應用型人才培養(yǎng)模式下數字信號處理課程改革與實踐

紀萍

(河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243000)

應用型人才培養(yǎng)模式下數字信號處理課程改革與實踐

紀萍

(河海大學文天學院，安徽 馬鞍山 243000)

培養(yǎng)應用型人才已成為大多數高校的共識，本研究圍繞應用型人才培養(yǎng)目標，對“數字信號處理”課程進行改革。數字信號處理具有理論性強、內容抽象的特點，在教學過程中如何幫助學生理解基本概念，提高解決實際問題的能力，是“數字信號處理”課程教學所要解決的關鍵問題。結合實際教學經驗，從教材選取、教學內容和考核方式入手，積極探索，提出一套滿足應用型人才培養(yǎng)模式的教學理論，使學生真正達到學以致用的效果。

數字信號處理；應用型人才；MATLAB

0 引言

應用型人才的培養(yǎng)目標是提高學生利用所學知識解決實際工作問題的能力[1]?！皵底中盘柼幚怼闭n程是國內外高等院校通信、自動控制等專業(yè)的主干課程之一，在學生的整個專業(yè)課程學習中起著相當重要的作用。本研究以培養(yǎng)應用型人才為目的，根據實踐教學經驗，提出“數字信號處理”課程的改革方法。

數字信號處理課程以高等數學、信號與系統(tǒng)等課程為基礎，同時又是DSP原理及應用、圖像處理等專業(yè)課程的先修課程[2]，在學生的學習過程中起著承前啟后的作用，教學質量的好壞，直接影響后繼課程的學習[3]。我院教師在多年的教學過程中發(fā)現(xiàn)，學生在學習過程中存在以下問題：一、課程理論性強，要求學生有較好的數學基礎，數學中的歐拉公式、級數求和、矩陣等知識，都會穿插在理論學習中，因此學生普遍感到概念抽象，公式繁多，理解困難。偏重理論研究的教材給學生的學習增加了難度[4]。二、教學過程中，教學內容方法單一，學生知識體系不足，難以把理論應用到實際當中，更不用說應用理論知識去解決實際工程問題。三、考核方法單一，單純的試卷成績不能真正反應學生對知識點的掌握程度，不能體現(xiàn)應用型人才的培養(yǎng)質量。針對上述問題及應用型本科院校的特點，我院教師突破傳統(tǒng)教學方法，積極探索、總結出一套實用的教學改革理論，取得較好的教學效果，有效地提高了教學質量，為應用型人才培養(yǎng)提供了理論支撐。

1 教材改革

隨著數字信號處理技術的廣泛使用，該學科的教材也層出不窮。經典教材以程佩青、吳鎮(zhèn)揚等老師主編的教材為代表，通常被作為研究生入學考試的參考教材，或者研究生上課選用教材，這類教材普遍側重學術研究和理論分析。

河海大學文天學院作為應用型本科院校，在該門課的理論教學設置是32課時。按照培養(yǎng)應用型人才的需求，應選取針對應用型本科院校的規(guī)劃教材，內容精煉，側重于講解基本概念、基本理論和基本實現(xiàn)方法的教材。針對上述要求，我院教師組織相關同類院校的老師，共同編寫專門針對應用型本科院校教材（圖1）。

圖1 數字信號處理教材結構圖

教材結構參見圖1，主要分三大部分：基本原理、數字濾波器設計和MATLAB，共6章。對于應用型本科人才，要求掌握一定的理論基礎，通過教材的合理安排，可以大大減輕學生學習基礎理論的難度，比較輕松地達到學習目的。該書針對應用型本科院校學生特點，內容簡潔、淺顯易懂，淡化了繁難的理論推導，減少了學生的學習難度。教學過程采用“三步走”的形式，首先進行理論講解，隨后緊跟例題練習、最后再通過MATLAB仿真進行驗證。經過這三個過程學習，學生不僅掌握了知識點，并且對個別知識點還提起了興趣，有深入學習的渴望。

2 教學改革

2.1 優(yōu)化教學內容

教學內容結合實際工程案例。數字信號處理課程的理論性強是廣大師生的共識，學生在學習理論的時候，即使對整個理論的推導有了很好的理解，也很難將這個理論引申到工程實例中。河海大學文天學院的老師，針對上述問題，在重點理論的講解過程中加入工程實例。采用實例、任務驅動式的教學方法組織教學活動，“教、學、做”同步進行[5]，邊教邊學，邊學邊做，學習活動由單一的理論學習，變成學習與實例或任務相結合，讓學生上課帶著問題而入，下課裝著問題而歸。課堂講授過程中采用啟發(fā)式教學，新知識講解前，先給學生演示實例，讓學生帶著問題學習，這樣可以大大加強學生的學習興趣和學習欲望，并且對知識的理解和應用會特別深刻。例如講解FFT時，講課教師可以通過語音信號的頻譜分析、軸承故障的診斷分析等實例，將知識點與工程應用聯(lián)系起來。在學習數字濾波器的時候可以首先分享工程實例，以及數字濾波器在語音、圖像處理、生物醫(yī)學等方面的應用，讓學生意識到數字濾波器的重要性。通過優(yōu)化教學內容，極大地調動了學生學習的積極性，培養(yǎng)了學生學以致用的興趣和素養(yǎng)，教學效果顯著提高，教學質量也上了一個新水平。

2.2 優(yōu)化教學方法

教學過程中引導學生將相近或相似的概念和方法進行小結、比較和分析，注重關聯(lián)性教學，不僅能掌握知識點之間的共性和個性，還能培養(yǎng)發(fā)散思維，提高學習效率，這是應用型本科人才應具有的素養(yǎng)。例如在學習離散傅里葉變換時，理論性很強，公式推導復雜，公式1為DFS，公式2為DFT，對于初學者，這2個公式復雜，難以記憶，并且很難看出之間的區(qū)別和聯(lián)系。我們在講授過程中，首先通過回顧信號與系統(tǒng)的拉氏變換，逐漸引入數字信號處理的基本知識：DTFT、ZT、DFS、DFT，不再是孤立的知識點學習，而是概念之間的關系入手，引導學生首先總體把握，隨后以此展開各個小的知識點的學習。利用知識樹結構，清晰展現(xiàn)出原理之間的相互關系（圖2），從圖2可以看出DFS是DFT的周期延拓，DFT是DFS的主值區(qū)間。學生把握知識樹結構，對知識點學習變得系統(tǒng)化，簡單易懂、形象直觀地展現(xiàn)變量之間的關系，避免混淆。同時培養(yǎng)學生將各個知識點關聯(lián)起來學習，便于歸納和總結，給學生提供了一種新的學習思路[6]。

圖2 數字信號處理基本概念關系圖

2.3 實踐課程改革

應用型人才培養(yǎng)應始終堅持理論和實踐并重的原則。理論教學的目的是讓學生將所學知識應用于實踐，才能達到學以致用的效果。因此，必須加強實踐教學環(huán)節(jié)。

為了提高學生的實踐能力及工程素質，我校教師汲取先進的實踐教學理念和思想，開拓創(chuàng)新，將理論教學和實驗教學合理結合[7]，對實驗教學逐步進行改革和實踐。河海大學文天學院的實踐課課程的安排是24課時的實驗課，充分體現(xiàn)了對實踐課程的重視，更加注重學生應用能力的培養(yǎng)。

我院老師自行組織編寫了《數字信號處理實驗指導書》，其目標是為了訓練和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，合理安排實驗步驟，既考慮基礎知識，又考慮知識的擴展提高，為后續(xù)的畢業(yè)設計及學科競賽打下基礎，[4，8-9]每個實驗設置參照圖3。

圖3 數字信號處理實驗流程圖

實驗課的進行，教師主要起引導作用，只簡單介紹實驗目的和實驗原理，后續(xù)工作由學生自行完成。實驗例題要求學生除了做出實驗結果，還要把實驗中MATLAB程序都做標注，目的是讓學生真正理解程序實現(xiàn)的整個過程，加深對基礎理論的理解。實驗內容有2部分組成：基本理論和工程案例，即體現(xiàn)理論知識又有實際應用，進一步鍛煉學生的實踐能力。

3 考核方式改革

根據河海大學文天學院的應用型人才培養(yǎng)方案，考核目的定位在對課程知識的綜合把握和對學生獨立思考及應用、創(chuàng)新能力的考察[10]；應減少單純知識點內容的考核比例，增加知識能力體系考核的幅度；改變學生考核成績的比例組成，加大學習過程、到課率、平時作業(yè)、平時表現(xiàn)得分率[11]。更注重學生平時的表現(xiàn)，調動學生參與課堂的討論，積極回答問題，一定程度上改變了以前那種靠死記硬背能考好、不需要聽課理解就能考好的學習狀態(tài)，同時使得認真聽講的學生與不認真聽講的學生在分數的分配上更趨于合理，更重要是調動了學生平時學習的積極性。

除了對上述考核內容及比例的分配做了改革，還總結了創(chuàng)新設計題目，學生自行分組，通過查閱資料，編程設計，實現(xiàn)老師規(guī)定的題目。通過答辯方式考核學生的完成情況，并作為最終成績的一部分。這個過程除了培養(yǎng)學生綜合應用知識的實踐能力，還培養(yǎng)了學生的協(xié)調組織能力，引導學生以強帶弱，共同提高，即使學習稍弱的同學，也可以通過本組同學的講解，帶動提高。通過答辯的方式，可以靈活考察學生的學習情況，比較客觀地反應學生對知識的理解情況。

考核方式的改革，改變了傳統(tǒng)單純的依靠卷面成績的方式，這樣就可以避免學生“前松后緊”的學習陋習，前期上課不認真聽講，無故曠課，后期靠突擊學習，蒙混過關?？己朔绞礁母锶〉昧孙@著的效果，學生無故缺勤遲到的次數減少了，上課回答問題的積極性增加了，學生的考試成績分布合理化，較好完成了對學生“知識、能力、素養(yǎng)”的考核，為應用型人才培養(yǎng)提供了標尺。

4 結語

圍繞應用型人才這一培養(yǎng)目的，河海大學文天學院教師積極探索，勇于創(chuàng)新，對數字信號處理課程進行改革，探索具有學院特色的教學方案。注重基礎教學，不斷吸收新的知識，掌握本專業(yè)的最新動態(tài)，把本學科的前沿技術、先進理論引入課堂。使枯燥、難懂的理論知識變得有趣、易解，取得良好的教學效果，有效地提高了課堂教學質量，同時加強實踐環(huán)節(jié)，實施個性化考核方式。加強課程的實際應用，極大地調動了學生的學習積極性，實現(xiàn)了培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神的目的。

[1]姜秀麗，楊銳鋒．試析新建本科院校應用型人才培養(yǎng)的教學體系[J]．黑龍江高教研究，2012（3）：170-172．

[2]趙紅軍，王振松．信號與系統(tǒng)課程教學實踐研究[J]．大學教育，2013（17）：113-115

[3]聶小燕，魯才．數字信號處理教學改革的探索[J]．實驗科學與技術，2008（6）：125-126，140．

[4]張明華．基于Matlab的“數字信號處理”課程教學改革[J]．數字技術與應用，2015（1）：102-104．

[5]楊夷梅，楊玉軍．Matlab教學中的方法與實踐[J]．中國電力教育，2008（24）：59-60．

[6]羅忠亮．“數字信號處理”課程教學改革實踐探索[J]．教育評論，2015(2)：124-126．

[7]高靜，王鳳文，舒冬梅．《數字信號處理》課程教學實踐與探索[J]．科技創(chuàng)新導報，2011（4）：153-155．

[8]楊智明，彭喜元，俞洋．數字信號處理課程實踐型教學方法研究[J]．實驗室研究與探索,2014，9（33）：180-183．

[9]朱金秀，張卓，朱昌平．數字信號處理課程實驗教學研究與實踐[J]．實驗室研究與探索，2008，5（27）：96-98

[10]張曉森，石斌，鄒瑜．論高校課程考核改革與人才培養(yǎng)[J]．淮海工學院學報（社會科學版）,2011（22）：73-74．

[11]崔洪雨．關于高等醫(yī)學院校課程形成性考核改革的探索[J]．遼寧醫(yī)學院學報(社會科學版),2014(1)：24-26．

Reform and Practice of Digital Signal Processing Course forApplied Talents Training Mode

JI Ping
(Wentian College of Hehai University,Ma'anshan,Anhui 243002,China)

Cultivating applied talents is the key focus for most colleges and universities.This paper studies the reforms of"digital signal processing"course,focusing on the cultivation of applied talents.This course is theoretical and abstract.The key problem to be solved in the course is to help students understand the basic concepts and improve their ability to solve practical problems.Combined with practical teaching experience,this paper proposes a set of the teaching theory on cultivating applied talents.The teaching theory enables students to obtain skills from the reform of textbooks,teaching content and methods of examination.

DSP;applied talents;MATLAB

G642.0；TN911.72-4

A

1673-1891（2016）04-0117-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.04.030

2016-06-28

紀萍（1980—），女，山東青島人，講師，碩士研究生，研究方向：數字信號處理。