燕麗紅 ， 林志雄

（1.西安歐亞學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.莆田學(xué)院 電子信息工程學(xué)系，福建 莆田 351100；3.中國(guó)科學(xué)院 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所 瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710119）

《數(shù)字信號(hào)處理》作為電子信息工程和通信工程專業(yè)重要的專業(yè)課，是一門基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的課程，文中作者在近四、五年的授課過程中，發(fā)現(xiàn)這門課在講授時(shí)很費(fèi)力，但學(xué)生還感到枯燥、難懂。探其原因，其概念、原理和方法都包含較多的數(shù)學(xué)知識(shí)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而民辦院校或地方性院校的學(xué)生數(shù)學(xué)基本功底本身不到位，看見數(shù)學(xué)首先就很排斥、厭倦，再加上這門課又有很多的專業(yè)描述，更是讓學(xué)生感到畏懼，盡管老師也很辛苦，但教學(xué)效果卻不明顯。因此，作為大學(xué)階段的專業(yè)必修課又是很重要的專業(yè)知識(shí)課，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生學(xué)有所成，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，改革教學(xué)方法和教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量是很有必要的[1-5]。

1 改革理念

傳統(tǒng)的教學(xué)方式更多地是注入式（灌輸式）的教育學(xué)生。對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理這門課，主要采用以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔的授課方式，盡管教師也采用了多媒體等現(xiàn)代化的教學(xué)手段，但課堂還是以教師為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性很少被調(diào)動(dòng)。西安歐亞學(xué)院與美國(guó)杜肯大學(xué)合作成立“卓越教學(xué)中心”（Center for Teaching Excellence，簡(jiǎn)稱“CTE”）項(xiàng)目，致力于支持、提高、改進(jìn)教與學(xué)。改革了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，將以教師為中心的教學(xué)轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行改革，旨在以學(xué)習(xí)者為中心，重視學(xué)生的參與度與主動(dòng)性。該理念已在西安歐亞學(xué)院進(jìn)行了多期的師資培訓(xùn)，并已在該院大多數(shù)專業(yè)推廣，未來也可推廣到其他以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的地方型本科院校。

在CTE理念中，更多地是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性。其中布魯姆的教學(xué)分類法則（Bloom’s Taxonomy）包括：知識(shí)（knowledge）、理解（comprehension）、應(yīng)用（application）、分析（analysis）、評(píng)價(jià)（evaluation）、創(chuàng)造（creation）等 6 個(gè)方面，但更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，有了好的評(píng)價(jià)體系，學(xué)生的主動(dòng)性才能得到更好的發(fā)揮，因此制定課程的評(píng)價(jià)體系是至關(guān)重要的，而且一定要強(qiáng)調(diào)這些評(píng)價(jià)指標(biāo)是會(huì)按實(shí)際執(zhí)行的。

在這門課的教學(xué)改革中，除了采用板書與多媒體相結(jié)合的方式，更多的是采用新的教學(xué)理念和方法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，如在課前通過BB（Blackboard）網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)提前布置任務(wù)營(yíng)造學(xué)習(xí)氛圍，在課中精心設(shè)計(jì)授課流程和問答層級(jí)，分組討論、交流分享等進(jìn)行教學(xué)方法改革，課后通過大作業(yè)，資料消化等再學(xué)習(xí)的方式使學(xué)生對(duì)所有內(nèi)容進(jìn)行更深入的掌握，以提升教學(xué)效果。

2 改革措施

《數(shù)字信號(hào)處理》課程本身理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)較多、概念比較抽象，學(xué)生常感到枯燥難學(xué)。近幾年的教學(xué)中，作者也進(jìn)行了相應(yīng)的課程改革，但更多的是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，改革輔以多媒體教學(xué)，但未強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與度，學(xué)生滿意度一般[6-7]。

對(duì)該課程的改革主要是以學(xué)生為中心，淡化枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，將課堂教學(xué)一部分變?yōu)槎嗝襟w教學(xué)，盡量將一些理論分析用圖形或動(dòng)畫的手段展示出來，以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。采用BB網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，將課程相應(yīng)的課件，視頻，學(xué)習(xí)資料等進(jìn)行共享，提前布置任務(wù)等方式讓學(xué)生參與部分章節(jié)試講的方式，或?qū)ｎ}分享的形式提高學(xué)生的參與度。并開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課主要是以MATLAB為平臺(tái)，充分利用MATLAB[8-9]的數(shù)字信號(hào)處理工具箱提供的各種功能讓學(xué)生親自動(dòng)手將課堂所學(xué)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合CTE理念，采用精心制定符合CTE標(biāo)準(zhǔn)的課程大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，設(shè)計(jì)切實(shí)可行的評(píng)價(jià)考核體系等方式對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這門課進(jìn)行改革。

2.1 教學(xué)大綱的制作

以往的教學(xué)大綱就是把這門課的主要知識(shí)點(diǎn)很籠統(tǒng)地羅列出來，再加上相應(yīng)章節(jié)所用的課時(shí)和課程所用的參考書等內(nèi)容。根據(jù)CTE要求，在制定新標(biāo)準(zhǔn)的課程大綱時(shí)，主要涉及課程描述、本課程與其他課程的關(guān)系、教師資料、課程設(shè)計(jì)思路、學(xué)完本課程學(xué)生能達(dá)到的行為目標(biāo)、課程參考書目及相關(guān)閱讀資料，教學(xué)過程每章節(jié)的內(nèi)容及給學(xué)生提供的閱讀材料和給學(xué)生期望目標(biāo)、考核評(píng)價(jià)要求等8部分。其中通過課程描述學(xué)生可以了解這門課可以學(xué)到什么，有課程與其他課之間的聯(lián)系可以使老師和學(xué)生清楚這門課在這個(gè)專業(yè)中的地位，有教師資料學(xué)生就很方便平時(shí)和老師溝通與交流，提供大量的閱讀材料可以使學(xué)生更好地掌握這門課的知識(shí)，而詳實(shí)的評(píng)價(jià)體系能更好地將學(xué)生平時(shí)的表現(xiàn)展現(xiàn)出來，在教學(xué)過程中學(xué)生積極參與了教學(xué)環(huán)節(jié)，這樣就給教師上課帶來了很大的鼓舞，同時(shí)學(xué)生也能夠從中得到更多的知識(shí)。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

該課程主要講授的是基礎(chǔ)理論部分，工程算法部分，工程應(yīng)用部分及系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容，針對(duì)不同類型的知識(shí)單元，將：1）理論部分如離散時(shí)域信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析、DFT等知識(shí)單元，通過學(xué)生參與，討論、對(duì)比的方法，讓學(xué)生重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)其物理概念的理解。2）工程算法部分如FFT算法等內(nèi)容主要讓學(xué)生要理解其基本原理，能夠舉一反三，并可以分小組討論、交流。3）工程應(yīng)用部分如利用DFT計(jì)算線性卷積、信號(hào)的抽樣與恢復(fù)等部分主要利用PPT，或動(dòng)畫的形式給學(xué)生一個(gè)感性的認(rèn)知，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生利用Matlab仿真軟件等將實(shí)際應(yīng)用中的問題進(jìn)行分析和解決的能力。4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)如IIR濾波器的設(shè)計(jì)、FIR濾波器的設(shè)計(jì)等主要講授基本思想，通過討論比較，強(qiáng)調(diào)仿真的重要性，培養(yǎng)學(xué)生具備系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維和方法。

2.3 改革教學(xué)手段

在具體的教學(xué)中，采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段展示重要理論的推導(dǎo)、分析，多媒體演示將復(fù)雜的波形及變換過程直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的仿真實(shí)現(xiàn)更好地將所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行了應(yīng)用，這3方面有機(jī)的結(jié)合使學(xué)生對(duì)基本概念和基本理論理解和掌握的同時(shí)，又提高了學(xué)生積極思維的主動(dòng)性。

在教學(xué)過程中，除了采用以上手段進(jìn)行教學(xué)改革外，更重要的是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與度和主動(dòng)性，即采用內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生可以利用BB網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)隨時(shí)自學(xué)、交流和答疑，保證了較高的教學(xué)效果。其中BB系統(tǒng)中主要包括：任課教師信息、課程通知、課程文檔（教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃）、學(xué)習(xí)資料（跟課程相關(guān)的課外學(xué)習(xí)資料）、作業(yè)與測(cè)試、交流等部分，通過提前布置相應(yīng)的任務(wù)，讓同學(xué)熟知下節(jié)課的任務(wù)，參與習(xí)題課或部分章節(jié)的講授，以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生積極地思考，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。同時(shí)老師在每位同學(xué)講授完后一定要進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和給予激勵(lì)，這樣能夠更好地保證課堂效果的有序進(jìn)行。如圖1所示課程BB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 數(shù)字信號(hào)處理課程BB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 BB system structure of digital signal processor course

2.4 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分都是老師在課堂上進(jìn)行仿真演示，學(xué)生沒有更多地進(jìn)行實(shí)踐，而且也不重視這樣一個(gè)環(huán)節(jié)，往往學(xué)期末了學(xué)生對(duì)其理論知識(shí)還是一知半解，考試成績(jī)也不理想。因此，在具體的授課過程中，部分為課堂授課演示，部分為機(jī)房上機(jī)實(shí)驗(yàn)，這樣讓學(xué)生親自參與到數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)踐中，通過理論驗(yàn)證和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生理論應(yīng)用能力。

實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容主要分為典型信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，信號(hào)的頻域分析，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等，每部分的實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性或設(shè)計(jì)的內(nèi)容，即有規(guī)定學(xué)生必做的內(nèi)容，也會(huì)讓學(xué)生根據(jù)個(gè)人情況自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。MATLAB強(qiáng)大的仿真功能是學(xué)生本科階段必須掌握的軟件，因此，實(shí)驗(yàn)仍采用MATLAB作為平臺(tái)，讓每一位學(xué)生都能重視起來，不但可以對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的理論有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)MATLAB信號(hào)處理工具箱的應(yīng)用能力也得到提高。

針對(duì)目前學(xué)生大部分擁有計(jì)算機(jī)的情況，除了在機(jī)房統(tǒng)一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，畢竟課時(shí)有限，課后還會(huì)布置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生通過自學(xué)或討論，查閱相關(guān)資料來完成，根據(jù)學(xué)生完成情況，給予疑難問題的答疑。同時(shí)為了考查學(xué)生軟件的掌握情況，和理論應(yīng)用的能力，期末考試采用上機(jī)操作的考試方式。

2.5 改革綜合評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的課程考核體系為平時(shí)占40%（課后作業(yè)和到課率各占20%），期末考試（筆試）占60%，學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)過程沒有考核。而CTE更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與和給與學(xué)生的評(píng)價(jià)，以激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。結(jié)合這門課程的特點(diǎn)，同時(shí)還會(huì)布置大作業(yè)，為了鼓勵(lì)同學(xué)了解數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的最新發(fā)展，寫一篇關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的綜述性論文，做到學(xué)以致用。具體考核評(píng)價(jià)如表1所示。

表1 數(shù)字信號(hào)處理課程考核情況表Tab.1 Evaluation form of digital signal processing course

3 結(jié) 論

文中基于CTE理念，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程從制定教學(xué)大綱，課程內(nèi)容，教學(xué)手段，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和考核體系等方面的改革進(jìn)行了討論和研究，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，以學(xué)生為中心，重視過程監(jiān)控，旨在改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，積極有效地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更好地促進(jìn)了教師教授過程的創(chuàng)新。目前CTE理念主要應(yīng)于用文科類專業(yè)的教學(xué)中，如金融學(xué)、會(huì)計(jì)學(xué)、新聞傳播等多個(gè)專業(yè)相關(guān)課程上，理工科的教學(xué)改革嘗試尚較少見，但通過對(duì)該理論進(jìn)行分析，由于該理論自有的特性，它也完全可以推廣到以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的各類高校理工科專業(yè)各課程中。

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