混合式教學方法在現代數字信號處理教學中的應用

高志奇

摘 ?要 對現代數字信號處理課程的混合式教學方法進行探討。首先論述混合式教學的含義和特點，然后論述現代數字信號處理課程中混合式教學的具體措施，分析啟發式教學方法、翻轉課堂、項目驅動式教學等具體教學方法的應用和效果，最后指出混合式教學的使用有助于學生科學思維方式的形成和學習能力的提高。

關鍵詞 現代數字信號處理;翻轉課堂;微課;混合式教學;啟發式教學;項目驅動式教學

中圖分類號：G642.41 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）02-0074-03

1 引言

現代數字信號處理課程是面向電子信息類研究生開設的一門核心學位課程。該課程主要研究隨機信號的處理、識別等原理和方法，在理論和實踐方面都具有極其重要的意義[1]。因此，很多高校的信息與通信工程、電子與通信工程、控制科學與工程等碩士學科都開設了該課程[2]。現代數字信號處理課程具有數學理論推導較多、內容廣泛、概念抽象等特點，需要學生具有較好的數學功底，才能完全理解理論內容[3]。由于工科研究生的數學理論基礎較為薄弱，同時課程學時有限，若教學方法不當，學生一方面在學習過程中易感到枯燥乏味，難以理解和掌握;另一方面易產生畏懼學習的心理，失去學習興趣。

針對上述問題，內蒙古工業大學結合學生的實際情況，在現代數字信號處理課程教學中進行混合式教學探索和嘗試，取得一些有益的成果。

2 混合式教學原理與具體措施

現代數字信號處理課程開設初期，主要還是采用傳統的講授式教學方法進行課堂教學。講授式教學方法將教師作為教學的主體，以內容講解為主要教學手段，結合討論和實踐進行教學;學生在教學活動中作為知識的接收者，以從屬的方式配合教師的教學活動。運用這種教學方法，學生的參與度不高，學習的積極性和主動性較差，從而導致教學效果不盡如人意。

為了改變這一現狀，嘗試采用混合式教學方法，在教學中體現學生的主體地位，以達到提高學生的積極性和提升教學質量的目的?；旌鲜浇虒W通常把多種教學方法在一門課程中進行有機融合，采用的教學方法可以不拘一格，既可以是傳統方法（如講授式、案例式），也可以是現代方法（如翻轉式、探究式）[4]。運用混合式教學法，需要根據課程的不同教學內容來選擇不同的教學方法，以實現教學效果的最優化。混合式教學將課堂教學的核心由知識傳授轉換為知識獲取，將教學的主體由教師轉換為學生。混合式教學是教師知識傳遞和學生主動學習的混合，也是學生自主探究和協作互助的混合，既體現了教師的主導作用，也突出了學生的主體地位。下面介紹在混合式教學中采用的一些典型教學方法。

啟發式教學 ?現代數字信號處理是一門理論性很強的課程，其中的很多內容都需要進行煩瑣的公式推導，如果只重視數學描述，往往很難引起學生的興趣。因此，常采用啟發式教學方法，即由教師提出問題，引導學生思考并鼓勵學生回答[5]。這種方法是通過提問激發學生的求知欲，促使學生思考和理解問題，將被動接收轉變為主動思考。

啟發式教學一般用于理論內容的引出過程，教師通過逐步引導，使學生根據已有知識或經驗得到新的知識。如在講解“小波變換”這一知識點時，教師先給出連續小波變換和逆變換的表達式，然后提問：小波變換的自變量是什么？引導學生推出自變量是時移和尺度。再提問：尺度的含義是什么？當沒有學生答出標準答案時，轉而進行啟發提問：尺度的取值與小波基函數的關系是什么？大部分學生可以給出答案。進一步提問：尺度變量的大小會不會影響信號變化的快慢？通過分析，學生會做出肯定回答。最后提問：信號變化的快慢對應什么物理量？經過上述的啟發引導過程，學生最后都能得出正確答案：尺度變量代表了頻率。通過啟發式教學，加深了學生對理論概念的理解。

啟發式教學方法的使用，可以在課堂上創造出一種探索的情境和氛圍，使學生在創造中進行學習，往往可以取得事半功倍的效果。

翻轉課堂 ?傳統課堂教學的特點是教師面對不同的學生，以同樣的方式傳授同樣的內容，而學生作為學習的客體被動接收。另外，受限于有限的課堂學時，學生學習每一個知識點的時間是非常有限的。隨著信息技術的飛速發展，網絡教學資源日益豐富，使得學生學習的時間和空間得以擴展，而不再受限于課堂的有限時間和固定空間中。因此，翻轉課堂的教學方法也應運而生。翻轉課堂的主要形式包括課前自學和課堂討論兩部分。學生通過課前自學相關知識點，完成知識傳遞過程。在課堂上，全體師生對自學內容進行匯報討論、答疑解惑，實現知識的鞏固和內化[6]?？梢钥闯觯D課堂的兩部分將傳統教學中知識傳授和知識內化的場所進行了顛倒。翻轉課堂的主要優點是可以實現以學生為中心的交互式教學。

在現代數字信號處理教學中，對“參數化功率譜估計”“RLS自適應濾波”等知識點采用翻轉課堂教學方法。翻轉課堂的應用，首先要求具有網絡教學資源和教學平臺。利用Camtasia Studio軟件制作相關知識點的微課視頻，每段視頻長度約為15分鐘，按照問題引入、原理講解、應用實例的順序組織相關內容。微課視頻上傳到學校網絡教學平臺的課程網頁上。除教學視頻外，課程網頁還放置了教學大綱、講義、多媒體課件、典型例題解答、討論題、課外閱讀資料等，以方便學生進行自學和復習。

在翻轉課堂的第一階段，教師通過網絡教學平臺推送自學任務，布置相關思考和討論題目。學生接收學習任務以后，觀看微課視頻，完成課前習題。在自學過程中，學生可以通過課程網頁上的討論區與教師和其他學生進行交流討論、答疑解惑，更好地完成自學任務。在這一階段，學生通過自學，已經初步掌握相關知識點的基本內容，再通過習題、思考題、交流討論等，初步實現知識傳遞和鞏固。

翻轉課堂的第二階段是課堂強化。首先，教師對重點和難點內容進行簡要講解，然后以隨機抽查的方式檢查學生的自學掌握情況。期間教師可以進行穿插講解，對學生理解不足和錯誤之處給予指導。之后對第一階段布置的思考題展開討論，進一步鞏固相關知識點。最后，組織學生交流學習心得，總結學習收獲等。

翻轉課堂教學方法在實質上擴充了學生的有效學習時間，同時將學生由知識的被動接收者轉換成知識的主動索取者，而教師則由知識傳授者轉變為學習的組織者和指導者。這樣的轉換更符合高等教育學生的知識獲取規律，有利于培養學生的學習能力。

項目驅動式教學 ?項目驅動式教學是指將課程的若干知識點融入某個項目中，從而達到以項目為載體，使理論內容和原理的教學與實踐相結合的目的。與傳統教學方法不同，項目驅動教學方法可以將理論內容融合在實踐項目中，促使學生在完成項目的同時，逐步熟悉和理解理論內容[7]。因此，項目驅動教學法屬于在實踐中進行主動學習的教學模式，對于培養高等教育階段學生（特別是研究生）的自學能力和探索精神是非常合適的。

項目驅動式教學首先要進行選題，題目以教學內容為依據，體現出實用性和探索性，難度適中為宜。選擇現代數字信號處理中“功率譜估計”“自適應濾波”“時頻分析”幾部分內容，擬定“聲吶探測中波達方向高分辨估計”“復雜背景中弱語音信號的提取”“基于現代譜估計方法的說話人識別”“穿墻雷達動目標檢測方法”等題目。學生根據興趣任意選擇其中的一個研究題目，既可以獨立完成，也可以2～3人組隊完成。

在項目研究之前，教師要進行科研方法指導，向學生傳授科學研究的一般過程與方法，還要對項目進行簡要分析，指出該項目與課程中的哪些知識點有關。同一組的學生則需要進行項目分工，討論需要查詢的資料，并分析項目可能遇到的問題及解決方案。在進行充分的師生之間、學生之間的交流后，各組需要制訂項目的實施計劃和方案等。學生在項目研究過程中每周要匯報一次研究進展，并就遇到的問題與教師和同組學生進行討論交流。項目完成后，學生撰寫和提交項目研究總結報告，并由教師組織考核答辯。

在項目研究過程中，大多數學生通過自己的努力自學了涉及的相關理論知識，并較好地完成了研究工作。最后在考核答辯環節，學生都能夠較為清楚地講述自己的設計思路和原理。由于項目驅動式教學可以將課堂所學知識與實際應用聯系起來，因此，學生參與的積極性都比較高，而且在通過自己的努力完成研究任務后，成就感很高，進一步激發了學習該課程的積極性，形成良好的學習氛圍。通過項目驅動式教學，學生不僅自學了理論內容，還在實踐中加深了對理論的理解，同時掌握了科學研究的一般方法，對后續專業課程的學習以至日后的科研活動都產生有益的影響。

3 結語

現代數字信號處理課程混合式教學方法經過兩年的教學實踐，證明是可行的。啟發式教學方法使學生在探索中體會到獲取知識的樂趣;翻轉課堂體現了學生在教學中的主體地位，實現教學到自學和互學的轉變;項目驅動式教學則將學習與實踐有機結合起來，實現“做中學”和“學中做”。多種教學手段的有機融合，不僅將枯燥的理論學習生動化，激發了學生的學習興趣，而且培養和提高了學生的學習能力，為進一步的學習和科研奠定了基礎。

參考文獻

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