數字化學習環境下“數字信號處理”課程教學改革

黃煒嘉 林 明

（江蘇科技大學電子信息學院，江蘇 鎮江212003）

0 引言

DSP學科的基本理論是基于經典的數值分析技術和20世紀40～50年代發展起來的采樣理論，從1969年第一本《數字信號處理》專著出版，《數字信號處理》課程陸續在一些世界著名大學開設。隨著電子技術的發展，該課程教材內容發生了很大的變化，教學的對象也從研究生課程或本科選修課變成專業基礎必修課。目前，國內所有大學面向電子信息、通信和計算機應用等專業的本科生都開設了《數字信號處理》課程，主要內容為確定性數字信號處理的概念和方法。該課程的特點是理論性很強，突出數學分析，工程概念薄弱[1]，學生學習起來比較吃力。為適應電子技術的發展，使學生所學盡可能的與社會發展接軌，對數字信號處理這一課程進行改革勢在必行。

隨著現代教育技術的發展，數字化學習成為一種接受教育的新方式，它包括了新的溝通機制和新的人與人之間的交互作用。本文討論在新形勢下，如何充分利用數字化學習資源，改變以往靜態的演示性教學方式，建立新的溝通機制；改變傳統課堂教學的目的和功能，強調個性化學習，提高教學效果。

1 數字化學習環境的特點

數字化學習（e-Learning）是一種以數字技術為主要特征的學習方式。美國教育技術首席執行總裁論壇在2000年6月召開的以“數字化學習的力量：整合數字化內容”為主題的第三次年會中，已提出了“數字化學習”的觀念[2]。隨著信息技術的日新月異，數字化學習資源越來越豐富，從數字音頻、數字視頻、多媒體軟件、網站、在線學習管理系統、計算機模擬、在線討論、數據文件及數據庫等等，到近年來大規模網上公開課、微課，慕課的興起，信息技術與教育聯系得越來越緊密。數字化學習的主要目的是提高學生學習質量和效率，培養學生的創新思維和終身學習能力。而目前，在校大學生數字化學習的理念和應用水平還處在初級階段，甚至有相當比例的學生在觀念上僅把網絡等媒體作為檢索信息、通訊和娛樂的工具，而對其蘊含的學習功能卻沒有充分認識[3]。

在數字化學習環境中，學習模式也發生了重要的變化，主要體現為以下幾點：

（1）學習者的學習講不僅僅依賴于傳統的教師的講授與課本的學習，而是利用數字化平臺和數字化資源，由依賴書本學習轉向利用資源學習，形成新的溝通機制。

（2）由按部就班的線性學習轉向具有個性特征的非線性學習。

（3）由死記硬背式的學習轉向主動建構性的學習。

（4）由依靠教師的學習轉向主動學習。

學習方式的變革以及信息學習環境的支持為學生形成良好的認知結構，培養創新意識提供了理想的條件，激發學生的學習主動性。

2 課程教學模式改革

2.1 轉變課堂教學模式

傳統的課程教學中，老師主要起到引領的作用，老師對課程內容的熱情比較難通過單方面的講授傳達給學生，激發期學生的主動性。在數字化學習環境中，學習資源非常豐富，各學科都可以利用學習資源進行自主學習，教師可以將數字化學習資源與課堂教學進行結合，提高教學效果，同時還能夠促進學生對數字化學習資源的使用，提高學生的信息素養，培養終身化學習能力[4]。

具體在授課過程中，充分利用網絡和相關技術，給教師和學生提供一個新的雙向交流環境，重視教學的過程。在課前課后，通過網絡，給學生提供預習自學、課后復習的平臺，針對每一課的目標、重點，提出問題，由學生自己動手，親自尋找答案，得出結論反饋給教師。在主動探究學習的過程中，“問題”是學生學習的重要載體，問題的設置可以靈活多樣，與生產生活聯系緊密，激發學生的學習興趣。比如：緒論課時，請同學們討論信號處理在實際生活中的應用；后續增加“幽默講卷積”、“怎樣理解傅里葉變換”、“信號頻譜的概念與意義”、“頻譜分析中窗函數的使用”等專題討論。教與學的整個環節都強調利用資源而不僅僅依賴書本，指導學生利用計算機網絡、多媒體、專業內容網站、信息檢索、電子圖書館、遠程學習與網上課堂等建立新的溝通機制。課程的授課形式是教師課堂上講授，但教師會提供十分豐富的課程資料，教師會出現在網絡討論平臺和其他媒體上；同時，也鼓勵學生們課后通過討論模塊互相交流，展現自己。

2.2 加強學生學習能力培養

學生的思想不是一個需要填充的容器，而是需要點燃的木頭，只有通過老師和學生的積極交流，而不是簡單地授課填充學生的腦袋，才能點燃他們的創造力、想象力和解決問題的能力。傳統的課程教學教師與學生的交流僅僅局限于課堂上，課后答疑以及作業，考試環節的反饋，數字化資源與課堂教學的結合的新模式下，通過教師的“導學”作用，倡導學生基于數字化學習環境下的自主探究性學習，由按部就班的線性學習轉向非線性學習。利用數字化資源，教師、學生之間開展協商討論、合作學習，并通過對資源的收集利用、探究知識、發現知識、創造知識、以及展示知識的方式進行學習[5]。

課程實驗是學生們動手能力，綜合能力培養的平臺。以往的實驗中，由于采用Matlab軟件仿真方式，學生往往滿足于編寫和理解程序，而不是將精力放在實驗結果的分析和理解上；在較短的上機實驗時間內，學生僅能完成指定算法的驗證，無法根據自己對概念的理解，通過嘗試改變算法的實現方式，加深對概念本身的理解等問題。因此，本文研制了基于Matlab的《數字信號處理》實驗教學系統(圖1)，旨在充分利用Matlab軟件在可視化編程和數值計算方面的優勢，詳細生動地揭示數字信號處理理論的物理實際意義,豐富教師的教學手段，提高學生學習質量。該系統既可以在理論教學課堂上演示課程中比較重要的概念，同時也可以安裝在實驗室的計算機上，同學們動手操作，觀看演示結果，增加對實驗的感性認識，然后再做編程調試，提高同學們的興趣。

圖1 實驗教學系統

通過對數字化教學資源的真正利用，徹底擺脫死記硬背，激發學生的學習與發現的興趣，進而培養學生自主學習能力。在這個過程中，以學習小組，實驗團隊的形式，通過小組成員間的交流討論，增強學生的團隊合作精神和創新意識[6]。

2.3 建立新的評價模式

目前，課程采用的考核方式是傳統的平時成績占10%，實驗成績占20%，期末卷面成績占70%的形式。平時成績主要由上課考勤和平時作業組成，而考勤“代答”和作業抄襲現象遲遲無法完全杜絕，這就降低了平時成績的公正性和真實性。筆試中，由于課程涉及到的數學計算相對復雜，很多學生死記硬背數學公式，無法真正考察學生對課程內容的掌握理解程度。所以，此次教學改革對課程考試方式作了改變，具體做法為：①評價過程分散至學習過程，并且脫離形式化。學生將在條件許可的情況下，嘗試自己的新想法。嘗試不同學習小組的成員，作業互評機制，使學生為自己的學習承擔更多的責任。希望學生們積極參與到全面數字化資源中來，而并不只是依照傳統的學習方法參與到這門課的學習中來。廣泛使用課堂作答、小論文等考核方式，將學生在平日中提交的小論文、課堂討論及作業得分計入總分的分值適當提高，在一定程度上保證成績的真實性、公正性，以此來充分調動學生自主學習的熱情[7]。②筆試以開卷考試為主，題目設計應靈活，出題原則遵循減少死題目，增加活操作；減少死記憶，增加活分析、活應用，促進學生的應試技巧由死記硬背轉向融會貫通。課程將十分強調學習小組以及利用社會媒體，建立個人學習網絡和學習小組。課程任務包括：學生建立自己的電子學習檔案，里面有文本，聲音，視頻，鏈接等等，根據自己的選擇創立。這個電子文檔將儲存與本課程相關的資料，也能通過一定的數字方式呈現出來。教師授課過程中，學生會根據課程主題完成電子學習檔案的建立，并有計劃地將數字化應用到自己的檔案當中，這些都會在學生的評分中體現出來。

3 結束語

本文討論了數字化學習環境下,“數字信號處理”課程教學模式的轉變，為探究性學習搭建了一種交互的學習情境。改變了以往單純課堂教學方式，滿足了學生主動探究的需要，從而促進學生產生積極的學習行為和建構性的學習過程。通過建立數字化學習的溝通機制，滿足多元化的學習需要。通過資源整合，問題驅動，學法指導，分組競爭形成新的教學模式，激發學生的學習熱情就，提高教學效果。

數字化學習的興起和發展將促進學習方式的轉變。教育信息化、全民化的進程從一校、到全國再到全球；教育也從單一模式、單一地域向多模式、全球化發展。在全面數字化資源環境下，學生使用數字終端，在教師的組織、幫助和指導下進行自主學習、探究學習和合作學習，讓學生擁有學習方法的選擇權。數字化學習不能取代課堂的教育，但作為一種強大的輔助工具必將深深影響課堂教學的模式。

［1］陳華麗,程耕國.“信號與系統”和“數字信號處理”兩課優化整合的探討[J].中國電子教育,2009(3)：48-51.

［2］楊曼,王運武.中國數字化學習資源研究綜述[J].中國醫學教育技術,2014,10,28(5).

［3］謝舒瀟,吳蕓,謝雨萌,李招忠.在校大學生數字化學習特征調查與分析[J].理論探討,2005(6).

［4］任鎖平,劉瑞儒.數字化學習資源應用現狀的個案研究：以延安大學為例[J].中國醫學教育技術,2012,8,26(4).

［5］章國英,張燕,施稱.數字化學習環境及學習過程的優化[J].現代教育技術,2009,19.

［6］鄭旭媛,田心.“數字信號處理”課程研究型教學改革與實踐[J].西北醫學教育,2007,15(3)：513-514.

［7］莊陵,曹建玲,朱聯祥.基于建構理論的“數字信號處理”課程教學模式探索[J].中國電力教育,2010(22),2004(1)：75-76.