“數(shù)字信號(hào)處理”課程研究型教學(xué)改革與探索

卜凡亮　趙守國　王鎖柱

文章編號(hào)：1672-5913(2009)08-0081-02

摘要：本文介紹了在“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)中采用讓學(xué)生參與教學(xué)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和樂趣，改革“數(shù)字信號(hào)處理”的實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式，探索提高學(xué)生創(chuàng)新能力和研究能力的方法，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，得到比較滿意的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；教學(xué)改革；研究型教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“數(shù)字信號(hào)處理”是電子、通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著數(shù)字化和信息化的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理的地位和作用越來越突出，新的算法層出不窮,有關(guān)的器件更是新品迭出，令人目不暇接。無庸諱言，新的算法和新的器件主要來自國外，有關(guān)的文獻(xiàn)和器件手冊，基本上都是用英文撰寫。這就要求在本領(lǐng)域從事教育、研究、開發(fā)的工作人員，能夠用英文熟練地檢索、閱讀、理解有關(guān)的理論、方法、算法、以及各種使用手冊，并能用英文嫻熟地撰寫比較地道的學(xué)術(shù)論文、技術(shù)報(bào)告和文檔。更為重要的是，我們的課程教學(xué)中仍然普遍采用的滿堂灌輸?shù)慕虒W(xué)理念和方法，這與世界一流大學(xué)的引導(dǎo)式、啟發(fā)式、互動(dòng)式的研究型教學(xué)理念和方法之間，存在較大的差距。鑒于此，經(jīng)過多年的研究、實(shí)踐和探索，在對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)中采用課堂互動(dòng)、課間討論、學(xué)生講授習(xí)題課、分組論文寫作與講述等新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，得到比較滿意的教學(xué)效果。

1 “數(shù)字信號(hào)處理”課程研究型教學(xué)的理念

1.1理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重，最新科研成果運(yùn)用到教學(xué)過程中

理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)各有側(cè)重，但不是相互獨(dú)立，而是相互交叉和滲透。實(shí)踐教學(xué)不是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充，而是理論教學(xué)的重要延伸。數(shù)字信號(hào)處理一方面表現(xiàn)出重要專業(yè)基礎(chǔ)課的特質(zhì)，另一方面也體現(xiàn)出重要技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn)。將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新能力的重要手段。 把最新教學(xué)和科研成果運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，在實(shí)踐教學(xué)中開展綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生開拓視野，加深對(duì)本課程基礎(chǔ)理論的理解，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，充分將理論和實(shí)際有機(jī)結(jié)合，最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力。

1.2注重?cái)?shù)字信號(hào)處理課程與后續(xù)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合

將數(shù)字信號(hào)處理課程與信號(hào)采集和信號(hào)檢測、數(shù)字圖像處理、數(shù)字語音處理、統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理和DSP原理及應(yīng)用等課程有機(jī)結(jié)合，在課堂講授中注重所學(xué)知識(shí)的聯(lián)系及應(yīng)用，使學(xué)生學(xué)有所用，學(xué)有會(huì)用，全面了解數(shù)字信號(hào)處理中的知識(shí)要點(diǎn)，形成發(fā)散的思維，從而使所學(xué)的知識(shí)構(gòu)成有機(jī)的整體，有利于學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

2 “數(shù)字信號(hào)處理”課程研究型教學(xué)采取的措施和方法

2.1改革理論課教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

在教學(xué)活動(dòng)中改革教學(xué)方式，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，注重學(xué)生思維方式和能力的培養(yǎng)，修訂教學(xué)計(jì)劃，編寫適應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)的新教材，改革課程設(shè)置及其內(nèi)容，增加實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練，重新設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在教學(xué)實(shí)踐中探索創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式，著眼于提高學(xué)生的全面素質(zhì)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。讓同學(xué)參與習(xí)題課的講授，充分調(diào)動(dòng)同學(xué)的積極性，采取的措施是重點(diǎn)章節(jié)同學(xué)自己講述習(xí)題，同學(xué)把準(zhǔn)備好的講授習(xí)題PPT發(fā)給老師，這樣可以提高課堂同學(xué)講授的效率，老師在每位同學(xué)講授完后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，講授比較好的不需要再細(xì)講，講授過程中出現(xiàn)問題比較多的老師可以重點(diǎn)講解。為保持同學(xué)對(duì)于講授習(xí)題課積極性，要給講授習(xí)題課的同學(xué)一定的獎(jiǎng)勵(lì)措施，如可期末考試總成績加2-3分。該方法已經(jīng)連續(xù)試驗(yàn)多年，每次同學(xué)的積極性都很高。得到的很好的效果，在教學(xué)督導(dǎo)組聽課中給予積極評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)如下：“習(xí)題課新穎。由于學(xué)生做成的PPT上臺(tái)講解，然后老師釋疑，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的自覺性?！?/p>

2.2改革實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，提高實(shí)踐教學(xué)的效果和效率

針對(duì)目前學(xué)生大部分擁有計(jì)算機(jī)，改革部分實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方式。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課開始前根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求每個(gè)學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)、原理、實(shí)現(xiàn)思路、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)果分析以及心得體會(huì)和感想。在實(shí)驗(yàn)課中主要對(duì)學(xué)生的疑難問題進(jìn)行答疑和實(shí)驗(yàn)技能考核，這樣更能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課堂中同學(xué)可以進(jìn)行討論和更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，使得同學(xué)的動(dòng)手能力得到較大提高，為畢業(yè)論文設(shè)計(jì)等打下良好的基礎(chǔ)。

2.3利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高學(xué)生自信心和學(xué)習(xí)動(dòng)力

利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓學(xué)生訪問國外著名大學(xué)的相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理課程的網(wǎng)站，通過對(duì)比學(xué)習(xí)，尋找差距及時(shí)彌補(bǔ)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到國內(nèi)外本課程教學(xué)的不同側(cè)重點(diǎn)，了解我們的教學(xué)條件并不比國外差，從而提高自信心和學(xué)習(xí)的動(dòng)力。同時(shí)學(xué)習(xí)國外課程綜合大作業(yè)的考核方式，鼓勵(lì)同學(xué)了解數(shù)字信號(hào)處理發(fā)展的最新成果，寫一篇關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的綜述性論文，做到學(xué)以致用。培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力和綜合運(yùn)用能力。

2.4加強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，提高科學(xué)素質(zhì)、動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性與創(chuàng)新性特點(diǎn)，在教學(xué)過程中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神有特別重要的作用。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)的比例科學(xué)化和系統(tǒng)化。加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，重視綜合實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；把科學(xué)研究和自主開發(fā)引入教學(xué)過程。讓學(xué)生擁有更多自我設(shè)計(jì)的空間和選擇學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生始終保持熱情和激情去學(xué)習(xí)。

原有實(shí)驗(yàn)課大部分都是同學(xué)按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的所給步驟，進(jìn)行操作和編程，學(xué)生們照貓畫虎，即使得到滿意結(jié)果，也并不了解所以然，達(dá)不到對(duì)理論課內(nèi)容加深理解的目的，我們采用綜合實(shí)驗(yàn)辦法，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成處理方法的設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行論證，使其學(xué)生們真正了解所學(xué)知識(shí)的要點(diǎn)，鍛煉學(xué)生綜合科研能力和獨(dú)立分析解決問題的實(shí)際能力，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3 “數(shù)字信號(hào)處理”研究型教學(xué)手段

首先，針對(duì)本課程的特點(diǎn)，采取理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，使學(xué)生學(xué)以致用，提高學(xué)習(xí)興趣。通過課堂演示和基于MATLAB的算法仿真實(shí)驗(yàn)等多層次的教學(xué)活動(dòng)，幫助同學(xué)進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)和深化課堂上學(xué)到的有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本原理以及基本的信號(hào)處理操作，使學(xué)生逐步克服了對(duì)DSP的陌生和恐懼心理，激發(fā)了同學(xué)們強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，激發(fā)了同學(xué)們專業(yè)課學(xué)習(xí)的興趣。改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)為引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)，理論講解使學(xué)生掌握基本概念和基本原理，例題與習(xí)題解答使學(xué)生學(xué)會(huì)分析問題和分析問題的方法，并深化基本理論，而現(xiàn)場仿真實(shí)驗(yàn)是調(diào)動(dòng)同學(xué)們的參與意識(shí)，使學(xué)生親身感受數(shù)字信號(hào)處理算法的性能，提高學(xué)習(xí)興趣，寓教于樂。

其次，開展課堂板書、多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的授課方式。針對(duì)一些基本原理和基本方法的推導(dǎo)和證明的需要，我們?nèi)匀谎永m(xù)課堂板書的授課方式，讓學(xué)生一步一步跟上教師的思路，同時(shí)在板書的同時(shí)留足夠的時(shí)間讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)；而對(duì)于一些需要形象理解、圖示舉例以及演示的部分，我們采用多媒體教學(xué)方式，充分利用聲音、圖像、視頻、動(dòng)畫等多種形式進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)；針對(duì)課后的復(fù)習(xí)、相關(guān)背景知識(shí)的學(xué)習(xí)以及課堂內(nèi)容的擴(kuò)展部分，充分利用網(wǎng)絡(luò)，建立課程主頁，提供相關(guān)資源和討論空間。

第三，加強(qiáng)MATLAB語言與數(shù)字信號(hào)處理相結(jié)合的教學(xué)方式。使同學(xué)們綜合學(xué)習(xí)科技英語、信號(hào)處理和算法語言等課程，使他們在學(xué)習(xí)過程中融會(huì)貫通所學(xué)的知識(shí)，使學(xué)生體會(huì)基礎(chǔ)課與專業(yè)基礎(chǔ)課之間的關(guān)系，從而明確學(xué)習(xí)的目的提高學(xué)習(xí)的自覺性和自主性，提高教學(xué)質(zhì)量。

目前，同學(xué)們最大的問題是自主應(yīng)用知識(shí)能力太弱，可以在教學(xué)中采取分組完成一個(gè)大作業(yè)的方法，每個(gè)組5-6人，要求同學(xué)完成信號(hào)處理算法編程，按照發(fā)表論文的格式每組提交一個(gè)報(bào)告，最后對(duì)所完成的任務(wù)進(jìn)行論文宣講，小組成員全部上臺(tái)進(jìn)行答辯，下面同學(xué)可以對(duì)每個(gè)同學(xué)提問。這樣可以鍛煉學(xué)生們自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，鍛煉同學(xué)們的相互協(xié)作精神，培養(yǎng)同學(xué)們?nèi)绾巫珜懣萍颊撐?，也鍛煉同學(xué)們的表達(dá)能力，綜合運(yùn)用前面所學(xué)知識(shí)，做到個(gè)人知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合提高，起到事半功倍的作用。對(duì)于這樣的大作業(yè)給予較大的成績權(quán)重，使得把成績考核分散在教學(xué)過程中更多些，而不是最后一個(gè)簡單的考試決定成績，這樣的考核更加合理，對(duì)一些動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生更加公平，可以防止高分低能現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時(shí)也調(diào)動(dòng)同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。得到比較滿意的教學(xué)效果。

4結(jié)束語

針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”這門課程特點(diǎn)，在教學(xué)中采取許多改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的措施，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，做到用中學(xué)，學(xué)中用，使得學(xué)生們大大增加課程學(xué)習(xí)的興趣，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容難于理解接受的問題，展開教學(xué)方法、教學(xué)措施的改革，得到滿意的效果。學(xué)生在相關(guān)專業(yè)研究生考試中，“數(shù)字信號(hào)處理”專業(yè)課及格率提高很大，達(dá)到滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡學(xué)友,王穎,胡云龍.“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 高教論壇,2007,(3):67-69.

[2] 郭素敏,郭素芳,吳波. 數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J]. 教學(xué)研究,2006,(5):453-455.

[3] 朱幼蓮. MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電子電器教學(xué)學(xué)報(bào),2001,(3):30-32.