數字信號處理教學改革探索與實踐

郝潤芳　程永強　梁風梅

摘要：本文分析了目前“數字信號處理”課程教學中存在的問題，提出了課程改革思路及具體措施，將項目驅動機制和MOOC教學平臺引入教學過程，可有效提高課堂教學效率，提高學生學習積極性、主動性、創新性，對其他課程教學改革實踐具有一定的指導意義。

關鍵詞：數字信號處理；教學改革；研究型教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）29-0136-02

一、引言

數字信號處理是一門面向各大專院校電子信息學科的專業基礎課，它的基本概念、基本分析方法已經滲透到了信息與通信工程，生物醫學工程，導航、制導與控制，動力工程，航空工程等領域。學生應采取主動的方式獲取本課程所講述的基本概念和基本分析方法，并可利用其分析、解釋和計算信號、系統及其相互之間約束關系的問題。但多年來，我們的課程教學中仍然普遍采用教師主動、學生被動的滿堂灌輸的教學理念和方法，看似傳遞給學生的信息容量大，實質上學生接受質量和效率并不高。鑒于此，本課題組從理論教學和實踐教學環節入手[1]，經過多年的研究、實踐和探索，對該課程的教學進行了改革，并取得了較好的成效。

二、課程現狀分析

當前的課堂教學存在著以下弊端。

1.學生缺乏對本學科整個課程體系的全貌了解，各門專業課程之間缺乏整體聯系。這使得學生對該課程的前續知識準備不夠，對后續知識認識不足。

2.數字信號處理課程理論性強，內容抽象，涉及的數學知識較多，學習難度較大。傳統的教學模式下，學生會感到內容枯燥難懂，學習興趣不足，學習的積極性、主動性不高。

3.實驗內容中設計性實驗偏少，驗證性內容偏多，缺乏綜合性課程設計內容。致使很多學生沒有興趣在課前搜集整理相關資料，了解相關內容，還是依賴教師課堂講授，被動等待教師解惑。

4.隨著高校不斷擴招，學生人數不斷增加，導致學生整體平均水平相對下降，大班授課教學效果不佳。

三、課程改革思路

課程改革是指教師教學方式及學生學習方式的改變，是教師和學生雙向的改變，是教與學的相互溝通[2]。對于教師來說，要與時俱進，不斷更新教學觀念、教學思想、教學模式，變灌輸式、單向式為啟發式、討論式、研究式教學；對于學生來說，要形成積極主動的學習態度，使獲得知識與技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程，由傳統學習方式的被動性、依賴性、統一性、虛擬性、認同性轉變為現代學習方式的主動性、獨立性、獨特性、體驗性與問題性。針對當前國內高等教育中教師過分主動、學生過分被動，理論學習相對過多、實踐動手機會相對太少的特點，應該想辦法調動學生學習主動性、積極性，鼓勵學生充分發揮自己的個性和特長，不斷自主學習、獨立思考、自由創新，努力增加學生動手實踐機會，提高他們的綜合素質和解決實際問題的能力。針對課程現狀，提出以下具體改革措施。

1.針對課程內容之間的聯系問題，學院即將在各專業新生中課程中開設專業導論課程。在這門課中，會粗略講解本專業各課程內容之間的聯系。要想透徹理解數字信號處理課程內容，尤其要先深入理解前續課程信號與系統的精髓內容，即信號的三大變換以及線性時不變系統常用的各種表征方式之間相互聯系。由于信號與系統的內容較之數字信號處理更加抽象難懂，數學公式較多，使很多同學產生畏難情緒，學得一知半解，囫圇吞棗。這導致了相對容易的數字信號處理學起來也有些晦澀難懂了。因此在講述信號與系統課程時就要告知學生課程的重要性及與數字信號處理課程之間的聯系，而在講解數字信號處理課程時則要講述清楚和后續課程之間的聯系及對后續課程學習的影響。

2.針對數字信號處理課程理論性強、內容較為抽象的問題，教師應注重基本概念及其物理意義的講解，加強課程內容與學生生活及現代社會科技發展的聯系，教師應時刻關注本學科前沿動態，提升自身理論水平，將和本門課程有關的先進技術知識引入課堂，將學生感興趣的內容引入課堂，比如數字信號處理在短波通信、數字圖像處理、儀器儀表、汽車系統等領域的最新應用介紹給學生，可大大激發學生的學習興趣，也可讓學生初步了解自己畢業以后可能的就業方向。另外，教師應精選終身學習必備的基礎知識和技能，重點讓學生掌握核心理論、初步信號仿真能力及工程應用，適當減少復雜公式的計算和推導，避免學生陷入到復雜的計算中去。

針對學生學習主動性、積極性不強的問題，教師應改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，積極引導學生，善于提問學生，善于培養學生提問，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、交流與合作的能力。采取翻轉課堂的形式，讓學生到講臺上講解，還可適當給予學分獎勵，這樣既提高了學生學習積極性，又鍛煉了學生的思考及演講能力。本人在課程教學中采用課堂互動、討論、學生講授、分組論文寫作等新的教學方法和教學手段，取得了比較滿意的教學效果。

3.針對缺乏設計性及綜合設計性實驗的問題，由于課時較少，本課程只有4次8個小時的實驗，這種現狀下，課內設置50%的設計性實驗，一些綜合性的設計實驗只能作為學生的課后大作業來完成。將學生分為3—5人一組，每組選一個課題完成，課題內容盡可能接近實際項目。每個小組成員根據自身特點領取相應任務和資源，這樣既可鍛煉自身能力，又可培養團隊意識。在課題實施過程中，教師起引導作用，可以幫助學生分析所遇到的問題，鼓勵學生自己探索、思考解決問題的方法，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

4.針對班型較大問題，在師資力量允許的情況下盡量小班授課，以保證授課質量。若師資力量薄弱，則采取理論課大班授課，而實驗課小班教學的方式，便于教師及時發現問題，學生能及時得到指導。采用MOOC教學也是不錯的解決辦法，MOOC教學突破了傳統課程時間、空間的限制，突破了傳統課程人數限制，便于學生學習，也便于和學生互動。我們已經著手錄制教學視頻，放到網絡平臺，作為課堂教學的有力補充，進一步提升學生的學習質量和學習效率。

四、課程考核

課程的教學效果主要依靠課程考核來進行。課程的考核貫穿整個教學環節，包括課堂回答問題情況、出勤、作業、實驗完成質量等環節，對學生進行全方位考核。這種考核形式能更加全面地考核學生日常學習情況，激勵學生，激發學生學習主動性。

五、結語

隨著信息時代、數字世界的到來，數字信號處理已成為一個極其重要的學科和技術領域，它具有很強的理論性和實踐性，教與學都有一定的難度。近年來，本課題組在課堂教學和實驗教學方面不斷總結和探索，不斷把新的教學方法應用到實際教學中，大大提高了學生學習的主動性和積極性，提升了學生自主學習和動手實踐能力，提高了學生分析問題和解決問題的能力，并有了一定的團隊意識。

參考文獻：

[1]劉芳.數字信號處理教學改革的探索[J].教育教育論壇，2015，（49）：242-243.

[2]韓媞.數字信號處理課程現狀分析及改革探索[J].中國校外教育，2011，（z1）：1003.

Abstract：This paper analyzes the existing curriculum teaching at present "digital signal processing" of the problem，put forward ideas and specific measures of curriculum reform，project driven mechanism and MOOC teaching platform into the teaching process，can effectively improve the efficiency of classroom teaching，improve students' learning enthusiasm，initiative，creativity，has certain guiding significance to the practice of the teaching reform of other courses.

Key words：digital signal processing；teaching reform；research teaching