數字信號處理精品課程建設的探索

黃永平

精品課程建設是高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分，是從根本上提高教育教學質量的重要舉措，對提高高校人才培養質量發揮著重要的示范作用和輻射推廣作用。其實質是將最新的科學技術特別是網絡技術引入教學中，打造一批運用現代教育技術、方法與手段，體現現代教育思想，符合科學性、先進性的精品課程。隨著信息技術的飛速發展，數字信號處理的地位和作用變得越來越重要，已成為電氣信息類的一門重要的專業必修課。但該課程是理論性和抽象性都很強的學科，長期以來學生學習興趣不高，教學效果不太理想。在教育部大力推進精品課程建設的背景下，河北大學（以下簡稱“我校”）校級精品課探索如何幫助學生提高學習積極性、主動性，提高綜合運用知識的能力，提高教學效果。

一、改革教學內容

1.優化、整合課程內容。目前，國內大學電子信息類相關專業本科都開設了數字信號處理課程，所用的教材雖然各不相同，但都比較注重理論體系的完整性，內容涵蓋較多。我校根據教學計劃依次開設的信號與線性系統、數字信號處理和DSP原理及應用三門課程存在部分內容重復的現象，在教學環節中數字信號處理課程起著承上啟下的作用，為避免重復教學、減少學時，突出課程重點、保持本課程的完整性和連續性，緊緊圍繞課程的重點與核心，精選課程內容，講授課程最根本的內容及其精華思想；對學過的內容中密切聯系數字信號處理的內容進行具體討論和重點講解，其他內容進行壓縮，以回顧方式進行簡單復習；對與后續課程相關的章節進行簡單介紹，針對課程內容多、知識點分散的特點，重點講解基本概念、理論方法，淡化數學推導，強調公式所包含的物理意義。

2.引入MATLAB軟件工具。近幾年，國內外眾多高校將MATLAB軟件廣泛應用于教學活動，提高了實踐教學環節在教學中的比例。針對數字信號處理課程理論性強、概念抽象、算法復雜等特點，為了適應并結合當前計算機仿真技術的發展趨勢，把MATLAB軟件工具融入數字信號處理教學，將理論分析與軟件仿真相結合來提高教學質量和教學效果。MATLAB是由美國MathWorks公司推出的軟件產品，是一種功能強、效率高、可視化，便于進行科學和工程計算、數據分析以及算法開發的高級技術計算語言和交互式環境，具有強大的數值計算和圖形、圖像顯示能力。其中的數字信號處理工具箱包含的各種函數可以為數字信號處理的各項內容快速、方便地提供正確的答案和直觀的圖形顯示，為數字信號處理提供廣泛的支持。通過調用數字信號處理工具箱中的相關函數將課程中深奧的理論知識轉化成準確的數值答案和直觀的圖形顯示，擺脫手工計算的繁瑣，方便快捷、化繁為簡、化抽象為具體，加深了學生對理論知識的理解和掌握，提高了學生的學習興趣和積極性，提高了教學質量。

二、改革傳統的教學方法與教學手段

教學方法和教學手段在很大程度上影響著學生的聽課效果和學習質量，傳統的教學方法通常是填鴨式教學，教師單向給學生灌輸知識，學生被動地接受知識。學生的思維容易受到限制，缺少與實際應用的聯系、缺乏創新性，遏制了獨立思考問題的能力和主動學習的能力。針對數字信號處理的課程特點，除了運用課堂板書、多媒體教學外，還可利用MATLAB軟件工具功能強、可視化的優勢，在課堂中引入啟發式教學和交互式教學方法，使教學形象生動，易于理解，激發學習興趣，開闊思維空間。

啟發式教學以教師啟發為主，學生分析思考，主動接收信息，尋找解決問題的方法，發揮學生的主觀能動性，使學生主動學習，提高學習興趣。具體做法是針對具體內容，在講授理論知識前，先給學生一個具體的應用實例，提出問題，引導學生積極開動腦筋，主動分析實例中出現的問題，啟發學生思考如何應用課程中的理論知識解決實際問題。學生帶著疑問和解決問題的目的聽講，注意力集中，學習興趣濃厚，在提高聽課效果的同時也可以提高學生應用理論知識解決實際問題的能力。

交互式教學是以學生為中心，開放思維，培養學生獨立思考、主動學習的能力，激發學習興趣，更好地理解和掌握知識，培養創新能力和綜合運用知識的能力。可以建立數字信號處理網絡教學平臺為學生提供課本以外的其他課程資源；利用MAT?LAB GUI功能設計制作具有交互功能的界面，利用多媒體教學的優勢進行互動教學，形象直觀；建立專門的學習群，針對遇到的問題進行討論學習。通過師生交互、人機界面交互提高學生的學習興趣和求知欲，使其更好地理解相關理論知識。

三、建立網絡教學平臺

為充分發揮網絡優質教育資源共享的優勢，教育部倡導網絡課程建設，我們基于學校提供的Blackboard網絡技術建立了數字信號處理課程網絡教學平臺，即Blackboard（BB）平臺，引入網絡教學。Blackboard在線教學管理系統被廣泛認為是教育界領先的課程主導型管理系統，該系統以課程為中心，集成“教”與“學”的網絡環境，簡單易學。在平臺上，教師可以方便地創建、發布和管理課程，組織教學內容；具有在線交流功能，根據“教”與“學”的需要，師生之間針對課程進行交流討論，形成專門針對所教所學課程的學術環境，為師生之間建立了更方便的溝通平臺，激發學生的學習興趣和參與性，提高學習積極性和學習效果。在平臺上，任課教師上傳教學課件、教學視頻等教學資源，回答學生的問題或與學生針對某個知識點展開討論與交流，提供來自網絡上其他學校較好的電子參考書等課外資料，鏈接全國重點院校的數字信號處理精品課網站和數字信號處理新技術等，將網絡資源引入課程，輔助課堂教學。學生能隨時下載課程資源方便課后自主復習，通過網址鏈接獲得課程的校外優質資源，很好地彌補了課堂教學的不足。教師和學生在討論區創建主題發布信息，針對課內外相關研究內容進行交流討論，真正實現師生間交互式學習，發揮開放互動的網絡教學平臺的優勢。

四、加強教師隊伍建設

教師既是教學方法的設計者，又是教學方法的實施者，一流的教師隊伍是建設精品課程的前提。一流的教師既要熱愛教學工作，熱愛學生，又要學術造詣高，教學能力強，教學經驗豐富。為了提升青年教師的教學水平，應鼓勵和支持青年教師積極參加學校和學院組織的各種針對青年教師的教學短期培訓、青年教師授課競賽，參加教育部全國高校教師網絡培訓，參加國內各種與課程相關的重要學術會議、骨干教師研修班、在職攻讀學位、出國進修等，不斷更新教育理念、教學方法、教學形式。同時，為了秉承年長教師的教學經驗，發揮其示范帶頭作用，學校和學院積極開展教學工作例會、教學觀摩活動等，對青年教師進行指導和示范。此外，高素質的教師還要有較強的科學研究能力。科教相濟可以在學科建設中提升教學團隊和課程建設的整體水平，在建設校級精品課程的過程中，要始終堅持以科研帶動教學、以教學引領科研的思想，提升教師科研能力，提升教師隊伍整體素質，提高課程建設的整體水平，提高教學效果和教學質量。