，與小組成員的協(xié)作情況，對學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)。（2）文檔撰寫質(zhì)量評價(jià)。項(xiàng)目文檔的撰寫需要貫穿整個項(xiàng)目，各個階段的項(xiàng)目進(jìn)展均以文檔形式體現(xiàn)，根據(jù)學(xué)生提交的文檔，評價(jià)學(xué)生文檔撰寫是否規(guī)范，文檔是否齊全。（3）項(xiàng)目完成情況評價(jià)。采用答辯的方式對學(xué)生的整個項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，完成效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。（4）團(tuán)隊(duì)合作情況評價(jià)。每個學(xué)生對自己小組其他成員參與項(xiàng)目的情況做出評價(jià)，教師通過過程監(jiān)督和答辯等環(huán)節(jié)對學(xué)生合作情況進(jìn)行評價(jià)。

4 結(jié)語

高等工程教育應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)工程本質(zhì)，項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)符合工科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，能夠充分體現(xiàn)以學(xué)生為本、以培養(yǎng)目標(biāo)為核心，對學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)具有極大的促進(jìn)作用。通過信號分析與處理的課程教學(xué)實(shí)踐表明，項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、項(xiàng)目為主線的教學(xué)方式，能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際需求相結(jié)合，將課堂的理論知識與實(shí)際項(xiàng)目需求相結(jié)合，促使學(xué)生在項(xiàng)目研究過程中提升自身實(shí)踐能力和水平。

基金項(xiàng)目：本文系遼寧科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題教改項(xiàng)目（GJ18YB04）的研究成果

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