科技史介紹在數字信號處理課程教學中的作用

林 林

（上海大學機電工程與自動化學院自動化系，中國 上海200072）

0 引言

數字信號處理是高等學校電類專業學生的一門專業課，其教學內容包括傅里葉變換、傅里葉級數、數字濾波器設計、小波變換、MATLAB實現等幾部分內容，是一門基礎理論與工程實踐相結合的課程，這些內容在各類科學與工程技術人才體系培養中占有重要的地位。這門課的概念、原理、方法大都以數學公式的形式表現出來，授課過程中學生經常會感到枯燥、難懂。而目前的教學方法往往更多的注重對專業知識的傳授，由教師進行介紹講解，然后給出結論，教學以學生對專業性知識的理解并能加以應用為目標。大多數教師對課程有關的科技史知識輕描淡寫、一帶而過，忽視了相關科技知識史對對課程教學的促進作用。如果不能把相關背景和發展脈絡在講授專業知識前介紹給學生，學生在宏觀理解、思考方式方面都會出現這樣那樣的問題。為此，授課教師針對這門課程在教學方法與教學實踐方面進行了一些教學改革與探索，下文將介紹教學改革的內容、教學反饋與一些體會。

1 教學改革內容

為了加強教學過程中學生學習的主動性、激發學習動力、培養正確的學習和思考方式以及加深對學習內容的理解，教學改革加強了對數字信號處理課程中所涉及的相關科技史內容的介紹。雖然教材也并沒有這部分內容的介紹，但是通過互聯網上的維基百科、百度百科等百科網站，以及國外大學中可供下載的數字信號處理課程課件，授課教師將所授課的課件內容進行了豐富，凡是涉及到有相關科技史的內容，都在教學中加以說明與介紹。具體的教學內容與教學方法改革如下：

1.1 科學家成長經歷的介紹

科學家之所以可以提出被廣泛接受和應用的理論、公式、方法等成果，與他們的成長經歷是分不開的。教學改革中添加了對科學家的家庭背景、成長經歷、就學學校、對他產生影響的導師這些內容。比如在傅里葉變化的教學中，授課教師介紹了約瑟夫傅里葉因為幼年父母雙亡，所以很小便被送入天主教本篤會接受教育，之后考入巴黎高等師范學校，畢業后在軍隊中教授數學，27歲時他到巴黎高等師范學校教書。這些經歷對他后來傅里葉變換的提出起到了關鍵作用。

1.2 科學成果所在年代的歷史背景

獲得科學成果所在年代的歷史背景也是非常重要的內容。所在歷史年代的特殊性給了科學家們特定的環境、氛圍、機遇等等，使得他們有機會提出新的理論和方法。比如傅里葉所在的年代是18世紀末，當時正是拿破侖東征時期，傅里葉跟隨拿破侖軍隊東征，被任命為下埃及的總督。由于英國艦隊對法國人進行了封鎖，所以他受命在當地生產軍火為遠征部隊提供軍火。這個時期，他向開羅埃及學院遞交了幾篇有關數學的論文。1816年他回到巴黎，六年后他當選了科學院的秘書，并發表了《熱的分析理論》一文，此文是建立在牛頓的熱傳導理論的速率和溫度差成正比的基礎上。

1.3 中外相同歷史時期的對比

將中外歷史進行對比，更有助于學生展開聯想，容易想象和理解科學家所處時代的環境，從而更好地理解學習內容。仍以傅里葉為例，授課教師介紹了從十七世紀中后期到十九世紀歐洲科技史的發展，在數學課中提到的其他數學家，比如牛頓、拉普拉斯、柯西這些人與傅里葉的前后關系。同時傅里葉所在時期是中國的清朝時期，當時中國的情況、科技的發展又是怎樣的。這些對比既增加了學生聽課的興趣，又便于他們理解內容。

2 教學反饋與體會

通過對數字信號處理課程引入比以往教學中更多的科技史內容這一探索，授課教師獲得了很多正面的反饋，對教學方法改革有了更為深切的體會，積極意義有以下三個方面：

2.1 激發了學生的學習興趣

科技史方面的介紹明顯的激發了學生的學習興趣。關于科學家具體人物的背景介紹更加吸引學生的注意力，大家會更加專注的去聆聽授課教師的課程內容，有時會主動提出問題，討論科學家的經歷對他們發表成果的影響。而且課程當中不斷回顧這些科技史的內容，會周期性的刺激學生，將暫時失去注意力的學生重新拉回到課堂上來。

2.2 培養了學生正確的思考方法

科技史的介紹更加清楚的講清楚了科學家是如何一步一步推演出最終結論的。傳統的教學方式直接給出最終的結果、定理、定律，而新的教學方法更加符合科學發展的自然規律，從最初始的一個新想法，一直講到最終理論的形成。這一思考方法更有利于學生的思考過程。未來學生在自己學習、從事科研活動中，會應用到這些正確的思考方法，更為容易的取得成果，推動科技進步。

2.3 加深了對所學知識的理解

科技史的相關介紹增加了學生的學習熱情，讓他們有了更為清晰的學習思路，從而獲得更好的學習成果。課堂互動、平時測驗與期末考試的成績，都反映出了教學改革之后學生對知識的理解更加深入、透徹，更好的掌握了數字信號處理的許多知識點。學生們也明顯對與科學家直接相關的學習內容有更好的記憶力。

3 結論

通過在數字信號處理課程中加入更多的有關科技史方面的介紹，在科學人物、歷史背景、中外對比等幾方面的改革與探索，學生的學習熱情和學習效果有了明顯的提高，獲得學生的好評，取得了很好的效果。這種教學方法改革同樣也可以使用在其他工程類專業課程當中，希望未來可以在不同課程中進步一探索，摸索出更加合理、適用的教學方法。

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