提高“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)質(zhì)量的思考

摘要：“數(shù)字信號處理”作為一門基礎(chǔ)理論與工程實踐相結(jié)合的課程，在電子信息類課程體系中占有非常重要的地位。結(jié)合課程教學(xué)實踐，從教學(xué)思想、教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面對改善課程教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了思考和探索。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；計算機(jī)仿真；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0074-02

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的逐步普及和應(yīng)用，“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)也日益引起普遍重視。作為通信、信息處理專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，同時作為測控技術(shù)和電子測量等學(xué)科的專業(yè)課，該課程綜合利用高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)及線性代數(shù)等數(shù)學(xué)工具對工程實踐中的數(shù)據(jù)采集、分析與處理等問題進(jìn)行抽象描述，是一門基礎(chǔ)理論與工程實踐相結(jié)合的課程，在電子信息類課程體系中占有非常重要的地位。由于“數(shù)字信號處理”課程的概念比較抽象，理論性強(qiáng)，內(nèi)容缺乏趣味性，在傳統(tǒng)的單向傳授知識的教學(xué)模式下，課程中大量的理論和結(jié)論都是通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式得到的，所以學(xué)生往往過于注重公式推導(dǎo)或證明，而不能理解其實質(zhì)和用途，教學(xué)效果不甚理想。因此如何提高課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生掌握“數(shù)字信號處理”中的基本概念、原理和工程算法，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的意識，提高學(xué)生解決實際問題的能力，是該課程教學(xué)活動環(huán)節(jié)亟待解決的問題。

要解決上述問題，筆者認(rèn)為首先在思想上要樹立以學(xué)生為本的教學(xué)理念，其次在具體教學(xué)活動環(huán)節(jié)上，要針對傳統(tǒng)教學(xué)方法和教學(xué)手段的缺陷加以改革。本文結(jié)合近年來該課程的教學(xué)實踐，對如何提高“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了探討。

一、樹立以學(xué)生為本的教學(xué)理念

傳統(tǒng)的單向傳授知識的教學(xué)模式以知識的記憶和復(fù)現(xiàn)為基本目標(biāo)，其強(qiáng)調(diào)掌握知識的數(shù)量和知識記憶的準(zhǔn)確度。[1]這種單向傳授知識的教育嚴(yán)重束縛了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性、主動性，抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的開發(fā)、思維能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了改善“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，必須從思想上樹立以學(xué)生為本的教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生的主體意識、發(fā)展學(xué)生的主體能力、塑造學(xué)生的主體人格為教學(xué)追求的最高目標(biāo)。[2]

1.注重培養(yǎng)學(xué)生的主體意識

個體的主體性發(fā)展不僅取決于自身的條件，也依賴于外部世界對個人的實際發(fā)展所起的推動作用。注重學(xué)生主動發(fā)展自身的意識即主體意識的培養(yǎng)，有益于學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中實現(xiàn)自覺性的提高，從而促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮自身的主觀能動性，最大限度地發(fā)揮自己的潛能，不斷調(diào)整、改善自身的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)、心理素質(zhì)和行為方式。

2.注重培養(yǎng)學(xué)生的主體能力

主體能力是主體能動地駕馭外部世界對其才能實際發(fā)展的推動作用，從而使其身心得以不斷發(fā)展的能力。發(fā)展學(xué)生的主體能力，不僅要求學(xué)生積極汲取前人積累的文化知識經(jīng)驗，而且要求他們主動在學(xué)習(xí)中加以拓展和提高。

3.注重塑造學(xué)生的主體人格

教學(xué)活動不僅要造就一代牢固掌握現(xiàn)代科學(xué)文化知識和智力高度發(fā)展的新人，而且還要重視培養(yǎng)學(xué)生的情感、意志、靈感、直覺等非理性因素，即塑造學(xué)生的主體人格。[3]

通過教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，樹立“以學(xué)生為本”的教學(xué)指導(dǎo)思想。作為教師，不僅要把“數(shù)字信號處理”課程看做是一門基礎(chǔ)知識與基本技能課程，而且是一門科學(xué)素質(zhì)教育課程，要視學(xué)生為一切教學(xué)過程的主體、服務(wù)對象、出發(fā)點、落腳點和終極目標(biāo)，把開發(fā)智力、啟迪思維、培養(yǎng)創(chuàng)造力置于首位。只有這樣，才能促使教師在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)活動中不斷完善教學(xué)方法和教學(xué)手段，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，并進(jìn)一步鞏固理論知識。

二、提高教學(xué)效果的具體措施

為了提高課程的教學(xué)效果，教師除了要在思想上樹立“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念以外，還必須針對“數(shù)字信號處理”課程概念比較抽象、理論性強(qiáng)、內(nèi)容缺乏趣味性的特點，在教學(xué)活動中的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、實驗環(huán)節(jié)，評價體系等諸多方面進(jìn)行變革，探索一些新的教學(xué)方法和手段。

1.注重多種教學(xué)方法的組合應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，多媒體技術(shù)被廣泛應(yīng)用于課程教育中。相較于傳統(tǒng)的板書、口述方式，多媒體教學(xué)可以借助計算機(jī)的幫助模擬演示出生動豐富的畫面，具有信息表象直觀、信息量大、教學(xué)效率高等特點，有助于在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[4]但同時相較于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，其也存在由于知識點多、信息量大，不利于學(xué)生深入理解等缺點。因此必須根據(jù)教學(xué)目標(biāo)分析各種教學(xué)方式的特點與功能，針對不同的教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方法，合理組合和應(yīng)用多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

按照“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)內(nèi)容的性質(zhì)，可以將課程學(xué)習(xí)分為認(rèn)知學(xué)習(xí)、概念學(xué)習(xí)、原理學(xué)習(xí)以及解決問題的訓(xùn)練。對于認(rèn)知性和概念性內(nèi)容的學(xué)習(xí)，主要是掌握和了解前人的經(jīng)驗，具有繼承性。因此教師對傳統(tǒng)教學(xué)難以解決的內(nèi)容，如語言文字難以表達(dá)、學(xué)生難以理解的形式與關(guān)系、較為復(fù)雜的變化過程等，借助多媒體的動畫模擬、局部放大、過程演示等手段予以解決，并通過密切結(jié)合數(shù)字信號處理的工程應(yīng)用，介紹通信、控制、信號處理方面的最新實例，豐富和擴(kuò)展學(xué)生的知識面以及知識背景，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固和加深學(xué)生對這些內(nèi)容的認(rèn)識和理解，幫助記憶。原理性的學(xué)習(xí)主要是指思維教學(xué)，在這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，教師不是簡單地告訴學(xué)生原理的內(nèi)容，讓學(xué)生被動地接受知識，而是注重引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，通過雙向交流，培養(yǎng)學(xué)生的思維模式。例如對于FFT知識點的學(xué)習(xí)，教師可以通過口述及板書的方式提出計算量問題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真思考，提出各自改善或解決問題的方法，然后利用互動式的多媒體課件輔助的應(yīng)用，幫助學(xué)生了解FFT算法的基本思想，并和自己的方法比較，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而在例題講解訓(xùn)練時，可以通過傳統(tǒng)的板書方式，使學(xué)生有一個思考的過程，以培養(yǎng)其思維模式，并加深對重點、難點的理解。

2.注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

讀書是學(xué)習(xí)，使用也是學(xué)習(xí)，而且是更重要的學(xué)習(xí)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，是課堂理論學(xué)習(xí)的有益補(bǔ)充。在“數(shù)字信號處理”課程的實踐學(xué)習(xí)中，利用MATLAB強(qiáng)大的計算仿真功能及方便易用的圖形繪制功能，建立基于數(shù)字信號處理理論知識和MATLAB軟件平臺的實驗系統(tǒng)，對提高課程的教學(xué)效果有著非常重要的作用。按照不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計不同的實驗內(nèi)容。對于概念性知識點的學(xué)習(xí)，通過實驗教學(xué)將抽象的概念和技術(shù)理論轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诶斫獾目梢暬瘓D形，結(jié)合感性認(rèn)識和理性認(rèn)識，可以使學(xué)生加深對數(shù)字信號處理基本概念和物理意義的理解。對于思維性知識點，通過實驗教學(xué)將理論與實踐相結(jié)合，可以使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理的本質(zhì)。通過設(shè)計綜合性、創(chuàng)新性實驗，可以鍛煉學(xué)生解決問題的技能、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維、提高學(xué)生合作意識，激發(fā)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行科學(xué)觀察、新知識探求的思維能力。

3.評價體系改革

在過去應(yīng)試教育的指導(dǎo)思想下，對學(xué)生的評定大部分取決于學(xué)生的考試成績。而這種評價方式使學(xué)生只滿足于完成考試和獲得標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生對于知識的學(xué)習(xí)死記硬背的多，能融會貫通的少；照本宣科的多，能發(fā)展創(chuàng)新的少；課本成了公式庫、資料庫而非思想庫。因此傳統(tǒng)的評價體制不利于對學(xué)生的全面能力特別是創(chuàng)新能力做出準(zhǔn)確評估，嚴(yán)重束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、探索性、創(chuàng)造性。為改變這種狀況，在“數(shù)字信號處理”課中對考核及成績評定方式進(jìn)行探索及改革，其基本精神是將學(xué)生平時的各方面表現(xiàn)，特別是完成實踐性、創(chuàng)造性課題的表現(xiàn)作為重要考核指標(biāo)納入總成績。實踐證明，這些措施對于促使學(xué)生從單純記憶型學(xué)習(xí)向研究型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變起到了重要作用，有效地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自覺性，提高了“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

三、結(jié)論

“數(shù)字信號處理”作為一門基礎(chǔ)理論與工程實踐相結(jié)合的課程，廣泛應(yīng)用于許多科學(xué)領(lǐng)域，在電子信息類課程體系中占有非常重要的地位。本文結(jié)合課程教學(xué)實踐，從教學(xué)思想、教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面闡述了筆者對改善“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)效果的一些思考和探索。筆者認(rèn)為教師必須在思想上樹立“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，把“數(shù)字信號處理”課程看做是一門基礎(chǔ)知識與基本技能課程，是一門科學(xué)素質(zhì)教育課程。在此思想指導(dǎo)下，通過改進(jìn)課堂學(xué)習(xí)方法和手段，注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革評價方式等措施，創(chuàng)設(shè)積極的學(xué)習(xí)情景，激發(fā)課堂活力，調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和自覺性，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，從而推動課程從傳統(tǒng)的“注入式知識教育”向“研究式素質(zhì)教育”轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

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[2]燕良軾.創(chuàng)新素質(zhì)教育論[M].廣州：廣東高等教育出版社，2002.

[3]桑林瓊，邱明國，王莉，等.數(shù)字信號處理課程教學(xué)方法的探討[J].科技信息，2011，（3）.

[4]王俊峰.交互式教學(xué)在數(shù)字信號處理課程中的應(yīng)用[J].中國電子教育，2010，（2）.

（責(zé)任編輯：孫晴）