結(jié)合問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的無失真?zhèn)鬏斦n程教學(xué)研討

朱瑩++賈永興++岳振軍++薛紅

【摘要】本文以信號與系統(tǒng)課程中無失真?zhèn)鬏斨R(shí)點(diǎn)為例，從教學(xué)方法使用、教學(xué)內(nèi)容的安排和課堂教學(xué)實(shí)施等方面詳細(xì)闡述了如何利用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法開展課堂教學(xué)的過程，并對該知識(shí)點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的一些基本思想方法，以及對學(xué)員的知識(shí)掌握要求進(jìn)行了探討，以突出以學(xué)生為主體的教育理念。

【關(guān)鍵詞】信號與系統(tǒng) 無失真?zhèn)鬏?教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì) 問題驅(qū)動(dòng)式

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0017-02

“信號與系統(tǒng)”作為電子信息類各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其概念、理論和方法在后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)有著廣泛的應(yīng)用。但是由于課程內(nèi)容較為抽象，概念多、公式多，使得難以調(diào)動(dòng)學(xué)員的興趣。如何通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，從學(xué)員身邊的事物和現(xiàn)象著手，讓一些基礎(chǔ)概念與實(shí)際發(fā)生聯(lián)系，使學(xué)員帶著問題來學(xué)習(xí)，通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的過程，既理解了概念，掌握了知識(shí)，也實(shí)現(xiàn)了能力和素質(zhì)的提高，是課堂教學(xué)亟需解決的問題。

一、問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法

“問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法”是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上，以具體問題作為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)員主動(dòng)學(xué)習(xí)和教員充分引導(dǎo)相結(jié)合為主要特征的教學(xué)方法。這種教學(xué)法通過教員巧妙提出問題，引起學(xué)員的興趣，利用問題形成的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)員熟悉知識(shí)、掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)解決問題的主動(dòng)性，通過問題的展開、分析、補(bǔ)充、解決、深化、引申，幫助學(xué)員逐步理清思路、方法和知識(shí)脈絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)員通過自己解決問題的過程來加深其對知識(shí)的理解、構(gòu)建和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，培養(yǎng)學(xué)員歸納、抽象和創(chuàng)新的思維能力。

“問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法”的教學(xué)過程，一般可分為確立研究問題、開展問題解析或研究、討論交流和解答、總結(jié)評價(jià)等四個(gè)環(huán)節(jié)。

1.確立研究問題

由教員根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目的要求，設(shè)計(jì)并提出合適的問題。設(shè)計(jì)的問題應(yīng)具有以下四個(gè)特點(diǎn)：一是要有明確的針對性，要圍繞重要的、不易理解的概念去設(shè)計(jì)；二是要符合學(xué)員特點(diǎn)，重點(diǎn)讓學(xué)員在分析問題時(shí)能夠跟上進(jìn)度；三是要做到趣味性與復(fù)雜性相結(jié)合，問題拋出時(shí)，要能夠先提起學(xué)員興趣，吸引學(xué)員積極開動(dòng)腦筋思考；四是要具有漸進(jìn)性，讓學(xué)員對知識(shí)的理解、消化和應(yīng)用有一個(gè)逐步深入的過程。

2.開展問題解析或研究

問題的確立使學(xué)員明確了課程的核心并激發(fā)了學(xué)員的探求欲。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)問題的性質(zhì)、特點(diǎn)以及學(xué)員需求，可運(yùn)用問題解析或問題研究的方式開展教學(xué)。問題解析是通過教員與學(xué)員以“提問-回答”的方式開展，可以根據(jù)問題之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，層層深入，從而真正達(dá)到釋疑解惑的效果。

3.討論交流和解答

在對問題進(jìn)行解析和研究之后，組織學(xué)員進(jìn)行討論交流，并對不斷出現(xiàn)的新問題進(jìn)行收集和解答。通過討論使學(xué)員獲取知識(shí)、激發(fā)思考、提高分析和解決問題的能力，同時(shí)對問題得到深刻的認(rèn)識(shí)。

4.總結(jié)評價(jià)

問題得到解決后，要及時(shí)進(jìn)行總結(jié)評價(jià)，通過總結(jié)評價(jià)糾正學(xué)員對所學(xué)知識(shí)認(rèn)知上的模糊不清、理解上的錯(cuò)誤和偏差，同時(shí)要指出存在的問題，對于具有創(chuàng)新性的個(gè)案進(jìn)行講評，從而實(shí)現(xiàn)“問題”到“知識(shí)”到“應(yīng)用”到“創(chuàng)新”的一個(gè)過程。幫助學(xué)員的思維從感性上升到理性。在教學(xué)中要重視總結(jié)提升環(huán)節(jié)，要引導(dǎo)學(xué)員從具體問題的解決中總結(jié)歸納具有普遍指導(dǎo)意義的一般原理。

二、無失真?zhèn)鬏?/p>

實(shí)際系統(tǒng)對于信號的作用是多種多樣的，如放大、濾波、延時(shí)、移相等。其中，使信號盡可能不失真地傳輸是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要問題，所以無失真?zhèn)鬏斒恰靶盘柵c系統(tǒng)”課程中一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)。

對于無失真?zhèn)鬏數(shù)膶W(xué)習(xí)，教學(xué)目標(biāo)通常包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三個(gè)方面。從知識(shí)目標(biāo)上來看，要求學(xué)生：1.掌握無失真系統(tǒng)的定義；2.了解無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件；3.掌握無失真系統(tǒng)的特性；4.解無失真的工程應(yīng)用。從能力目標(biāo)來看，主要培養(yǎng)學(xué)生：1.系統(tǒng)的頻域分析能力；2.探究問題、洞悉本質(zhì)的能力；3.初步的工程應(yīng)用能力。從素質(zhì)目標(biāo)來看，主要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維品質(zhì)。

三、課堂教學(xué)實(shí)施

為了在課堂教學(xué)中充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極主動(dòng)性，采用問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，以日常生活常見問題為例引出本次課的具體內(nèi)容，激發(fā)學(xué)員的興趣，提高學(xué)員分析問題、解決問題的積極性。

1.確立問題

課程中以實(shí)際生活中常見的語音信號傳輸為例。將一段語音經(jīng)過幾個(gè)不同的系統(tǒng)傳輸會(huì)得到不同的聽覺效果，有的聽起來比較清晰，僅僅是音量發(fā)生了改變；有的則感覺到語音發(fā)生了變化，聽覺效果比較差，信號發(fā)生了失真。由于學(xué)員在平時(shí)都使用過語音聊天，這樣的現(xiàn)象比較常見，很容易引起學(xué)員的興趣。此時(shí)，提出問題：那到底是什么原因?qū)е滦盘柺д婺兀?/p>

2.問題解析

為了幫助學(xué)員更好地分析問題，將幾段語音的波形展示出來，通過比較可以明顯發(fā)現(xiàn)，僅僅是音量發(fā)生了變化的語音波形跟原始語音波形形狀相同，只是幅度不同；而聲音發(fā)生改變的語音信號波形跟原始語音波形明顯不同。實(shí)際系統(tǒng)中如果傳輸后的信號波形形狀發(fā)生改變，就會(huì)產(chǎn)生失真；如果沒有變化，就是無失真。引導(dǎo)學(xué)員思考：無失真時(shí)輸入輸出信號之間的關(guān)系。

根據(jù)例子學(xué)員可以分析出，如果信號經(jīng)過系統(tǒng)后僅僅是幅度發(fā)生了倍數(shù)變化，波形形狀相同，可以實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏?，設(shè)系統(tǒng)輸入為，輸出為，此時(shí)輸入輸出之間的關(guān)系就是，系統(tǒng)給輸入乘上了一定的放大倍數(shù)。

進(jìn)一步提出問題，激發(fā)學(xué)員思考：那通過系統(tǒng)信號波形形狀不變，還有沒有其它情況呢？根據(jù)已有的知識(shí)學(xué)員可以想到另一種情況，信號發(fā)生延時(shí)。此時(shí)輸入輸出的關(guān)系為。

適當(dāng)小結(jié)，無失真允許信號在幅度上發(fā)生倍數(shù)變化，在時(shí)間按上有一定的延遲。輸入輸出關(guān)系應(yīng)該滿足。

雖然知道了無失真時(shí)輸入輸出之間的關(guān)系，但什么樣的系統(tǒng)才能保證輸入輸出之間是無失真的呢？無失真時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該具有什么特性呢？時(shí)域上不太好分析，引導(dǎo)學(xué)員從頻域角度分析系統(tǒng)。通過傅里葉變換可以得到。由此可以得到無失真時(shí)系統(tǒng)的頻響特性，幅度譜為，相位譜為。

說明，無失真就要求系統(tǒng)對所有頻率分量放大相同的倍數(shù)，產(chǎn)生相同的延時(shí)。這是本次課需要學(xué)生理解的重要概念。

3.討論交流

此時(shí)，雖然經(jīng)過分析得到了無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件，但討論不應(yīng)止于此，理論分析應(yīng)該與實(shí)際聯(lián)系。再請學(xué)員觀察系統(tǒng)的頻響特性，看看實(shí)際系統(tǒng)中該如何實(shí)現(xiàn)無失真呢？結(jié)合生活中的常識(shí)，學(xué)員可以發(fā)現(xiàn)，理論上無失真要求系統(tǒng)在全頻域都滿足條件，而如此的條件在實(shí)際系統(tǒng)中確是無法實(shí)現(xiàn)的。提問：是不是就不能實(shí)現(xiàn)無失真了呢？根據(jù)學(xué)員對知識(shí)的掌握程度不同，學(xué)員中會(huì)出現(xiàn)不同的意見，請學(xué)員分別闡述理由，展開討論，希望學(xué)員在討論中學(xué)會(huì)主動(dòng)分析，洞悉事物本質(zhì)。

在學(xué)員進(jìn)行充分討論后，通過一個(gè)例題，對剛才的討論進(jìn)行總結(jié)。假設(shè)系統(tǒng)的頻響特性如下圖所示，請分析當(dāng)系統(tǒng)輸入信號分別為和時(shí)，系統(tǒng)輸出是否失真。

經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過系統(tǒng)無失真?zhèn)鬏?，?jīng)過系統(tǒng)產(chǎn)生了失真。通過這個(gè)例題看出，只需要在信號所含有的頻率范圍內(nèi)系統(tǒng)的幅頻和相頻滿足條件就可以實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏?，以此推廣到實(shí)際系統(tǒng)中，幫助學(xué)員聯(lián)系實(shí)際。

4.總結(jié)

通過實(shí)際問題分析了信號通過系統(tǒng)會(huì)發(fā)生失真，運(yùn)用頻域分析方法，討論了信號通過線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件，并對系統(tǒng)的頻域特性進(jìn)行了深入分析。這種結(jié)合問題驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)法在很大程度上能夠調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，讓學(xué)員學(xué)會(huì)自主思考，在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，也對實(shí)際應(yīng)用有了足夠了解。

四、結(jié)束語

本文對信號與系統(tǒng)課程中無失真?zhèn)鬏斨R(shí)點(diǎn)的授課方法做了探討。在課程學(xué)習(xí)過程中，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的使用都是為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而服務(wù)，如何合理安排教學(xué)內(nèi)容，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，調(diào)用學(xué)員自主學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)員分析問題、解決問題的能力，是每個(gè)教師在教學(xué)過程中更加需要關(guān)注的。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡瑞平，李小剛，楊向輝.問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的研究與實(shí)踐[J].高等數(shù)學(xué)研究，2013（16）：80-82.

[2]高娟，田鑫鑫，吳思.問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2014（1）：206.

[3]張玉靈，馮改紅.在高等數(shù)學(xué)中嘗試“問題驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式[J].成都師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（29）：110-112.