提升 “數字信號處理”課堂教學質量的探索與實踐

陳月芬 孫運旺

摘 要 文章針對地方性、應用型高校本科學生在“數字信號處理”課程學習中存在的問題，提出和實踐了基于“課前—課中—課后”的全課堂教學方法，通過精心裁選章節，導入趣味性學習案例，發揮項目驅動、問題導引和小組學習的優勢，監督和預警學生學業等措施，激發學生的學習主動性和積極性，提升課堂教學質量。

關鍵詞 課前課中課后 項目驅動 問題導引 學業預警

中圖分類號：G424文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.01.036

Research and Practice to Enhance "Digital Signal

Processing" Classroom Teaching Quality

CHEN Yuefen， SUN Yunwang

Abstract For local， application-oriented college students in "Digital Signal Processing" course of study in the problems， propose and practice based on the "pre-class - in class - after school，" the whole classroom teaching methods， carefully cut through selected chapters import interesting case study， play project-driven， issue guidance and group learning advantages， student academic monitoring and early warning and other measures to stimulate student initiative and enthusiasm to enhance the quality of classroom teaching.

Key words pre-class - in class - after school; task-driven; issue guidance; academic warning

0引言

“數字信號處理”是通信工程專業、電子信息工程專業以及其他電器和信息類專業的一門重要的專業基礎課。在我校電子信息工程專業的課程體系中，“數字信號處理”起著承上啟下的作用——“上”承“信號與系統”、“電路原理”等課程，“下”啟“DSP原理與應用”、“通信原理”等課程。專業所面向的就業崗位，如嵌入式系統工程師和工業控制工程師等崗位都要求有很強的“數字信號處理”理論功底和實踐應用能力。①

在傳統的教學中，學生普遍能夠認識到本課程的重要性，但是由于課程理論性很強，抽象概念較多，且涉及的數學知識非常多，②③④而就目前我校學生的現狀來說，學生數學基礎相對比較薄弱，學習本課程有一定的難度，加上實驗課時較少，導致學生產生怕學、厭學情緒，出現上課玩手機、睡覺、甚至逃課等違紀現象，學生消極學習、被動學習的現象普遍存在。這嚴重影響了應用型地方高校學生培養的質量，也影響了大學生身心的健康成長。

為了幫助學生系統地理解和掌握課程的基本概念、基本原理和基本分析方法，充分鍛煉學生綜合應用所學知識獨立解決實際問題的能力和工程實踐創新能力，深入貫徹全面推進素質教育，強化工程教育的精神要求，必須對本課程的教學內容、教學手段、實踐教學、課堂教學模式和考核方式進行相應的改革。筆者在多年從事“數字信號處理”教學的基礎上，針對傳統教學的不足，緊扣應用型地方高校學生培養目標，提出和實踐了基于“課前—課中—課后”全課堂教學設計方法，取得了較好的教學效果。

1 課堂教學改革

課堂作為學生掌握知識和技能的主要途徑，是教學改革的基礎單元，也是檢驗教學改革成敗的首要試驗場。大學教學改革的有效性最終都要由課堂教學效果這塊試金石來檢驗其成色。因此課堂教學方法和手段的設計與實施是教改中關鍵的最后一公里。課堂的核心環節是“教”和“學”、保障環節是“管”。使課堂的“教、學、管”成為有機整體，成為教學實施中的一體三面是課堂教學方法和手段研究的意義之所在。傳統課堂教學模式，學生正襟危坐，面對教師，聆聽教誨，其思維和交流能力不能被最大程度地開發和展示。盡管現在隨著新教學思想的深入，老師們已經逐步淡化自己的課堂霸權定位，努力給學生提供發言的機會和展示的平臺，但是，在傳統課堂氛圍下，學生的學習習慣和“愿聽不愿說”“愿記不愿議”的思想并沒有改變。筆者認為，課堂教學的有效實施并不僅僅局限于課堂一隅，而是一個系統工程，它必定還涉及到課前的準備、導入，以及課后的反饋、總結和練習。因此課堂教學設計與實施必然要從課前、課中、課后三個階段來闡述。⑤如圖1所示為筆者設計的課堂教學模式。

1.1 課前設計與實施

（1）瞄準課程定位、裁選章節內容。從人才培養目標的角度出發定位課程，使學生明確通過學習該課程應掌握的基本知識和基本原理，同時本著以學生發展為本的教學目標，堅持“以人為本、因材施教”的教學理念，以“夠用為度、能學為好”的原則實施專業課程的裁量教學。目前可供選擇的《數字信號處理》相關教材，都有“內容覆蓋全面，理論推導力求詳盡”等特點，不完全適合于本專業教學，有必要對所選用教材進行二次加工。筆者選用的教材是程佩青教授編寫的《數字信號處理》，內容較為翔實，理論推導詳細。在實際教學中，根據課程定位和教學原則，對該教材進行適當的裁選形成適用于本專業的自編講義，比如對于第四章快速傅立葉變換（FFT）內容的選擇，借鑒國外教材由Vinary K.Ingle， John G.Proakis編寫的《Digital Signal Processing Using Matlab》，課堂上僅僅介紹簡單的基-2算法，并教會學生借助于Matlab函數會使用FFT分析一個信號的頻譜，讓學生能夠理解快速算法的基本思想，同時掌握該工具的應用方法和應用領域等。

（2）導入興趣情境、激發學習熱情。課程組教師在教學過程中發現存在的一個普遍現象是學生上課后仍然心思渙散，難以快速進入學習狀態，因此如何吸引學生盡快融入課堂教學氛圍是一節有效課堂的良好開端。課前通過一些哲學故事或者相關的視頻、圖片等可視化資源或者創設一個問題情境作為教學前導，吸引學生的眼球，收束學生注意力及時進入學習狀態，激發學生對知識的思考與求知欲望。如在講授抽樣定理時，為了建立對抽樣定理的直觀理解，并激發學生的探究欲望，在一開始就以“風扇倒轉”的視頻為例，形象地展現了“信號采樣時不滿足抽樣定理就會出現混疊失真”現象，為后續對抽樣定理的理解做好鋪墊。

1.2 課中設計與實施

（1）實施小組學習、項目引領教學。遵循“做中學”、“學中做”學習模式，開展項目驅動式的小組學習，即從簡單到復雜設置任務項目，每個小組開展討論、探究，制定項目實驗方案，并在規定時間內完成，通過答辯等形式實現小組間的借鑒與互評，使學生在這種學習模式下既學會了知識，又培養了團隊協作的能力。

（2）緊扣課堂內容、精心設題巧問。針對小組中不同層次學生，采用螺旋遞進分層設級的“設問”方式，驅使全部學生腦袋轉起來，手腳動起來（實驗項目），從回答問題的被動應承到主動習慣，一步步引導學生完成項目、任務和知識的學習。這就要求問題的設置除了緊貼課堂教學單元外，還要適應不同學生的水平和能力。

（3）突出課程應用、簡化理論推導。緊扣應用型人才培養目標，針對課程性質和特點，簡化一些繁瑣的理論推導，突出課程的實際應用，注重課程之間的相互聯系和滲透，理論聯系實際。

（4）注重綜合實踐、層級遞進項目。精選實驗項目，涵蓋基礎性、綜合性和設計性實驗。一方面，在基礎實驗中重現理論知識，加深對理論知識的理解和鞏固，另一方面，通過綜合性、設計性實驗，培養學生的實踐能力和應用能力。

1.3 課末和課后設計與實施

（1）精選課余練習、鞏固教學效果。為了使學生及時發現學習中存在的問題并進一步鞏固課堂所學知識，課后需要通過一定的練習自我檢測。課后習題的選取要難度適中、題型多樣、知識點覆蓋全面。

（2）加強全程監控、預警差生學業。考核反饋是提高教學質量的重要手段，通過課堂練習并考核、單元練習并考核、期中聯系并考核等，做到“時時考核、處處考核”，通過考核讓學生的學習狀態停不下來。除了設定一些核心考核指標外，增加一些隨機指標和可調分值，提升考核的靈活度。在此基礎上及時反饋并正確評價學生的課堂行為，使學生了解自己的學習進度、學習成績以及在實踐中應用知識的成效等，能夠激起他們進一步學習的熱情和動力。 將每一次考核結果情況以曲線圖狀表示出來并公開，使學生了解本課程的學業動態變化情況。以紅、黃、綠來表示三類學生的學業狀態。根據每一次考核量化結果和對學生課程內容掌握情況，用紅色標示照此下去期末必不及格的學生，用黃色標示有不及格風險的學生，用綠色標示學業良好的學生。通過預警機制，使學生常懷警惕之心，學習過程中能夠改弦易轍，及時跟緊學習進度，以改進預警信息。

（3）拓展學習空間、建立第二課堂。在教學模式上，吸收現代信息技術，充分利用多方資源，拓展課堂空間。首先借助仿真軟件將死板的數學公式圖示化，抽象的概念具體化，靜態的知識形象化，從而調動學生的學習興趣;其次充分利用網絡工具，如微信群、QQ群、微博等，構建學生的學習空間和師生互動交流的平臺，使之成為第二課堂。將網絡空間的學習活躍度作為重要指標納入課程考核體系中，保障了網絡平臺得到有效利用。

2結論

本文針對地方性、應用型高校本科學生在“數字信號處理”課程學習中所體現出來的各種問題，提出了一種基于“課前—課中—課后”的全課堂設計理念，并付諸實施，實踐表明，從課前的預習、課堂上的學習和討論到課后練習的鞏固，本文教學模式能夠充分調動學生的學習積極性，確保課堂教學的效率，從而提升課堂教學質量，提高學生的綜合職業能力。

基金項目：“臺州市教育科學規劃研究課題”（項目編號：GZ15006）

注釋

① 陳華，覃玉榮，陳海強.“數字信號處理”課程及教學改革的發展與現狀[J].廣西大學學報（自然科學版），2007.32：194-197.

② 余穎，肖靜，劉樹博.數字信號處理課程教學改革的探索和實踐[J].東華理工大學學報（社會科學版），2011.30（3）：294-297.

③ 張瑞.數字信號處理課程教學環節的改革研究與實踐[J].安徽教育學院學報，2007.25（6）：30-34.

④ 張麗麗，賈亮.“數字信號處理”課程教學的改革與實踐[J].中國電力教育，2012（34）：70-76.

⑤ 張民生，石慧.信息技術支持下的課堂教學新模式的探索和研究[J].中國電力教育，2008（260）：70-73.