“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式數(shù)字信號處理課程教學(xué)

付建梅，張雪英，任國鳳，荀燕琴

“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式數(shù)字信號處理課程教學(xué)

付建梅1，張雪英2，任國鳳1，荀燕琴1

（1. 忻州師范學(xué)院 電子系，山西 忻州 034000；2. 太原理工大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，山西 太原 030024）

結(jié)合電子信息專業(yè)人才培養(yǎng)需求以及當(dāng)前數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革研究現(xiàn)狀，針對當(dāng)前數(shù)字信號處理課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)存在的困惑與不足，提出了“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)新思路．該教學(xué)模式構(gòu)建了課前預(yù)習(xí)總結(jié)、對分課堂、線上輔導(dǎo)、Matlab作業(yè)及實(shí)驗(yàn)、章節(jié)思考與實(shí)踐關(guān)聯(lián)總結(jié)等環(huán)節(jié)構(gòu)成的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系．通過挖掘?qū)W生對知識(shí)和能力的需求出發(fā)，從預(yù)習(xí)疑問入手，引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，以具體案例實(shí)踐為加固措施，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)和解決問題能力，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)．通過3年的課堂教學(xué)改革創(chuàng)新實(shí)踐，在學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量以及學(xué)習(xí)興趣的提升方面有較大的提高．

數(shù)字信號處理；自主學(xué)習(xí)；點(diǎn)授；教學(xué)改革

2019年教育部《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中在嚴(yán)格教育教學(xué)管理方面指出鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，著力提高教育教學(xué)質(zhì)量．通過加強(qiáng)課程體系的整體設(shè)計(jì)，深化創(chuàng)新教育改革，提升學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)．目前，國內(nèi)高校工科本科教育存在的問題：（1）學(xué)生雖忙碌，但其效果多數(shù)是欠思考、無目標(biāo)、無總結(jié)的；（2） 課堂重理論，輕實(shí)踐，理論課程與實(shí)踐課程脫節(jié)，并且工科課堂對知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)講授較深，而知識(shí)點(diǎn)間聯(lián)系以及與科技產(chǎn)品的銜接較少；（3）重視個(gè)人學(xué)術(shù)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力缺乏；（4）學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力嚴(yán)重不足，對教師的依賴性較大．因此，越來越多的院校對工科教育的關(guān)注度呈顯著上升趨勢[1-2]．

數(shù)字信號處理課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生以時(shí)域離散信號和系統(tǒng)為研究對象，掌握信號的采集、傅里葉和Z變換、分析處理以及濾波器的設(shè)計(jì)等能力，并應(yīng)用于其它專業(yè)課程和工程技術(shù)中．本課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，基本原理和數(shù)學(xué)方法抽象，實(shí)際運(yùn)用又靈活．按照常規(guī)課程的課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)方法難以將二者有效融合，而達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)[3]．因此，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)下如何有效組織數(shù)字信號處理課程的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐技能是值得深思的問題之一[4]．

自2017年起，忻州師范學(xué)院對該課程的教學(xué)手段和教學(xué)方式進(jìn)行了一系列改革，提出“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式．采用了課前學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)總結(jié)、課堂講授與討論并存的對分課堂、課后線上輔導(dǎo)、Matlab作業(yè)與實(shí)驗(yàn)、課后章節(jié)總結(jié)與實(shí)踐技術(shù)關(guān)聯(lián)的綜合方法．提升學(xué)生對該課程的重視度與學(xué)習(xí)的扎實(shí)度．培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力．

針對高等學(xué)校工科教育中數(shù)字信號處理課程的教學(xué)現(xiàn)狀，本文提出了采用課前學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)總結(jié)、課堂講授與討論并存的對分課堂、課后線上輔導(dǎo)、Matlab作業(yè)與實(shí)驗(yàn)、課后章節(jié)總結(jié)與實(shí)踐技術(shù)關(guān)聯(lián)的綜合模塊教學(xué)模型．根據(jù)該教學(xué)模型，讓學(xué)生在接觸當(dāng)前時(shí)代電子產(chǎn)品技術(shù)的引領(lǐng)下，培養(yǎng)學(xué)生對知識(shí)探索的主動(dòng)性，在解決實(shí)際問題中學(xué)習(xí)，并通過提出問題，探討、分析和解決問題中掌握知識(shí)，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[5-7]．

1 構(gòu)建教學(xué)體系，明確培養(yǎng)目標(biāo)

教學(xué)改革的首要任務(wù)是教學(xué)體系和培養(yǎng)目標(biāo)的構(gòu)建，明確教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和教學(xué)方式的改變，將知識(shí)的理論教學(xué)和實(shí)踐有效地融合．?dāng)?shù)字信號處理課程模塊化教學(xué)體系的構(gòu)建見圖1．

圖1 課程教學(xué)體系與培養(yǎng)目標(biāo)

數(shù)字信號處理課程的教學(xué)體系由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)組成．其中理論教學(xué)由五大模塊構(gòu)成，分別為理論與先驗(yàn)知識(shí)、時(shí)域離散信號與系統(tǒng)、DFT/FFT、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和濾波器的設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)主要集中在項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施、Matlab作業(yè)中．在理論和實(shí)踐兩大教學(xué)中，安排5種教學(xué)方式，完成“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”的教學(xué)過程．

數(shù)字信號處理課程的培養(yǎng)目標(biāo)由知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)構(gòu)成（見圖2），通過5種教學(xué)方式的相互作用，完成目標(biāo)的培養(yǎng)[8]．知識(shí)目標(biāo)包含信號時(shí)頻域的分析、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和濾波器設(shè)計(jì)，通過該目標(biāo)使學(xué)生對課程的基本知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地學(xué)習(xí)．能力目標(biāo)包含信號處理基本能力、信息獲取能力和獨(dú)立思考分析能力，培養(yǎng)學(xué)生采用仿真軟件進(jìn)行信號分析的能力和通過網(wǎng)絡(luò)等媒介探索知識(shí)的能力．情感目標(biāo)包含團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力以及樹立長遠(yuǎn)目標(biāo)能力[9]．在項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中，通過團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和溝通能力．

圖2 培養(yǎng)目標(biāo)組成

2 “自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”教學(xué)改革模式

數(shù)字信號處理“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革模式的核心是通過教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)安排，有效結(jié)合教師點(diǎn)授與學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，教學(xué)過程靈活．將知識(shí)點(diǎn)在學(xué)習(xí)——思考——實(shí)踐——思考——學(xué)習(xí)的過程中鞏固，既提升學(xué)生的積極主動(dòng)性和教師的教學(xué)熱情，又可以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力．

數(shù)字信號處理“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革模式與混合式教學(xué)最大的區(qū)別是真正做到以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，將“點(diǎn)授”過程貫穿于預(yù)習(xí)總結(jié)、對分課堂、線上答疑+Matlab實(shí)驗(yàn)和作業(yè)以及課后思考總結(jié)中，對部分知識(shí)點(diǎn)以及知識(shí)提綱層面進(jìn)行教學(xué)，將“教”的過程不只局限于課堂中．淘汰了課程內(nèi)容中部分知識(shí)的枯燥講解，轉(zhuǎn)換為學(xué)生的自學(xué)，在一定程度上有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力[10]．

教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的組織策略見圖3．

圖3 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的組織策略

2.1 預(yù)習(xí)總結(jié)

數(shù)字信號處理課程內(nèi)容具有抽象性的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中易枯燥，極易造成學(xué)生精神不集中，思維走神、游離等狀態(tài)．因此，預(yù)習(xí)總結(jié)是提升學(xué)生專注力的第一把鑰匙．課前，學(xué)生對下節(jié)課程內(nèi)容做預(yù)習(xí)，并將內(nèi)容以提綱的形式列出，對教學(xué)內(nèi)容做概括總結(jié)，并找出難點(diǎn)和疑點(diǎn)．

2.2 對分課堂

圖4 序列和的線性卷積

在演示的過程中，學(xué)生直觀地對該抽象理論知識(shí)有了較深的理解，達(dá)到鞏固掌握該知識(shí)內(nèi)容．同時(shí)，教師對該堂課程內(nèi)容涉及的技術(shù)點(diǎn)與常用電子產(chǎn)品或者科學(xué)研究進(jìn)行關(guān)聯(lián)，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的熱情．對分課堂在整個(gè)教學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用，既解決了學(xué)習(xí)中疑難問題，又將學(xué)生引入學(xué)習(xí)的下一階段．

2.3 線上答疑與Matlab實(shí)驗(yàn)、作業(yè)

理論教學(xué)中課堂時(shí)間有限，學(xué)生在課后作業(yè)、運(yùn)用Matlab和CCS軟件過程中遇到的問題在學(xué)習(xí)平臺(tái)中提出，教師進(jìn)行線上答疑．通過教學(xué)方式的調(diào)整和教學(xué)手段的多樣化，將學(xué)習(xí)貫穿在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)中，幫助學(xué)生及時(shí)消化鞏固關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的銜接關(guān)聯(lián)，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力．該過程在數(shù)字信號處理“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革中起到了關(guān)鍵作用，并與對分課堂的安排相輔相成．

2.4 課后思考與總結(jié)

完成課堂任務(wù)和課后作業(yè)后，需對所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)．思考時(shí)下熱門電子產(chǎn)品、搜索相關(guān)科研課題、查閱相關(guān)技術(shù)前沿知識(shí)等，并思考其與所學(xué)內(nèi)容的關(guān)系．通過該流程，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和查閱文獻(xiàn)資料的能力．

3 教學(xué)考核方式及教學(xué)反饋

3.1 考核方式

為提高學(xué)生的綜合能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力，數(shù)字信號處理“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革模式的考核形式采用多環(huán)節(jié)綜合評定方式．該課程最終成績由理論學(xué)習(xí)成績和實(shí)踐學(xué)習(xí)成績構(gòu)成．

理論學(xué)習(xí)成績由平時(shí)成績（40%）+期末考試成績（60%）構(gòu)成．其中平時(shí)成績由預(yù)習(xí)成績（10%）+課堂表現(xiàn)成績（10%）+作業(yè)成績（10%）+線上表現(xiàn)成績（10%）構(gòu)成．試卷的命題以教學(xué)大綱為基準(zhǔn)，以教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容為核心，覆蓋每一章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，注重實(shí)際運(yùn)用，理論聯(lián)系實(shí)際，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的各種能力．

實(shí)踐學(xué)習(xí)成績由預(yù)習(xí)報(bào)告（20%）+操作成績（50%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）構(gòu)成．實(shí)踐課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、解決問題能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和基本的科研素養(yǎng)．因此，實(shí)踐學(xué)習(xí)成績中操作成績占據(jù)主要分?jǐn)?shù)，而預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告重點(diǎn)考查學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力．

3.2 教學(xué)反饋

為檢驗(yàn)教學(xué)改革的效果，分別在教學(xué)改革前和教學(xué)改革后的2屆學(xué)生中進(jìn)行了教學(xué)改革成果評價(jià)的調(diào)查．調(diào)查統(tǒng)計(jì)見表1．

表1 教學(xué)改革前后調(diào)查統(tǒng)計(jì) （%）

由表1可知，通過教學(xué)改革后，學(xué)生對理論知識(shí)鞏固、課堂教學(xué)活動(dòng)滿意度、實(shí)際操作能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、科學(xué)研究興趣、書本和實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)度7項(xiàng)內(nèi)容均有所提升．其中90%以上的學(xué)生認(rèn)為實(shí)際操作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)度改革效果明顯[5]106．

4 結(jié)語

針對目前工科教育中數(shù)字信號處理課程教學(xué)活動(dòng)中存在的問題與困惑，提出了“自主學(xué)習(xí)+點(diǎn)授”式創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革新模式．該改革將傳統(tǒng)課堂中灌輸知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)，搭建了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)體系，明確了由知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)組成的培養(yǎng)目標(biāo)．調(diào)整教學(xué)方式，采用相輔相成的模塊化教學(xué)．傳授學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，并取得了顯著效果．

[1] 李繼猛，謝平，江國乾，等．基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字信號處理課程模塊化教學(xué)改革[J]．教學(xué)研究，2016，39（4）：61-64

[2] 趙力慧，魏善春．拒絕“勉強(qiáng)”走向“學(xué)習(xí)”——基于佐藤學(xué)教授學(xué)習(xí)理論的反思[J]．教學(xué)研究，2019，42（6）：11-15

[3] 丑永新，劉繼承，鐘黎萍，等．“數(shù)字信號處理”課程實(shí)踐化教學(xué)改革[J]．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2019（6）：77-79，85

[4] 陳鑫，呂林海．學(xué)習(xí)者視角下的混合式教學(xué)現(xiàn)狀分析——基于N大學(xué)的實(shí)證研究[J]．教學(xué)研究，2019，42（5）：8-15

[5] 田巧云．先學(xué)后導(dǎo)數(shù)學(xué)教學(xué)模式探究[J]．?dāng)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2020（7）：106

[6] 李志遠(yuǎn)．?dāng)?shù)字信號處理在線課程建設(shè)與效果[J]．教育教學(xué)論壇，2020（21）：207-208

[7] 彭慧．析翻轉(zhuǎn)的首要條件：自主學(xué)習(xí)能力[J]．海外英語，2019（2）：154-155，167

[8] 劉軍．在現(xiàn)代教育技術(shù)下構(gòu)建開放式、自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式[J]．當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2019（22）：3-4，13

[9] 單子丹，李云竹．依托“雙一流”本科教育的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)開放式教學(xué)模式研究[J]．黑龍江教師發(fā)展學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（3）： 40-43

[10] 費(fèi)曉蕾．基于學(xué)生話語權(quán)的開放教育翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[J]．南京廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（4）：27-30

Teaching of independent learning + point teaching in digital signal processing

FU Jianmei1，ZHANG Xueying2，REN Guofeng1，XUN Yanqin1

（1. Department of Electronics，Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，China；2. School of Information and Computer，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Based on the training needs of electronic information professionals and the current research status of digital signal processing course teaching reform，with the goal of cultivating technology application ability and innovation ability，in view of the confusion and deficiencies existing in the traditional classroom teaching activities of the current digital signal processing course，an independent learning + point teaching type of new practical teaching ideas．This teaching model constructs an innovative practical teaching system consisting of pre-class summary，pad-class， online lessons，Matlab assignments and experiments，chapter summary and practice association summary．By digging students′ needs for knowledge and abilities，starting from previewing questions，guiding students′ autonomous learning interest，strengthening knowledge points and difficulties，and using specific case practice as reinforcement measures，training students′ ability to comprehensively use knowledge and problem solving abilities，and enhance teamwork of students to achieve professional training goals．After three years of classroom teaching reform and innovation，it has achieved great results in terms of the improvement of students′ learning quality and learning interest．

digital signal processing；autonomous learning；point teaching；teaching reform

TN911.72∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.10.016

1007-9831（2020）10-0073-05

2020-04-07

山西省教課規(guī)劃課題（GH-17053）；山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（J2019174）；教育部“產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人”項(xiàng)目（201702091017）；山西省忻州師范學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（JGYB201914）

付建梅（1987-），女，山西呂梁人，講師，碩士，從事數(shù)字信號處理、語音信號處理研究．E-mail：379554284@qq.com