《現代數字信號處理》P2BL動態教學模式建立與實踐

張曉俊 吳迪 肖仲喆 孫寶印 陶智

摘 ? 要：《現代數字信號處理》是電子信息類專業的研究生核心課程，為了改變本課程起點高、難度大、學習困難等現狀，本文提出了一種結合問題式學習（Problem-Based Learning，PRB）和項目式學習（Project-Based Learning，PRB）的P2BL動態教學新方法，并對該課程的教學內容、教學形式、教學實踐、教學評價環節進行了改革探索，通過實踐表明，本方能夠有效地培養學生的實踐能力、應用能力和創新能力，取得了較好的教學成效，值得進一步推廣。

關鍵詞：現代數字信號處理 ?問題式學習 ?項目式學習 ?教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0189-03

隨著通信技術、微電子技術、計算機網絡技術、人工智能和大數據分析技術的迅速發展，數字信號處理技術及現代數字信號處理技術得到了飛速發展，并廣泛應用于生物醫學、消費電子、現代工業等諸多領域，已經成為推動現代科技發展的重要應用技術之一。

《現代數字信號處理》課程為蘇州大學碩士點“檢測技術與自動化裝置”的核心專業課程，該課程與現代信息處理領域的很多前沿問題和現代控制技術理論有很強的相關性，特別是人工智能、大數據分析和深度學習技術。如圖1所示，本課程的講授內容諸如隨機信號分析、濾波技術、功率譜估計、時頻分析與小波變換、人工神經網絡等，已廣泛應用于諸多信息類前沿學科領域[1-6]。相對于本科課程《數字信號處理》來說，該課程對學生數學要求更高，涉及高等數學、線性代數、概率論與數理統計、信號與線性系統、數字信號處理等諸多基礎課程，由于攻讀碩士學位學生來自于不同的院校，甚至有的學生本科階段還缺乏數字信號處理基礎，對課程的知識點理解有一定的難度，所以在實踐過程中講授的難度較大。

為了改變本課程起點高、難度大、在授課過程中學生普遍反映學習較困難等情況，本課題對課程的教學內容、教學形式、教學實踐、教學評價等諸多環節進行改革探索，改變原來的“老師負責講完，學生負責聽完，學期結束考完”的傳統靜態教學模式，提出了基于P2BL模式的動態教學新方法[7-8]，幫助學生掌握基礎理論知識并著重培養其解決實際問題的實踐應用能力，為今后的研究性課題工作的開展提供鍛煉機會。

1 ?P2BL動態教學模式

問題式學習（PBL）旨在結合課程的講授內容，通過學生自己提問題、回答問題、查資料并通過討論來解決問題的一種全新學習方式。問題式學習教學法是以問題為導向的教育方式，與傳統的課堂教師教授傳授知識為主的教學法有很大不同，強調以學生為中心，鼓勵學生主動學習，通過學生的自主探索和研究去解決設定的問題，理解和掌握隱藏在問題背后的理論知識和科學技術，培養解決問題的能力和自主學習的能力。項目式學習（PBL）把整個學習過程分解為具體的教學課題，據此來設計教學思路，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養如何解決實際問題的能力。

《現代數字信號處理》是理論性很強的一門課程，為了能讓學生掌握好基礎知識，對理論有深入理解，在教學環節中側重基礎教學，同時對重要理論進行深入挖掘。采用P2BL動態教學方法，課程中安排豐富的案例和實踐課題，從實踐中提高能力。如通過解決實際問題，使學生對理論部分有系統性的理解，為研究生今后獨立承擔課題奠定基礎。同時也會依據同學們興趣，增加學生自主選題環節，更好的實現師生互動，提高研究生學習對本課程的學習熱情。

本課題將結合《現代數字信號處理》研究生課程的具體建設目標，把P2BL動態教學新模式應用到教學內容、教學形式和教學實踐中，著重過程式學習，并為最終的教學評價提供依據。讓學生不僅僅是課程的受眾者，更是課程的參與者和設計者，通過最終的教學反饋，完善《現代數字信號處理》課題案例庫，將為課程的后續建設和發展提供有益的幫助。

2 ?P2BL動態教學模式教學方法

本次課題主要在教學內容、教學形式、教學實踐和教學評價等四個方面進行，努力不斷革新前沿性教學內容、探索P2BL動態教學方法，教學模式體系如圖2所示，具體內容如下。

（1）基于問題式學習（PBL）的教學內容優化。

《現代數字信號處理》課程內容豐富，如果在授課過程詳細講解每一個知識點，推導每一個公式，必定無法在有限的學時內完成教學任務。為此在教學過程中在充分考慮授課內容的系統性基礎上，采用基于問題式學習（PBL）的教學方法，做到側重基礎、突出重點、面向應用，采取“以點帶面”的授課方法，即重點講授核心原理，擴展其他知識。

（2）基于問題式學習（PBL）的多元化教學形式。

《現代數字信號處理》內容抽象且學時較少，需要充分利用板書教學和幻燈片教學的各自優勢，解決學時不足的問題。此外采用MATLAB軟件進行基于問題式學習（PBL）教學，采用案例演示的方法，將繁瑣的推導過程形象化，用仿真手段直接得出重要結論，可以大幅度降低理解問題的難度，提高學習效率。

（3）基于項目式學習（PBL）的教學實踐方式。

將項目課題引入到授課過程，不僅可以提高學習興趣、增強工程實踐意識;而且通過講授實踐過程，使學生初步掌握科研實踐規律，增加理解知識的深度和廣度，達到“為我所學”和“學以致用”的目的。通過基于項目式學習（PBL）的實踐課題，讓學生感受和學習到課題所涉及項目開發的全部細節，提高學生獨立分析和解決工程問題的能力。

（4）改革教學評價模式，強調過程性學習評價。

將教學評價分為理論教學評價、實踐教學評價，期末考試評價三大類，突出實踐教學評價的比重，強調過程化學習，讓學生摒棄期末“臨時抱佛腳”的思維，通過評價手段調動學生的主動學習積極性，真正促進學生的獨立思考能力和創新能力。

3 ?P2BL動態教學模式教學方法實踐

本課題以蘇州大學2018級檢測技術與自動化碩士專業為試點，開展了P2BL動態教學模式實踐教學活動。通過組建現代數字信號處理教學團隊，確定了與課程知識點密切相關的研究項目課題，如表1所示。隨后在授課過程中，教學團隊著重基于這些知識點進行講授，以MATLAB實例為基礎，讓學生從實例中理解所涉及相關原理，幫助學生盡快融入課題，鼓勵學生在課堂上就相關知識點開展研討。在期末舉辦了課程課題項目匯報活動，讓學生就所選擇的課題進行15min左右的匯報展示，重點講述課程所學習的理論方法以及在課題上的具體應用。隨后教學團隊老師逐一進行打分，點評，作為其實踐教學成績，同時將課題材料列入《現代數字信號處理》課題案例庫。

4 ?結語

本課題將P2BL動態教學模式導入到研究生課程《現代數字信號處理》教學中，完善課程體系，從傳統的以教為主轉換到以學為主的新理念，并可將研究成果推廣到其它的相關研究生課程中去，促進檢測技術與自動化裝置專業建設。同時將團隊建設思想融入到具體課程建設中，每位專業任課老師結合自身專業特點，進行課程模塊的專題性講授工作，建設《現代數字信號處理》課題案例庫，共同來完成課程的教學目標，推進創新型、實踐型人才的培養，可為其他高校相關專業的課程建設提供借鑒。

參考文獻

[1] 王秋生， 袁海文，崔勇.《現代數字信號處理》的教學研究與實踐[J].北京航空航天大學學報：社會科學版， 2009，22（4）：77-80.

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[3] 歐先鋒，李宏民，羅百通，等.現代數字信號處理課程建設與改革探索[J].成都工業學院學報，2017（1）：85-87.

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[7] 李慎剛，趙文，康玉梅.基于OBE理念的PBL教學法設計[J].當代教育實踐與教學研究，2019（1）：71-72.

[8] 劉廣平，陳立文，李嫄.境外基于項目式學習的教學模式研究述評[J].高等建筑教育，2014，23（4）：44-50.