數(shù)字信號處理教學(xué)模式改革

周克 王霄 何志琴 楊小柳

摘要：《數(shù)字信號處理》課程的教學(xué)非常困難。根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)的要求，課改改變了以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面實行了一系列的探索與改革。課改結(jié)果表明，新方法有助于提高教學(xué)質(zhì)量，同時也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;教學(xué)模式;考核方式

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）21-0098-02

《數(shù)字信號處理》作為電子信息工程專業(yè)的必修課程，在電子信息領(lǐng)域的重要作用也被越來越多的其他研究領(lǐng)域所認(rèn)同。然而，該課程理論性很強(qiáng)，概念抽象，公式繁多，推導(dǎo)復(fù)雜，涉及工程數(shù)學(xué)、高等數(shù)學(xué)等多門基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程和信息類課程的相關(guān)知識。該門課程對一些未開設(shè)與信息系統(tǒng)相關(guān)課程的院系，要想在短期內(nèi)學(xué)好該門課程，難度可想可知。從我院目前開設(shè)的狀況來看，學(xué)生普遍存在學(xué)習(xí)困難、考試成績不理想、實際應(yīng)用能力弱的問題，顯然，這樣的尷尬處境與“新工科”的教學(xué)要求有著巨大差距，這就需要作為教師的我們要盡快找出教學(xué)中的短板，從授課形式、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)、考核方式等方面從新進(jìn)行設(shè)計，切實做到以“學(xué)生為中心”，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣為主要出發(fā)點，逐步消除差距，提升教學(xué)的質(zhì)量，真正做到產(chǎn)學(xué)研應(yīng)用的緊密結(jié)合。

針對《數(shù)字信號處理》課程在實際教學(xué)中出現(xiàn)的問題，本次課改更加貼近實際，更好地適應(yīng)“新工科”教學(xué)要求，主要從教材知識體系梳理、課程教學(xué)模式設(shè)計以及課程考核體系設(shè)計三個方面著手，并通過近1學(xué)年的實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

一、知識體系的梳理

《數(shù)字信號處理》課程具有理論性強(qiáng)、高度抽象、用到的相關(guān)基礎(chǔ)知識多等特點，學(xué)生普遍反映該門課難于理解和掌握，教師教起來較困難。該課程開設(shè)初期，主要是為電子信息類的學(xué)生而設(shè)置，并且在該課程開設(shè)之前，前期基礎(chǔ)課程如《信號與系統(tǒng)》已開設(shè)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時已有了一定的基礎(chǔ)，加之學(xué)時充足（基本都是48學(xué)時以上），因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時遇到的阻力較小，學(xué)習(xí)起來相對容易。但是，隨著該課程的應(yīng)用不斷廣泛，我院一些傳統(tǒng)工科專業(yè)如電力系統(tǒng)自動化、自動化也將該門課程納入學(xué)生學(xué)習(xí)之列，期望學(xué)生通過該門課程的學(xué)習(xí)，初步掌握數(shù)字信號處理技術(shù)在工業(yè)場景中的應(yīng)用，以使學(xué)生能夠適應(yīng)現(xiàn)在用人單位對人才的需求。然而，受制于專業(yè)整體課程規(guī)劃及學(xué)時的限制，目前該門課程的開設(shè)學(xué)時少（僅32學(xué)時）、如何在短學(xué)時內(nèi)將該門課程的知識點講解到位，需要對知識點進(jìn)行重新梳理。通過反復(fù)對比分析，將該門課程的知識點分為三大類：基礎(chǔ)類知識、理論類知識以及應(yīng)用類知識。知識點劃分的結(jié)果將是制定后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計的重要依據(jù)。

二、教學(xué)模式的設(shè)計

對于不同的知識點，由于其性質(zhì)不同，因此在教學(xué)模式上的設(shè)計也應(yīng)有所區(qū)別。在本次教改中，結(jié)合本院系已開的一些專業(yè)基礎(chǔ)課以及數(shù)學(xué)課程的開設(shè)情況，本課改設(shè)計教學(xué)模式由三個環(huán)節(jié)構(gòu)成：即課前、課中以及課后，每一環(huán)節(jié)，分別設(shè)計了學(xué)生以及教師的任務(wù)分工、學(xué)習(xí)內(nèi)容以及教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后討論復(fù)習(xí)，切實做到以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，通過對教學(xué)內(nèi)容的精心設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生全程參與整個教學(xué)環(huán)節(jié)，形成教學(xué)的閉環(huán)。為了保證上述教學(xué)過程的順利完成，在實際操作過程中，每一類知識點的各個步驟的實施分為五個階段進(jìn)行，即任務(wù)分配、教學(xué)規(guī)劃、教學(xué)實施、檢查以及自我評價五個階段，每一階段的重點工作內(nèi)容及教學(xué)內(nèi)容如下：

（一）任務(wù)分配階段

該階段主要根據(jù)項目目標(biāo)進(jìn)行任務(wù)分解，項目組每一成員根據(jù)項目分工完成相應(yīng)的工作;同時，在此階段還要將參與項目的學(xué)生進(jìn)行分組，分組時根據(jù)能力水平協(xié)調(diào)搭配，每一小組選出組長，學(xué)生以小組的形式共同完成任務(wù)，要求學(xué)生在這一過程中相互協(xié)調(diào)，彼此探討，分工合作。

（二）教學(xué)規(guī)劃階段

該階段的主要任務(wù)是對教學(xué)內(nèi)容的重點、講授方式以及任務(wù)設(shè)置進(jìn)行規(guī)劃，規(guī)劃過程中既要考慮學(xué)生的專業(yè)特點，也要考慮課程特點，在設(shè)計教學(xué)案例或?qū)W生任務(wù)時，做到與專業(yè)課老師保持密切聯(lián)系，多傾聽專業(yè)課程教師的意見，將課程知識點內(nèi)容與專業(yè)問題相結(jié)合，力爭使學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用的目的，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在該階段，還需梳理課程的關(guān)鍵點和重點，并用微課的形式展現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生利用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)。

（三）教學(xué)實施階段

教師根據(jù)設(shè)計的教學(xué)計劃對各知識點進(jìn)行講解，講解過程重點以案例教學(xué)為主，通過基本知識的講解，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的融會貫通能力和解決實際工程問題的能力。

（四）檢查階段

學(xué)生在任務(wù)完成后，教師要檢查其完成情況，同時要與學(xué)生一起對任務(wù)解決的合理性以及技術(shù)路線進(jìn)行分析。這一階段也相當(dāng)于學(xué)生的復(fù)習(xí)階段，不但能夠及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的不足，同時還可以起到知識再鞏固的作用。檢查學(xué)生任務(wù)的手段主要以學(xué)生匯報為主，每組不論是學(xué)生個人獨(dú)立完成的任務(wù)，還是以小組為單位的合作探究結(jié)果，均以小組為單位展示給教師，被教師選中的典型案例要在全班展示。成果匯報或展示時要注意公平性，盡量為每位成員提供參與機(jī)會，改變少數(shù)同學(xué)“事不關(guān)己”的消極態(tài)度。鼓勵同學(xué)在課下將匯報過程進(jìn)行錄像，供同學(xué)反復(fù)觀摩。這種考核方試，將對學(xué)生的語言組織能力、表達(dá)能力、身心素質(zhì)的提升有極大的幫助作用。

（五）評價階段

在檢查完畢之后，教師要與學(xué)生一起交流討論，對學(xué)生的項目反饋情況作出分析與評價。評價由學(xué)生自我評價、小組評價、教師評價組成。小組評價側(cè)重于學(xué)生的心得體會;教師評價通過全面綜合的分析，總結(jié)各小組的優(yōu)缺點，找出存在的問題以及解決辦法。教師后期可根據(jù)評價的結(jié)果，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，修改教學(xué)視頻，控制教學(xué)進(jìn)度，對典型教學(xué)案例進(jìn)行總結(jié)、完善。

三、考核評價體系的建立

本次課改中，考核評價體系的建立以加深學(xué)生專業(yè)知識、提高專業(yè)技能為目的，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效果。因此，設(shè)計的課程教學(xué)評價體系主要由以下四個方面構(gòu)成：（1）學(xué)習(xí)過程性評價;（2）學(xué)習(xí)參與狀態(tài)的評價;（3）學(xué)習(xí)成果的評價;（4）學(xué)習(xí)效果的評價。學(xué)習(xí)過程性評價由學(xué)生自評、同學(xué)互評和教師點評三點構(gòu)成;學(xué)習(xí)過程性評價占總評價的30%。學(xué)習(xí)參與狀態(tài)的評價對出勤與紀(jì)律、答疑、課程討論、個性化學(xué)習(xí)模塊參與度等方面的內(nèi)容進(jìn)行考核。學(xué)習(xí)參與狀態(tài)的評價占總評價的20%。學(xué)習(xí)成果的評價主要參考點包括活動過程、小組合作、研究方法及過程、內(nèi)容、成果展示、展示效果等方面。學(xué)習(xí)成果的評價占總評價的30%。學(xué)習(xí)效果的評價包括興趣、知識和認(rèn)知、認(rèn)真程度、與他人合作、競爭意識等，學(xué)習(xí)效果的評價占總評價的20%。

四、試點改革

基于上述教改思路，本課程自2015年起，選取我院電氣工程專業(yè)作為試點對象。由于該專業(yè)擁有普通班和“卓越工程師班”，在試點實施時，分別對普通班和“卓越工程師班”的教學(xué)采用傳統(tǒng)方式和教改中所提的方法進(jìn)行教學(xué)，且為了保證試點的公平性，兩種教學(xué)方式每年都交替進(jìn)行（即若本年普通班采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，則下一屆的普通班采用教改中所提的方法），經(jīng)過近三年的教學(xué)試點發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)時，無論是普通班還是“卓越班”的學(xué)生，其僅能對部分基礎(chǔ)理論有所了解，一旦給予他們一個特定的工程實踐項目，要其利用課程中所講授的知識點去解決問題，便發(fā)現(xiàn)他們很難推動項目向前發(fā)展，或是解決問題的過程不完整。而采用本教改中的教學(xué)方法后，學(xué)生的分析問題能力、建模設(shè)計能力、前沿工具的使用能力以及解決實際工程問題的能力都得到了有效提高。通過試點結(jié)果的分析可知，本次課改由于設(shè)計了能使學(xué)生全程參與的環(huán)節(jié)，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力得到了較好的訓(xùn)練，這為今后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋鈺，石蘊(yùn)玉，曾國輝.新工科背景下的電氣工程專業(yè)實踐教學(xué)模式探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017，（277）.

[2]楊智明，彭喜元，俞洋.數(shù)字信號處理課程實踐型教學(xué)方法研究[J].實驗室研究與探索，2014，33（9）.

[3]趙珍，趙任，孫毅剛.電氣信息類專業(yè)大學(xué)生人才培養(yǎng)模式探析[J].中國電力教育，2013，（2）.