數字信號處理課程教學改革探索

【摘 要】本文分析傳統數字信號處理課程教學存在的問題，提出從教材、教學方法、考核方式進行全面改革，貫徹“以問題為中心”的教學模式。

【關鍵詞】數字信號處理課程 教學改革 應用型人才

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）11C-0163-02

數字信號處理是測控技術與儀器專業的一門專業課，理論性和實踐性都很強。隨著數字技術在測控領域的廣泛應用，該門課程的重要性日益凸顯。但在應用型高校，教學實踐的反饋卻不容樂觀。學生覺得課程難學，同時學完之后感覺收獲不大，不知如何應用。現行教材以及教學方法與應用型人才培養目標的脫節，是產生這一現象的重要原因。基于此，我們對數字信號處理課程的教材、教學模式、考核方式等進行了改革，其目的是探索一套適合學校定位和學生實際的教學方法，使學生能夠真正學有所得，學能所用，切實提高課堂教學效率。

一、數字信號處理課程教學存在的問題

在課程教學上，多數應用型高校并未真正厘清與研究型高校的區別，無論是教材選用還是教學方法的采用，都盲目照搬，既沒有自己的特色，也不符合自己學生的實際需求。總的來看，存在以下問題：

第一，教學內容理論介紹過多，實踐技能介紹偏少。枯燥的理論使部分學生心理上產生為難情緒，而缺少應用技能的介紹，則使學生學完之后不知如何應用，反過來進一步加劇了對課程內容的厭煩，降低了學習興趣。

第二，教學過程理論論證過多，圖像演示過少。數字信號處理實際上是一門實踐驅動型的課程，每一個課題都來源于實踐，都可以通過信號處理的實際結果來加以說明。通過圖像來演示不同方法處理數字信號的結果，有利于深刻理解數字信號處理的基本原理，增加課程的趣味性。

第三，教材編排比較呆板，缺乏目的性，不利于課堂教學效率的提高。現行教材基本上按照理論體系來編排章節，這雖然提高了章節的邏輯性，但同時也造成整個課程知識點的模糊，導致學生上課心中無數，學完也不知如何應用。

第四，教學方法上知識灌輸較多，學生主動參與較少。這種老師唱主角的教學方法，不關心學生的差異性，不符合“以學生為主體”的教學內在要求，也不符合“因材施教”的教學規律。可能造成“不該講的講多了，該講的講少了”的局面，教學效率不高。同時，課堂缺少學生的積極參與，也不利于學生的自主學習能力和獨立思考能力的培養，其結果就是學生走上工作崗位后解決實際問題能力的缺乏，這是目前高等教育廣被詬病的一個大問題。要想解決這一問題，必須加強學生思維能力的訓練，讓學生的腦筋轉起來。訓練的最好平臺，就是課堂。

二、數字信號處理課程教學改革實踐

為了與應用型人才培養的目標相契合，提升學生應用知識解決問題的能力，提高課堂教學效率，我們對數字信號處理的教學進行了全方位的改革，包括教學組織、教材編寫、考核方式等方面。

1.貫徹“以問題為中心”的教學方法，把課堂還給學生，培養學生“發現問題，提出問題，解決問題”的能力，提高課堂教學效率。主要流程如下：

（1）把班級同學劃分為若干學習小組（比如按照宿舍來劃分），作為課程學習、討論、撰寫研究報告的基本單位，小組的學習活動由小組長負責。

（2）以網絡為載體，在課堂教學前把將要學習的主題、基本理論知識等掛在網上，供學習小組預先討論、學習，并匯總需要解決的問題。

（3）課堂教學以學生討論為主。首先由每個小組將提出的問題列出，教師對問題進行梳理和補充；然后針對每個問題，學習小組進行討論。

（4）通過討論得到各個問題的結論，未能得出結論的，由教師進行進一步講解，最終達到解決問題的目的。

（5）學習小組根據課堂所學內容，完成相應課后研究性作業，撰寫研究報告。

2.編寫配套教材，增強工程應用訓練。為了與上述教學方法相適應，我們重新編寫了數字信號處理教材。與傳統教材相比，新編教材在體例、結構上都有所突破，獨具特色。主要特點為：

（1）教材以專題為基本的組織形式，共分15個專題。每個專題集中闡述數字信號處理中的一個知識點，大概占一次課（兩個課時）的分量，目的是希望每堂課能真正解決一個問題，切實發揮課堂教學的作用，提高教學效率。若干個專題圍繞一個主題展開，這些專題將組成一章。因此，在書中章的結構是松散的，專題才是核心。

（2）每個專題按照“理論基礎—應用基礎—問題討論—知識運用—實戰演練”五段式結構來編寫。

理論基礎介紹每個專題所涉及的基本理論，本著“夠用”的目的，只對最基本的理論作介紹，不作深入的原理推導。

應用基礎介紹相關應用技能，特別是運用MATLAB進行信號處理的相關函數和命令。

問題討論則注重于對理論的理解，圍繞專題中的理論知識，以提問的形式來對理論進行闡釋。

知識運用聚焦于運用理論知識和應用技能來解決實際問題，運用大量實例來演示如何進行實際的分析和設計；而反過來，實際的應用過程，也有助于加深學生對理論知識的理解。

實戰演練則是留給學生的研究性作業，旨在讓學生能學以致用，在理解的基礎上獨立運用所學知識解決實際問題。

3.改革考核方法，增強應用能力考核。應用型人才培養的一個重要指標，是學生必須能解決實際問題。這一能力，要靠平時的點滴積累。考核的主要導向是弱化閉卷考核，強化過程考核，重視應用能力，避免“一卷定終身”現象。考核主要方式為：

（1）發現問題能力考核，占總成績的30%。每個學習小組在課堂上提出問題、參與討論問題的情況都要詳細記錄，作為課程考核的一項重要內容。以小組為單位進行考核的原因在于：一方面有利于課堂討論的順利推進，另一方面也是培養學生團隊協作精神的舉措。

（2）應用能力的考核，占總成績的40%。應用能力考核主要通過課后研究性作業和綜合設計兩部分組成。每個專題的實戰演練部分，要求學生按照工程設計要求來完成，做到論證充分、數據詳實、結論清晰，完成后撰寫研究報告，所有15個專題的研究報告連同綜合設計報告要匯編成冊，作為期末考核的重要材料。

（3）知識能力考核，占總成績的30%。這部分主要考核學生對基礎理論掌握的程度，以閉卷考試的形式進行。

三、改革效果與存在的問題

上述教學改革在常熟理工學院實施了兩年，總的來看，取得了較好的效果，許多預期的目標得到改善。主要表現在：

第一，學習內容更加清晰。學生普遍反映，15個專題的教材編排，讓他們對數字信號處理課程要求掌握的主要內容，以及這些內容的主要作用更加清晰，基本理順了各個知識點所涵蓋的理論知識和所需要的應用技能。

第二，應用技能大幅提高。通過15個專題的研究性作業訓練，學生基本掌握了如何進行頻譜分析，如何設計數字濾波器等基本技能。知識學習和知識運用相得益彰，不再互相脫節，學習的目的性更明確。

第三，學習積極性和主動性得到改善。由于提問和討論占考核比重較大，逼迫學生參與到課堂進程中，使他們由“帶著耳朵上課”，逐步改變到“帶著腦袋上課，帶著嘴巴上課”，課堂氣氛有所改善。通過學生自己提出問題，也能夠使他們更加深刻理解相關問題的難點所在，從而知識掌握得更加牢固，教學也更能“有的放矢”，效率有所提高。

在實踐中，也存在一些問題，使預期的教學目標未能完全實現。主要有：

其一，課堂討論的順利推進需要更有效的措施。受傳統方式的影響，學生參與課堂討論的主動性還不夠，這可能會影響到教學進程的進行。“以問題為中心的”教學方式，希望通過學生的討論來求得問題的解答，借此鍛煉學生解決問題的能力。如果學生的討論需要教師的催促和點名，將會達不到預期的目的。這一問題的解決，需要耐心和時間，也需要教師提高掌控教學進程的能力。

其二，如何保證學生完成研究性作業的獨立性，還需要更合理的考核方法。研究性報告的撰寫，應該是培養學生工程設計能力的好方法，但是由于研究性作業需要在課后花一定的時間才能完成，存在互相抄襲的可能，這給最后成績的評定帶來一定困難。一組一題或許是解決之道，當班級人數較多時，這需要教師提供更多的研究性課題。

其三，學習小組成員之間的協作互助機制，還需要進一步完善。劃分學習小組的主要目的是提高問題討論的有效性，因為課前預習環節需要充分的討論才能凝練出有價值的問題。但實踐中也發現，學習小組成員參與課堂討論的程度并不均衡，有的成員積極主動，有的成員則較為被動。由于討論、研究性作業等基本上都以小組為單位進行，從而被動型成員始終得不到相應的訓練，最終應用技能所得甚少。如何保持學習小組的協作性和成員獨立性的同步發展，還需要進一步的探索。

總之，應用型人才的培養是當前企業界對高校的期待，也日益成為教育界的共識，應用型高校對此責無旁貸，應該有所擔當。為滿足這一教學需求，應用型高校的相關課程的教材教法必須大膽改革，與研究型高校有所區別，才能真正立足，取得實效。數字信號處理課程的改革實踐，是我們所做的一點嘗試，希望能起到拋磚引玉的作用，為人才培養模式改革的大潮增添浪花。

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[4]易奇志.探索大學課堂教學的有效性[J].廣西師范學院學報，2010（4）

【基金項目】江蘇高校品牌專業建設工程資助項目（PPZY2015C215）

【作者簡介】鐘黎萍（1970— ），男，湖南桑植人，常熟理工學院電氣與自動化工程學院副教授。

（責編 王 一）