混合式教學在數字信號處理課程中的應用

劉倩

摘要：針對數字信號處理課程在教學過程中存在的問題，在教學內容、實驗設置、考核方式和信息化建設等方面對課程進行改革。首先，通過優化教學內容，繪制課程知識體系，明確課程中重點難點知識，其次，完成實驗層次化的改革，通過項目化實驗，提高對知識的掌握程度，最后，通過改革考核方式和信息化建設，完成傳統教學和網絡教學的優勢結合，既發揮了教師的指導作用，又提高學生的積極性和創造性。

關鍵詞：混合式教學;數字信號處理;信息化建設

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0147-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Aiming at the problems encountered in the course of digital signal processing， the reform in term of teaching content， experiment setting， and assessment method and information construction is carried out. Firstly， the key and difficult knowledge of the course is proposed by optimizing the teaching content and drawing the curriculum knowledge system. Secondly， the reform of the experimental hierarchy is completed and it improves the mastery of knowledge through project experiments. Finally， through the reform of assessment methods and information construction， the combination of traditional teaching and network teaching is completed， which not only plays a guiding role for teachers， but also enhances students' enthusiasm and creativity.

Key words： Blending Teaching ;digital signal processing; information construction

傳統的教學模式，教師是教學的主體，學生是被動的學習者和接收者。傳統的教學模式忽視了學生才是學習的主導者，損害了學生的學習積極性。隨著信息化技術的高速發展，國內外教育工作者努力尋求新的教學模式，混合式教學應運而生?；旌鲜浇虒W模式將傳統教學模式和信息化教學模式結合，既能發揮教師的啟發，引導，監督作用，也能引導學生主動積極地學習。

《數字信號處理》[1-3]作為通信與電子信息類的專業核心課程，需要前期課程的知識儲備，如高等數學、復變函數、概率論、信號與系統等，而且是后續課程如圖像處理的基礎課程，所以在通信類專業中具有重要地位。但是《數字信號處理》是以算法為基礎，導致其概念抽象、公式推導復雜、內容枯燥難理解、可視化差，使學生在課程的理解和應用上具有一定的難度。針對上述問題，自2016年起，本學院通信工程專業開始實施課程綜合改革，改革結合該門課程的特點及學生培養目標，對該門課程分別從教學模式、實驗教學、考核方式、信息化建設等方面進行改革。

1 課程的教學現狀及存在的問題

1）概念晦澀難懂

通信類專業開設該門課程，需要學生掌握數字信號處理的基本概念及原理，但是課程中的很多概念學生都很難掌握和透徹理解，如頻譜、采樣、FFT、濾波器的設計等等，晦澀難懂的概念導致學生不能積極主動的學習該門課程。

2）教學內容與實踐脫節

該門課程的主要內容有頻譜變換、濾波器設計等，但課本知識大多是以公式推導為主，涉及與工程實踐結合的內容很少，導致學生對該門課程的理解停留在數學公式推導上，而不能真正地理解如何將課程內容應用在生活實踐中。

3）實驗內容單一

實驗內容主要以MATLAB仿真為主，涉及Z變換、零極點分析、FFT、濾波器設計等數字信號處理的關鍵內容。實驗以驗證性實驗為主，而且對MATLAB軟件的使用需要一定的基礎，導致學生不主動思考，易照搬課本或同學程序;還有，實驗結果以圖片形式出現，學生并不能很好的用理論解釋結果，不能感受到與實踐工程的聯系，導致學生無法學以致用。

4）考核方式重結果輕過程

傳統考核方式過于單一，通常通過卷面考核的方式完成對學生的考核任務，而卷面內容局限于教材中的理論知識，缺乏對學生工程實踐能力、分析解決實際能力以及團隊協調能力等綜合職業素質的考察[4]，造成學生對課程過程和實踐環節關注度不夠，無法督促學生積極主動學習。

5）信息化建設程度不高

課程以傳統教學方式為主，教學活動集中在課堂教師的“教”上，不能體現學生在“學”上的成果[5]，并且在課堂過程中對學生提供的教學資源有限，導致學生對所學知識掌握不夠深入，課堂的互動不夠，不能將遇到的問題隨時反饋和解決，勢必影響到學生學習的積極性和信心。

2 課程模式教學內容及措施

2.1 優化教學內容

本學院選取的是西安電子科技大學出版社高西全的《數字信號處理》，課本內容基礎，講解簡單且思路清晰，但很多學生往往抓不住重點，習慣性的去記憶一些變換的性質及推導過程，導致面對具體問題，采用哪些方面的知識來解決時，束手無策。筆者針對這一問題，再依據通信專業學生培養目標，根據《數字信號處理》課程知識，繪制課程的知識體系圖，如圖1。

在課堂講授過程中，依據知識結構圖中的重點難點詳細介紹，并通過討論的方式，引導和鼓勵學生針對某一特定的信號處理或其他通信問題，結合自己的知識發表看法或見解。例如，在介紹濾波器時，讓學生結合其他課程所學，分析濾波在DTMF中的應用。通過互動式教學，激發了學生的學習積極性，并調動了課堂的氣氛，大大提高了教學效率，使學生在自己探索問題的過程中，實現學與用的結合。

2.2 實驗內容改革

為了解決實驗內容單一，教學、實驗與實踐脫節的問題，根據課本內容，實施分層次的實驗教學模式，如圖2所示。

實驗分為三大模塊，基礎模塊，其中包括數字信號處理的基本運算、卷積運算、零極點分析等;提高模塊，包括FFT、FIR、IIR濾波器的設計等;綜合項目模塊，包括圖像信號的處理、語音信號的處理、醫學信號處理等。其中，在卷積運算中，并非只用MATLAB的自帶函數完成結果，而是需要設計一個動態的過程演示整個卷積運算，激發了學生學習的主動性;而要完成綜合設計模塊的實驗，需要具備綜合的信號處理知識，并適合團隊合作，具有一定的挑戰性。實驗的分層次設計，使學生在實驗操作設計過程中，完成理論知識的學習，加深課本知識的理解，并培養學生對問題的探索能力，提高學生的組織能力和加強學生的團隊合作意識。

2.3 考核方式改革

課程考核內容、方式需多樣化。課程的考核評價體系包括平時成績和過程性考核成績中，并適當增加過程性考核的比重。平時成績由課堂出勤率、課堂回答問題情況及課堂項目參與情況等方面進行評定，而過程性考核成績由課后作業、實驗項目的完成情況、團隊項目合作完成情況及階段性課堂在線測試成績等綜合評定。通過逐步將考核側重點向過程性考核轉變，督促學生積極主動的學習。團隊項目任務分配至各小組后，各小組人員自主分解任務，考核時需綜合考察整個小組的任務完成情況、各個學生對待任務的態度及其表現、各個學生在任務中發揮的作用等方面，并加入小組互評環節，增加學生團隊合作意識和集體榮譽感。

2.4 加強課程信息化建設

充分利用學校的網絡教學平臺，共享教學資源，將教學計劃、教學內容、自學任務和課后作業等及時發布，提高學生的自主學習能力。教師主動與學生進行網絡互動，在網絡教學平臺建立答疑討論區，并利用QQ、微信等信息化交流工具，及時了解、解答學生在學習工程中遇到的問題，隨時掌握學生的學習狀況，根據課堂在線測試結果，及時調節課程內容，重點介紹大多學生不能理解掌握的部分，調整課程的授課進度，幫助學生更好地完成課程知識。教師也需要在授課的同時，不定期對教學內容進行維護，不斷更新課程拓展知識，保證知識新穎、先進，內容翔實、完備，實現教學平臺內容的動態化。

3 結語

數字信號處理的混合式教學模式在實際教學過程中取得了良好的效果，學生能夠理解課程中復雜煩瑣的公式在實際中如何應用，能夠從解決問題的角度來學習課本知識，并能夠積極主動將所學知識與實踐相結合。如何增加創新型實驗的內容，提高學生的動手能力，更好的激發學生的創造性，是后續需要解決的問題。

參考文獻：

[1] 楊智明，彭喜元，俞洋. 數字信號處理課程實踐型教學方法研究[J]. 實驗室研究與探索，2014，33（9）：180-183.

[2] 李繼猛，謝平，江國乾，等. 基于目標驅動的數字信號處理課程模塊化教學改革[J]. 教學研究，2016，39（4）：60-64.

[3] 代萌，徐燦華，夏軍營，等. 本科生與研究生數字信號處理課程差異化教學模式分析[J].醫療衛生裝備，2018，39（5）：87-89，102.

[4] 張曉娟. 從應用型人才培養談《數字信號處理》的教學改革[J].山西電子技術，2018（2）：17-20.

[5] 陳一平. 信息化教學背景下大學生課堂學習的激勵[J].教育與職業，2014（8）：179-180.

【通聯編輯：王力】