紀(jì)萍

(河海大學(xué)文天學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下數(shù)字信號(hào)處理課程改革與實(shí)踐

紀(jì)萍

(河海大學(xué)文天學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

培養(yǎng)應(yīng)用型人才已成為大多數(shù)高校的共識(shí)，本研究圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程進(jìn)行改革。數(shù)字信號(hào)處理具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中如何幫助學(xué)生理解基本概念，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教材選取、教學(xué)內(nèi)容和考核方式入手，積極探索，提出一套滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的教學(xué)理論，使學(xué)生真正達(dá)到學(xué)以致用的效果。

數(shù)字信號(hào)處理；應(yīng)用型人才；MATLAB

0 引言

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)是提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工作問(wèn)題的能力[1]?！皵?shù)字信號(hào)處理”課程是國(guó)內(nèi)外高等院校通信、自動(dòng)控制等專業(yè)的主干課程之一，在學(xué)生的整個(gè)專業(yè)課程學(xué)習(xí)中起著相當(dāng)重要的作用。本研究以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的，根據(jù)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出“數(shù)字信號(hào)處理”課程的改革方法。

數(shù)字信號(hào)處理課程以高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)等課程為基礎(chǔ)，同時(shí)又是DSP原理及應(yīng)用、圖像處理等專業(yè)課程的先修課程[2]，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中起著承前啟后的作用，教學(xué)質(zhì)量的好壞，直接影響后繼課程的學(xué)習(xí)[3]。我院教師在多年的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：一、課程理論性強(qiáng)，要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)中的歐拉公式、級(jí)數(shù)求和、矩陣等知識(shí)，都會(huì)穿插在理論學(xué)習(xí)中，因此學(xué)生普遍感到概念抽象，公式繁多，理解困難。偏重理論研究的教材給學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了難度[4]。二、教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容方法單一，學(xué)生知識(shí)體系不足，難以把理論應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，更不用說(shuō)應(yīng)用理論知識(shí)去解決實(shí)際工程問(wèn)題。三、考核方法單一，單純的試卷成績(jī)不能真正反應(yīng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，不能體現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。針對(duì)上述問(wèn)題及應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn)，我院教師突破傳統(tǒng)教學(xué)方法，積極探索、總結(jié)出一套實(shí)用的教學(xué)改革理論，取得較好的教學(xué)效果，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了理論支撐。

1 教材改革

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的廣泛使用，該學(xué)科的教材也層出不窮。經(jīng)典教材以程佩青、吳鎮(zhèn)揚(yáng)等老師主編的教材為代表，通常被作為研究生入學(xué)考試的參考教材，或者研究生上課選用教材，這類教材普遍側(cè)重學(xué)術(shù)研究和理論分析。

河海大學(xué)文天學(xué)院作為應(yīng)用型本科院校，在該門課的理論教學(xué)設(shè)置是32課時(shí)。按照培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求，應(yīng)選取針對(duì)應(yīng)用型本科院校的規(guī)劃教材，內(nèi)容精煉，側(cè)重于講解基本概念、基本理論和基本實(shí)現(xiàn)方法的教材。針對(duì)上述要求，我院教師組織相關(guān)同類院校的老師，共同編寫專門針對(duì)應(yīng)用型本科院校教材（圖1）。

圖1 數(shù)字信號(hào)處理教材結(jié)構(gòu)圖

教材結(jié)構(gòu)參見圖1，主要分三大部分：基本原理、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和MATLAB，共6章。對(duì)于應(yīng)用型本科人才，要求掌握一定的理論基礎(chǔ)，通過(guò)教材的合理安排，可以大大減輕學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的難度，比較輕松地達(dá)到學(xué)習(xí)目的。該書針對(duì)應(yīng)用型本科院校學(xué)生特點(diǎn)，內(nèi)容簡(jiǎn)潔、淺顯易懂，淡化了繁難的理論推導(dǎo)，減少了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。教學(xué)過(guò)程采用“三步走”的形式，首先進(jìn)行理論講解，隨后緊跟例題練習(xí)、最后再通過(guò)MATLAB仿真進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)這三個(gè)過(guò)程學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了知識(shí)點(diǎn)，并且對(duì)個(gè)別知識(shí)點(diǎn)還提起了興趣，有深入學(xué)習(xí)的渴望。

2 教學(xué)改革

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實(shí)際工程案例。數(shù)字信號(hào)處理課程的理論性強(qiáng)是廣大師生的共識(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的時(shí)候，即使對(duì)整個(gè)理論的推導(dǎo)有了很好的理解，也很難將這個(gè)理論引申到工程實(shí)例中。河海大學(xué)文天學(xué)院的老師，針對(duì)上述問(wèn)題，在重點(diǎn)理論的講解過(guò)程中加入工程實(shí)例。采用實(shí)例、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法組織教學(xué)活動(dòng)，“教、學(xué)、做”同步進(jìn)行[5]，邊教邊學(xué)，邊學(xué)邊做，學(xué)習(xí)活動(dòng)由單一的理論學(xué)習(xí)，變成學(xué)習(xí)與實(shí)例或任務(wù)相結(jié)合，讓學(xué)生上課帶著問(wèn)題而入，下課裝著問(wèn)題而歸。課堂講授過(guò)程中采用啟發(fā)式教學(xué)，新知識(shí)講解前，先給學(xué)生演示實(shí)例，讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，這樣可以大大加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)欲望，并且對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用會(huì)特別深刻。例如講解FFT時(shí)，講課教師可以通過(guò)語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析、軸承故障的診斷分析等實(shí)例，將知識(shí)點(diǎn)與工程應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。在學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的時(shí)候可以首先分享工程實(shí)例，以及數(shù)字濾波器在語(yǔ)音、圖像處理、生物醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用，讓學(xué)生意識(shí)到數(shù)字濾波器的重要性。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用的興趣和素養(yǎng)，教學(xué)效果顯著提高，教學(xué)質(zhì)量也上了一個(gè)新水平。

2.2 優(yōu)化教學(xué)方法

教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生將相近或相似的概念和方法進(jìn)行小結(jié)、比較和分析，注重關(guān)聯(lián)性教學(xué)，不僅能掌握知識(shí)點(diǎn)之間的共性和個(gè)性，還能培養(yǎng)發(fā)散思維，提高學(xué)習(xí)效率，這是應(yīng)用型本科人才應(yīng)具有的素養(yǎng)。例如在學(xué)習(xí)離散傅里葉變換時(shí)，理論性很強(qiáng)，公式推導(dǎo)復(fù)雜，公式1為DFS，公式2為DFT，對(duì)于初學(xué)者，這2個(gè)公式復(fù)雜，難以記憶，并且很難看出之間的區(qū)別和聯(lián)系。我們?cè)谥v授過(guò)程中，首先通過(guò)回顧信號(hào)與系統(tǒng)的拉氏變換，逐漸引入數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)：DTFT、ZT、DFS、DFT，不再是孤立的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，而是概念之間的關(guān)系入手，引導(dǎo)學(xué)生首先總體把握，隨后以此展開各個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。利用知識(shí)樹結(jié)構(gòu)，清晰展現(xiàn)出原理之間的相互關(guān)系（圖2），從圖2可以看出DFS是DFT的周期延拓，DFT是DFS的主值區(qū)間。學(xué)生把握知識(shí)樹結(jié)構(gòu)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)變得系統(tǒng)化，簡(jiǎn)單易懂、形象直觀地展現(xiàn)變量之間的關(guān)系，避免混淆。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)學(xué)習(xí)，便于歸納和總結(jié)，給學(xué)生提供了一種新的學(xué)習(xí)思路[6]。

圖2 數(shù)字信號(hào)處理基本概念關(guān)系圖

2.3 實(shí)踐課程改革

應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)始終堅(jiān)持理論和實(shí)踐并重的原則。理論教學(xué)的目的是讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，才能達(dá)到學(xué)以致用的效果。因此，必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力及工程素質(zhì)，我校教師汲取先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)理念和思想，開拓創(chuàng)新，將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)合理結(jié)合[7]，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)逐步進(jìn)行改革和實(shí)踐。河海大學(xué)文天學(xué)院的實(shí)踐課課程的安排是24課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，充分體現(xiàn)了對(duì)實(shí)踐課程的重視，更加注重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

我院老師自行組織編寫了《數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，其目標(biāo)是為了訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，合理安排實(shí)驗(yàn)步驟，既考慮基礎(chǔ)知識(shí)，又考慮知識(shí)的擴(kuò)展提高，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及學(xué)科競(jìng)賽打下基礎(chǔ)，[4，8-9]每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置參照?qǐng)D3。

圖3 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)流程圖

實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)行，教師主要起引導(dǎo)作用，只簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理，后續(xù)工作由學(xué)生自行完成。實(shí)驗(yàn)例題要求學(xué)生除了做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要把實(shí)驗(yàn)中MATLAB程序都做標(biāo)注，目的是讓學(xué)生真正理解程序?qū)崿F(xiàn)的整個(gè)過(guò)程，加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有2部分組成：基本理論和工程案例，即體現(xiàn)理論知識(shí)又有實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。

3 考核方式改革

根據(jù)河海大學(xué)文天學(xué)院的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，考核目的定位在對(duì)課程知識(shí)的綜合把握和對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考及應(yīng)用、創(chuàng)新能力的考察[10]；應(yīng)減少單純知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的考核比例，增加知識(shí)能力體系考核的幅度；改變學(xué)生考核成績(jī)的比例組成，加大學(xué)習(xí)過(guò)程、到課率、平時(shí)作業(yè)、平時(shí)表現(xiàn)得分率[11]。更注重學(xué)生平時(shí)的表現(xiàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂的討論，積極回答問(wèn)題，一定程度上改變了以前那種靠死記硬背能考好、不需要聽課理解就能考好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時(shí)使得認(rèn)真聽講的學(xué)生與不認(rèn)真聽講的學(xué)生在分?jǐn)?shù)的分配上更趨于合理，更重要是調(diào)動(dòng)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性。

除了對(duì)上述考核內(nèi)容及比例的分配做了改革，還總結(jié)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)題目，學(xué)生自行分組，通過(guò)查閱資料，編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)老師規(guī)定的題目。通過(guò)答辯方式考核學(xué)生的完成情況，并作為最終成績(jī)的一部分。這個(gè)過(guò)程除了培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的實(shí)踐能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)調(diào)組織能力，引導(dǎo)學(xué)生以強(qiáng)帶弱，共同提高，即使學(xué)習(xí)稍弱的同學(xué)，也可以通過(guò)本組同學(xué)的講解，帶動(dòng)提高。通過(guò)答辯的方式，可以靈活考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，比較客觀地反應(yīng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解情況。

考核方式的改革，改變了傳統(tǒng)單純的依靠卷面成績(jī)的方式，這樣就可以避免學(xué)生“前松后緊”的學(xué)習(xí)陋習(xí)，前期上課不認(rèn)真聽講，無(wú)故曠課，后期靠突擊學(xué)習(xí)，蒙混過(guò)關(guān)?？己朔绞礁母锶〉昧孙@著的效果，學(xué)生無(wú)故缺勤遲到的次數(shù)減少了，上課回答問(wèn)題的積極性增加了，學(xué)生的考試成績(jī)分布合理化，較好完成了對(duì)學(xué)生“知識(shí)、能力、素養(yǎng)”的考核，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了標(biāo)尺。

4 結(jié)語(yǔ)

圍繞應(yīng)用型人才這一培養(yǎng)目的，河海大學(xué)文天學(xué)院教師積極探索，勇于創(chuàng)新，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行改革，探索具有學(xué)院特色的教學(xué)方案。注重基礎(chǔ)教學(xué)，不斷吸收新的知識(shí)，掌握本專業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，把本學(xué)科的前沿技術(shù)、先進(jìn)理論引入課堂。使枯燥、難懂的理論知識(shí)變得有趣、易解，取得良好的教學(xué)效果，有效地提高了課堂教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)施個(gè)性化考核方式。加強(qiáng)課程的實(shí)際應(yīng)用，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的目的。

[1]姜秀麗，楊銳鋒．試析新建本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)體系[J]．黑龍江高教研究，2012（3）：170-172．

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Reform and Practice of Digital Signal Processing Course forApplied Talents Training Mode

JI Ping
(Wentian College of Hehai University,Ma'anshan,Anhui 243002,China)

Cultivating applied talents is the key focus for most colleges and universities.This paper studies the reforms of"digital signal processing"course,focusing on the cultivation of applied talents.This course is theoretical and abstract.The key problem to be solved in the course is to help students understand the basic concepts and improve their ability to solve practical problems.Combined with practical teaching experience,this paper proposes a set of the teaching theory on cultivating applied talents.The teaching theory enables students to obtain skills from the reform of textbooks,teaching content and methods of examination.

DSP;applied talents;MATLAB

G642.0；TN911.72-4

A

1673-1891（2016）04-0117-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.04.030

2016-06-28

紀(jì)萍（1980—），女，山東青島人，講師，碩士研究生，研究方向：數(shù)字信號(hào)處理。