張曉俊 吳迪 肖仲喆 孫寶印 陶智

摘 ? 要：《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》是電子信息類專業(yè)的研究生核心課程，為了改變本課程起點(diǎn)高、難度大、學(xué)習(xí)困難等現(xiàn)狀，本文提出了一種結(jié)合問(wèn)題式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PRB）和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PRB）的P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)新方法，并對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革探索，通過(guò)實(shí)踐表明，本方能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學(xué)成效，值得進(jìn)一步推廣。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理 ?問(wèn)題式學(xué)習(xí) ?項(xiàng)目式學(xué)習(xí) ?教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0189-03

隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子、現(xiàn)代工業(yè)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為推動(dòng)現(xiàn)代科技發(fā)展的重要應(yīng)用技術(shù)之一。

《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》課程為蘇州大學(xué)碩士點(diǎn)“檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置”的核心專業(yè)課程，該課程與現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域的很多前沿問(wèn)題和現(xiàn)代控制技術(shù)理論有很強(qiáng)的相關(guān)性，特別是人工智能、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)。如圖1所示，本課程的講授內(nèi)容諸如隨機(jī)信號(hào)分析、濾波技術(shù)、功率譜估計(jì)、時(shí)頻分析與小波變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，已廣泛應(yīng)用于諸多信息類前沿學(xué)科領(lǐng)域[1-6]。相對(duì)于本科課程《數(shù)字信號(hào)處理》來(lái)說(shuō)，該課程對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)要求更高，涉及高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等諸多基礎(chǔ)課程，由于攻讀碩士學(xué)位學(xué)生來(lái)自于不同的院校，甚至有的學(xué)生本科階段還缺乏數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)，對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)理解有一定的難度，所以在實(shí)踐過(guò)程中講授的難度較大。

為了改變本課程起點(diǎn)高、難度大、在授課過(guò)程中學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)較困難等情況，本課題對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)評(píng)價(jià)等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行改革探索，改變?cè)瓉?lái)的“老師負(fù)責(zé)講完，學(xué)生負(fù)責(zé)聽(tīng)完，學(xué)期結(jié)束考完”的傳統(tǒng)靜態(tài)教學(xué)模式，提出了基于P2BL模式的動(dòng)態(tài)教學(xué)新方法[7-8]，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)并著重培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐應(yīng)用能力，為今后的研究性課題工作的開(kāi)展提供鍛煉機(jī)會(huì)。

1 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式

問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）旨在結(jié)合課程的講授內(nèi)容，通過(guò)學(xué)生自己提問(wèn)題、回答問(wèn)題、查資料并通過(guò)討論來(lái)解決問(wèn)題的一種全新學(xué)習(xí)方式。問(wèn)題式學(xué)習(xí)教學(xué)法是以問(wèn)題為導(dǎo)向的教育方式，與傳統(tǒng)的課堂教師教授傳授知識(shí)為主的教學(xué)法有很大不同，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)學(xué)生的自主探索和研究去解決設(shè)定的問(wèn)題，理解和掌握隱藏在問(wèn)題背后的理論知識(shí)和科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力和自主學(xué)習(xí)的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）把整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程分解為具體的教學(xué)課題，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)思路，不僅傳授給學(xué)生理論知識(shí)和操作技能，更重要的是培養(yǎng)如何解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》是理論性很強(qiáng)的一門課程，為了能讓學(xué)生掌握好基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)理論有深入理解，在教學(xué)環(huán)節(jié)中側(cè)重基礎(chǔ)教學(xué)，同時(shí)對(duì)重要理論進(jìn)行深入挖掘。采用P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)方法，課程中安排豐富的案例和實(shí)踐課題，從實(shí)踐中提高能力。如通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)理論部分有系統(tǒng)性的理解，為研究生今后獨(dú)立承擔(dān)課題奠定基礎(chǔ)。同時(shí)也會(huì)依據(jù)同學(xué)們興趣，增加學(xué)生自主選題環(huán)節(jié)，更好的實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，提高研究生學(xué)習(xí)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)熱情。

本課題將結(jié)合《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》研究生課程的具體建設(shè)目標(biāo)，把P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)新模式應(yīng)用到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和教學(xué)實(shí)踐中，著重過(guò)程式學(xué)習(xí)，并為最終的教學(xué)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。讓學(xué)生不僅僅是課程的受眾者，更是課程的參與者和設(shè)計(jì)者，通過(guò)最終的教學(xué)反饋，完善《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》課題案例庫(kù)，將為課程的后續(xù)建設(shè)和發(fā)展提供有益的幫助。

2 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式教學(xué)方法

本次課題主要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)評(píng)價(jià)等四個(gè)方面進(jìn)行，努力不斷革新前沿性教學(xué)內(nèi)容、探索P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)方法，教學(xué)模式體系如圖2所示，具體內(nèi)容如下。

（1）基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。

《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》課程內(nèi)容豐富，如果在授課過(guò)程詳細(xì)講解每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，推導(dǎo)每一個(gè)公式，必定無(wú)法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。為此在教學(xué)過(guò)程中在充分考慮授課內(nèi)容的系統(tǒng)性基礎(chǔ)上，采用基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)方法，做到側(cè)重基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)、面向應(yīng)用，采取“以點(diǎn)帶面”的授課方法，即重點(diǎn)講授核心原理，擴(kuò)展其他知識(shí)。

（2）基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）的多元化教學(xué)形式。

《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》內(nèi)容抽象且學(xué)時(shí)較少，需要充分利用板書教學(xué)和幻燈片教學(xué)的各自優(yōu)勢(shì)，解決學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題。此外采用MATLAB軟件進(jìn)行基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)，采用案例演示的方法，將繁瑣的推導(dǎo)過(guò)程形象化，用仿真手段直接得出重要結(jié)論，可以大幅度降低理解問(wèn)題的難度，提高學(xué)習(xí)效率。

（3）基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)實(shí)踐方式。

將項(xiàng)目課題引入到授課過(guò)程，不僅可以提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)工程實(shí)踐意識(shí);而且通過(guò)講授實(shí)踐過(guò)程，使學(xué)生初步掌握科研實(shí)踐規(guī)律，增加理解知識(shí)的深度和廣度，達(dá)到“為我所學(xué)”和“學(xué)以致用”的目的。通過(guò)基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的實(shí)踐課題，讓學(xué)生感受和學(xué)習(xí)到課題所涉及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的全部細(xì)節(jié)，提高學(xué)生獨(dú)立分析和解決工程問(wèn)題的能力。

（4）改革教學(xué)評(píng)價(jià)模式，強(qiáng)調(diào)過(guò)程性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

將教學(xué)評(píng)價(jià)分為理論教學(xué)評(píng)價(jià)、實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)，期末考試評(píng)價(jià)三大類，突出實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的比重，強(qiáng)調(diào)過(guò)程化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生摒棄期末“臨時(shí)抱佛腳”的思維，通過(guò)評(píng)價(jià)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，真正促進(jìn)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。

3 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式教學(xué)方法實(shí)踐

本課題以蘇州大學(xué)2018級(jí)檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化碩士專業(yè)為試點(diǎn)，開(kāi)展了P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)組建現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)，確定了與課程知識(shí)點(diǎn)密切相關(guān)的研究項(xiàng)目課題，如表1所示。隨后在授課過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)著重基于這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授，以MATLAB實(shí)例為基礎(chǔ)，讓學(xué)生從實(shí)例中理解所涉及相關(guān)原理，幫助學(xué)生盡快融入課題，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上就相關(guān)知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展研討。在期末舉辦了課程課題項(xiàng)目匯報(bào)活動(dòng)，讓學(xué)生就所選擇的課題進(jìn)行15min左右的匯報(bào)展示，重點(diǎn)講述課程所學(xué)習(xí)的理論方法以及在課題上的具體應(yīng)用。隨后教學(xué)團(tuán)隊(duì)老師逐一進(jìn)行打分，點(diǎn)評(píng)，作為其實(shí)踐教學(xué)成績(jī)，同時(shí)將課題材料列入《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》課題案例庫(kù)。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本課題將P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式導(dǎo)入到研究生課程《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》教學(xué)中，完善課程體系，從傳統(tǒng)的以教為主轉(zhuǎn)換到以學(xué)為主的新理念，并可將研究成果推廣到其它的相關(guān)研究生課程中去，促進(jìn)檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè)建設(shè)。同時(shí)將團(tuán)隊(duì)建設(shè)思想融入到具體課程建設(shè)中，每位專業(yè)任課老師結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)行課程模塊的專題性講授工作，建設(shè)《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》課題案例庫(kù)，共同來(lái)完成課程的教學(xué)目標(biāo)，推進(jìn)創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才的培養(yǎng)，可為其他高校相關(guān)專業(yè)的課程建設(shè)提供借鑒。

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