《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》P2BL動態(tài)教學模式建立與實踐

張曉俊 吳迪 肖仲喆 孫寶印 陶智

摘 ? 要：《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》是電子信息類專業(yè)的研究生核心課程，為了改變本課程起點高、難度大、學習困難等現(xiàn)狀，本文提出了一種結(jié)合問題式學習（Problem-Based Learning，PRB）和項目式學習（Project-Based Learning，PRB）的P2BL動態(tài)教學新方法，并對該課程的教學內(nèi)容、教學形式、教學實踐、教學評價環(huán)節(jié)進行了改革探索，通過實踐表明，本方能夠有效地培養(yǎng)學生的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學成效，值得進一步推廣。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代數(shù)字信號處理 ?問題式學習 ?項目式學習 ?教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0189-03

隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學、消費電子、現(xiàn)代工業(yè)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為推動現(xiàn)代科技發(fā)展的重要應(yīng)用技術(shù)之一。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課程為蘇州大學碩士點“檢測技術(shù)與自動化裝置”的核心專業(yè)課程，該課程與現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域的很多前沿問題和現(xiàn)代控制技術(shù)理論有很強的相關(guān)性，特別是人工智能、大數(shù)據(jù)分析和深度學習技術(shù)。如圖1所示，本課程的講授內(nèi)容諸如隨機信號分析、濾波技術(shù)、功率譜估計、時頻分析與小波變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，已廣泛應(yīng)用于諸多信息類前沿學科領(lǐng)域[1-6]。相對于本科課程《數(shù)字信號處理》來說，該課程對學生數(shù)學要求更高，涉及高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等諸多基礎(chǔ)課程，由于攻讀碩士學位學生來自于不同的院校，甚至有的學生本科階段還缺乏數(shù)字信號處理基礎(chǔ)，對課程的知識點理解有一定的難度，所以在實踐過程中講授的難度較大。

為了改變本課程起點高、難度大、在授課過程中學生普遍反映學習較困難等情況，本課題對課程的教學內(nèi)容、教學形式、教學實踐、教學評價等諸多環(huán)節(jié)進行改革探索，改變原來的“老師負責講完，學生負責聽完，學期結(jié)束考完”的傳統(tǒng)靜態(tài)教學模式，提出了基于P2BL模式的動態(tài)教學新方法[7-8]，幫助學生掌握基礎(chǔ)理論知識并著重培養(yǎng)其解決實際問題的實踐應(yīng)用能力，為今后的研究性課題工作的開展提供鍛煉機會。

1 ?P2BL動態(tài)教學模式

問題式學習（PBL）旨在結(jié)合課程的講授內(nèi)容，通過學生自己提問題、回答問題、查資料并通過討論來解決問題的一種全新學習方式。問題式學習教學法是以問題為導向的教育方式，與傳統(tǒng)的課堂教師教授傳授知識為主的教學法有很大不同，強調(diào)以學生為中心，鼓勵學生主動學習，通過學生的自主探索和研究去解決設(shè)定的問題，理解和掌握隱藏在問題背后的理論知識和科學技術(shù)，培養(yǎng)解決問題的能力和自主學習的能力。項目式學習（PBL）把整個學習過程分解為具體的教學課題，據(jù)此來設(shè)計教學思路，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)如何解決實際問題的能力。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》是理論性很強的一門課程，為了能讓學生掌握好基礎(chǔ)知識，對理論有深入理解，在教學環(huán)節(jié)中側(cè)重基礎(chǔ)教學，同時對重要理論進行深入挖掘。采用P2BL動態(tài)教學方法，課程中安排豐富的案例和實踐課題，從實踐中提高能力。如通過解決實際問題，使學生對理論部分有系統(tǒng)性的理解，為研究生今后獨立承擔課題奠定基礎(chǔ)。同時也會依據(jù)同學們興趣，增加學生自主選題環(huán)節(jié)，更好的實現(xiàn)師生互動，提高研究生學習對本課程的學習熱情。

本課題將結(jié)合《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》研究生課程的具體建設(shè)目標，把P2BL動態(tài)教學新模式應(yīng)用到教學內(nèi)容、教學形式和教學實踐中，著重過程式學習，并為最終的教學評價提供依據(jù)。讓學生不僅僅是課程的受眾者，更是課程的參與者和設(shè)計者，通過最終的教學反饋，完善《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，將為課程的后續(xù)建設(shè)和發(fā)展提供有益的幫助。

2 ?P2BL動態(tài)教學模式教學方法

本次課題主要在教學內(nèi)容、教學形式、教學實踐和教學評價等四個方面進行，努力不斷革新前沿性教學內(nèi)容、探索P2BL動態(tài)教學方法，教學模式體系如圖2所示，具體內(nèi)容如下。

（1）基于問題式學習（PBL）的教學內(nèi)容優(yōu)化。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課程內(nèi)容豐富，如果在授課過程詳細講解每一個知識點，推導每一個公式，必定無法在有限的學時內(nèi)完成教學任務(wù)。為此在教學過程中在充分考慮授課內(nèi)容的系統(tǒng)性基礎(chǔ)上，采用基于問題式學習（PBL）的教學方法，做到側(cè)重基礎(chǔ)、突出重點、面向應(yīng)用，采取“以點帶面”的授課方法，即重點講授核心原理，擴展其他知識。

（2）基于問題式學習（PBL）的多元化教學形式。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》內(nèi)容抽象且學時較少，需要充分利用板書教學和幻燈片教學的各自優(yōu)勢，解決學時不足的問題。此外采用MATLAB軟件進行基于問題式學習（PBL）教學，采用案例演示的方法，將繁瑣的推導過程形象化，用仿真手段直接得出重要結(jié)論，可以大幅度降低理解問題的難度，提高學習效率。

（3）基于項目式學習（PBL）的教學實踐方式。

將項目課題引入到授課過程，不僅可以提高學習興趣、增強工程實踐意識;而且通過講授實踐過程，使學生初步掌握科研實踐規(guī)律，增加理解知識的深度和廣度，達到“為我所學”和“學以致用”的目的。通過基于項目式學習（PBL）的實踐課題，讓學生感受和學習到課題所涉及項目開發(fā)的全部細節(jié)，提高學生獨立分析和解決工程問題的能力。

（4）改革教學評價模式，強調(diào)過程性學習評價。

將教學評價分為理論教學評價、實踐教學評價，期末考試評價三大類，突出實踐教學評價的比重，強調(diào)過程化學習，讓學生摒棄期末“臨時抱佛腳”的思維，通過評價手段調(diào)動學生的主動學習積極性，真正促進學生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。

3 ?P2BL動態(tài)教學模式教學方法實踐

本課題以蘇州大學2018級檢測技術(shù)與自動化碩士專業(yè)為試點，開展了P2BL動態(tài)教學模式實踐教學活動。通過組建現(xiàn)代數(shù)字信號處理教學團隊，確定了與課程知識點密切相關(guān)的研究項目課題，如表1所示。隨后在授課過程中，教學團隊著重基于這些知識點進行講授，以MATLAB實例為基礎(chǔ)，讓學生從實例中理解所涉及相關(guān)原理，幫助學生盡快融入課題，鼓勵學生在課堂上就相關(guān)知識點開展研討。在期末舉辦了課程課題項目匯報活動，讓學生就所選擇的課題進行15min左右的匯報展示，重點講述課程所學習的理論方法以及在課題上的具體應(yīng)用。隨后教學團隊老師逐一進行打分，點評，作為其實踐教學成績，同時將課題材料列入《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫。

4 ?結(jié)語

本課題將P2BL動態(tài)教學模式導入到研究生課程《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》教學中，完善課程體系，從傳統(tǒng)的以教為主轉(zhuǎn)換到以學為主的新理念，并可將研究成果推廣到其它的相關(guān)研究生課程中去，促進檢測技術(shù)與自動化裝置專業(yè)建設(shè)。同時將團隊建設(shè)思想融入到具體課程建設(shè)中，每位專業(yè)任課老師結(jié)合自身專業(yè)特點，進行課程模塊的專題性講授工作，建設(shè)《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，共同來完成課程的教學目標，推進創(chuàng)新型、實踐型人才的培養(yǎng)，可為其他高校相關(guān)專業(yè)的課程建設(shè)提供借鑒。

參考文獻

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