科技史介紹在數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)中的作用

林 林

（上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系，中國 上海200072）

0 引言

數(shù)字信號(hào)處理是高等學(xué)校電類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課，其教學(xué)內(nèi)容包括傅里葉變換、傅里葉級(jí)數(shù)、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、小波變換、MATLAB實(shí)現(xiàn)等幾部分內(nèi)容，是一門基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的課程，這些內(nèi)容在各類科學(xué)與工程技術(shù)人才體系培養(yǎng)中占有重要的地位。這門課的概念、原理、方法大都以數(shù)學(xué)公式的形式表現(xiàn)出來，授課過程中學(xué)生經(jīng)常會(huì)感到枯燥、難懂。而目前的教學(xué)方法往往更多的注重對(duì)專業(yè)知識(shí)的傳授，由教師進(jìn)行介紹講解，然后給出結(jié)論，教學(xué)以學(xué)生對(duì)專業(yè)性知識(shí)的理解并能加以應(yīng)用為目標(biāo)。大多數(shù)教師對(duì)課程有關(guān)的科技史知識(shí)輕描淡寫、一帶而過，忽視了相關(guān)科技知識(shí)史對(duì)對(duì)課程教學(xué)的促進(jìn)作用。如果不能把相關(guān)背景和發(fā)展脈絡(luò)在講授專業(yè)知識(shí)前介紹給學(xué)生，學(xué)生在宏觀理解、思考方式方面都會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問題。為此，授課教師針對(duì)這門課程在教學(xué)方法與教學(xué)實(shí)踐方面進(jìn)行了一些教學(xué)改革與探索，下文將介紹教學(xué)改革的內(nèi)容、教學(xué)反饋與一些體會(huì)。

1 教學(xué)改革內(nèi)容

為了加強(qiáng)教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力、培養(yǎng)正確的學(xué)習(xí)和思考方式以及加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，教學(xué)改革加強(qiáng)了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程中所涉及的相關(guān)科技史內(nèi)容的介紹。雖然教材也并沒有這部分內(nèi)容的介紹，但是通過互聯(lián)網(wǎng)上的維基百科、百度百科等百科網(wǎng)站，以及國外大學(xué)中可供下載的數(shù)字信號(hào)處理課程課件，授課教師將所授課的課件內(nèi)容進(jìn)行了豐富，凡是涉及到有相關(guān)科技史的內(nèi)容，都在教學(xué)中加以說明與介紹。具體的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革如下：

1.1 科學(xué)家成長經(jīng)歷的介紹

科學(xué)家之所以可以提出被廣泛接受和應(yīng)用的理論、公式、方法等成果，與他們的成長經(jīng)歷是分不開的。教學(xué)改革中添加了對(duì)科學(xué)家的家庭背景、成長經(jīng)歷、就學(xué)學(xué)校、對(duì)他產(chǎn)生影響的導(dǎo)師這些內(nèi)容。比如在傅里葉變化的教學(xué)中，授課教師介紹了約瑟夫傅里葉因?yàn)橛啄旮改鸽p亡，所以很小便被送入天主教本篤會(huì)接受教育，之后考入巴黎高等師范學(xué)校，畢業(yè)后在軍隊(duì)中教授數(shù)學(xué)，27歲時(shí)他到巴黎高等師范學(xué)校教書。這些經(jīng)歷對(duì)他后來傅里葉變換的提出起到了關(guān)鍵作用。

1.2 科學(xué)成果所在年代的歷史背景

獲得科學(xué)成果所在年代的歷史背景也是非常重要的內(nèi)容。所在歷史年代的特殊性給了科學(xué)家們特定的環(huán)境、氛圍、機(jī)遇等等，使得他們有機(jī)會(huì)提出新的理論和方法。比如傅里葉所在的年代是18世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)正是拿破侖東征時(shí)期，傅里葉跟隨拿破侖軍隊(duì)東征，被任命為下埃及的總督。由于英國艦隊(duì)對(duì)法國人進(jìn)行了封鎖，所以他受命在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)軍火為遠(yuǎn)征部隊(duì)提供軍火。這個(gè)時(shí)期，他向開羅埃及學(xué)院遞交了幾篇有關(guān)數(shù)學(xué)的論文。1816年他回到巴黎，六年后他當(dāng)選了科學(xué)院的秘書，并發(fā)表了《熱的分析理論》一文，此文是建立在牛頓的熱傳導(dǎo)理論的速率和溫度差成正比的基礎(chǔ)上。

1.3 中外相同歷史時(shí)期的對(duì)比

將中外歷史進(jìn)行對(duì)比，更有助于學(xué)生展開聯(lián)想，容易想象和理解科學(xué)家所處時(shí)代的環(huán)境，從而更好地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。仍以傅里葉為例，授課教師介紹了從十七世紀(jì)中后期到十九世紀(jì)歐洲科技史的發(fā)展，在數(shù)學(xué)課中提到的其他數(shù)學(xué)家，比如牛頓、拉普拉斯、柯西這些人與傅里葉的前后關(guān)系。同時(shí)傅里葉所在時(shí)期是中國的清朝時(shí)期，當(dāng)時(shí)中國的情況、科技的發(fā)展又是怎樣的。這些對(duì)比既增加了學(xué)生聽課的興趣，又便于他們理解內(nèi)容。

2 教學(xué)反饋與體會(huì)

通過對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程引入比以往教學(xué)中更多的科技史內(nèi)容這一探索，授課教師獲得了很多正面的反饋，對(duì)教學(xué)方法改革有了更為深切的體會(huì)，積極意義有以下三個(gè)方面：

2.1 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

科技史方面的介紹明顯的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。關(guān)于科學(xué)家具體人物的背景介紹更加吸引學(xué)生的注意力，大家會(huì)更加專注的去聆聽授課教師的課程內(nèi)容，有時(shí)會(huì)主動(dòng)提出問題，討論科學(xué)家的經(jīng)歷對(duì)他們發(fā)表成果的影響。而且課程當(dāng)中不斷回顧這些科技史的內(nèi)容，會(huì)周期性的刺激學(xué)生，將暫時(shí)失去注意力的學(xué)生重新拉回到課堂上來。

2.2 培養(yǎng)了學(xué)生正確的思考方法

科技史的介紹更加清楚的講清楚了科學(xué)家是如何一步一步推演出最終結(jié)論的。傳統(tǒng)的教學(xué)方式直接給出最終的結(jié)果、定理、定律，而新的教學(xué)方法更加符合科學(xué)發(fā)展的自然規(guī)律，從最初始的一個(gè)新想法，一直講到最終理論的形成。這一思考方法更有利于學(xué)生的思考過程。未來學(xué)生在自己學(xué)習(xí)、從事科研活動(dòng)中，會(huì)應(yīng)用到這些正確的思考方法，更為容易的取得成果，推動(dòng)科技進(jìn)步。

2.3 加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解

科技史的相關(guān)介紹增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們有了更為清晰的學(xué)習(xí)思路，從而獲得更好的學(xué)習(xí)成果。課堂互動(dòng)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)與期末考試的成績，都反映出了教學(xué)改革之后學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加深入、透徹，更好的掌握了數(shù)字信號(hào)處理的許多知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生們也明顯對(duì)與科學(xué)家直接相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容有更好的記憶力。

3 結(jié)論

通過在數(shù)字信號(hào)處理課程中加入更多的有關(guān)科技史方面的介紹，在科學(xué)人物、歷史背景、中外對(duì)比等幾方面的改革與探索，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果有了明顯的提高，獲得學(xué)生的好評(píng)，取得了很好的效果。這種教學(xué)方法改革同樣也可以使用在其他工程類專業(yè)課程當(dāng)中，希望未來可以在不同課程中進(jìn)步一探索，摸索出更加合理、適用的教學(xué)方法。

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