“數字信號處理”課程教學改革的研究與實踐

丁浩然　王雙維　侯恕

[摘 要] “數字信號處理”是通信工程、電子信息工程等專業的一門核心基礎課程，加強對該門課程的教育和建設刻不容緩。然而，學生從傳統教學方式當中只能收獲有限的知識和固定的思維方式，所以本文提出將辯論賽引入數字信號處理課程的教學模式改革，一方面讓學生自主思考開放式課題，重視思考的過程而非結果，培養學生的發散創新思維，起到對傳統教學方法的補充作用。另一方面，大學注重對學生綜合素質的培養，學術辯論賽不僅可以完善學生對專業知識的掌握情況，也可以提升學生的表達能力、應變能力、團隊合作能力等綜合能力。

[關鍵詞] 數字信號處理；教學模式改革；辯論賽

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 04-0072-02

一 引言

近些年，辯論式教學模式越來越受到人們的青睞，因為文科具有不明確答案的學科特點，便于應用辯論式教學模式，因此辯論式教學模式被廣泛地應用在文科的教學領域。例如，歷史課上以“辛亥革命是否成功了”作為辯題展開討論，政治課上提出“小悅悅事件折射的是法律的不完善還是還是人性的丑陋”這一辯題等。然而在理科的教學領域，辯論式教學在近些年也已被提出，但多為偽開放性的辯題，即答案仍然唯一確定，而讓學生在未了解答案前進行辯論。除此之外，辯論式教學模式在理科教學領域的應用與其在文科教學領域的應用相比，也還是相對少見的，而將辯論賽引入到理科教學當中至今還未見報道。

二 理科教學引入辯論式教學的意義

在我國傳統的理科教學模式下，老師向學生傳授書本上固定答案的知識，而學生不需要獨立的思考和一定程度的理解，接受的是明確答案的培養，也就是傳統的應試教育。傳統教育模式實施已久，雖有標準化的優勢，但仍然存在諸多不足。例如，在2015年7月的第56屆國際奧林匹克數學競賽中，中國選手獲得了4金2銀的好成績，其實自我國1985年參加國際數學奧林匹克競賽以來，比賽成績一直名列前茅，位冠亞之列。然而，直至27年后的2012年才有中國人獲得諾貝爾獎，30年后的2015年才有中國人獲得諾貝爾科學獎。為何標準化的競賽成績如此之好，而創新研究性的諾貝爾獎來的卻如此之晚？這樣的結果值得我們深思。原因很簡單，奧林匹克競賽是有標準的，有唯一明確的答案，而諾貝爾獎卻是開創思考，發散性的。中國人所欠缺的正是創新性和開放性的思維。當今社會需要高素質和高水平的創新型人才，大學生畢業后的自主擇業更是要面臨優勝劣汰的殘酷現實，所以對大學生發散創新思維的培養已經成為國家高等院校的當務之急，同時，加強對發散創新思維的培養也是對傳統教學模式的補充，而將辯論式教學模式引入理科教學當中就是培養大學生發散創新思維的方式之一。

三 課程教學改革研究

數字信號處理是20世紀60年代以來，隨著信息學科和計算機學科的高速發展而迅速崛起的一門新興學科。“數字信號處理”是通信工程、電子信息工程、自動控制工程等專業必修的一門核心基礎課程，在整個課程體系當中占據著非常重要的地位，因此加強改革數字信號處理課程具有十分重要的意義。數字信號處理課程主要是研究數字信號處理理論的基本概念和基本分析方法，課程本身理論性較強，涉及的數學公式推導較多，概念比較抽象不易理解。在傳統的教學模式下，老師通過建立數學模型和適當的數學分析處理，把課程的重點放在數學分析、公式推導和案例分析部分，以此來展示這些理論和方法的實際應用，便于學生理解復雜的理論和抽象的概念，為后續課程的學習奠定扎實的基礎。但是，這種教學方式由于答案的確定性導致知識系統剛性邊界，為培養學生發散創新性思維，故將辯論賽引入數字信號處理課程。

1 主要輔助作用

辯論賽前，老師給出一個開放式課題作為辯題，沒有標準答案，學生按照前期在課堂上所學的知識以及平時的知識儲備做出判斷，選擇持方。在比賽的前期準備階段，學生需要完成的是課外的自學過程。整個辯論過程自由而開放，只有在這樣更加開放和自由的環境下才能激發出學生的發散創新思維，因此此項活動可以實現對學生發散創新思維的培養，彌補傳統教學模式的不足。

2 次要輔助作用

辯論賽這種特殊的形式既可以增加課堂的趣味性，也可以在許多方面促進學生成長。例如，使學生的思維更具邏輯性，語言表達更具藝術性，增強學生的應變能力，提高學生的團隊合作能力等。同時，通過辯論賽的方式，老師可以間接檢驗學生對知識的掌握情況，也可以使老師更好地發現教學過程中是否存在讓學生產生誤解的地方，因此將辯論賽引入數字信號處理課程可以增進老師對學生學習情況的了解，更是一種很好的檢驗教學成果的方式。

四 實踐效果

此次對東北師范大學物理學院電子電氣專業正在學習數字信號處理課程的三年級學生進行了教學模式改革實踐。在老師完成正常的教學任務后，向大家提出了進行學術辯論賽的想法，同學們對此充滿了好奇與期待，參與的熱情也是格外高漲。本次比賽的辯題為“模擬技術是否會被淘汰？”同學們根據自己的理解，任意選擇持方，其中正方四人，觀點是模擬技術終將被淘汰；反方四人，觀點是模擬技術永遠不會被淘汰。因為是學術辯論賽，所以會在經典辯論賽形式和流程的基礎上稍作改動。辯論雙方各由一辯、二辯、三辯、四辯四人組成，組成環節為一辯陳詞、雙方攻辯、一辯小結、自由辯論、總結陳詞、觀眾提問六個環節。

辯論賽有兩周的前期準備時間，在此期間，同學們上網搜索了大量與此相關的資料，例如：模擬技術和數字技術的優勢及缺陷；模擬技術及數字技術的應用領域；模擬技術及數字技術在生活中的應用情況，等等，從中摘選出自己所需要的材料，做好充分的準備。

比賽當天，擔任評委的為兩位研究模擬技術的老師、兩位研究數字技術的老師以及一位數字信號處理課程的老師，辯手雙方各4人，主席1人，工作人員3人，觀眾（在讀學生）30余人。比賽進行過程中，雙方辯手幾乎完全脫離了事先準備好的紙質材料，展現出自己十足的熱情和信心，根據自己理解和體會，整理思路，組織語言，簡明扼要地表達并證明自己的觀點。其中最為精彩的當屬自由辯論環節了，雙方辯手各執己見，你來我往，互不相讓，可謂是一方攻守兼備，一方滴水不漏。精彩的自由辯論也將比賽推向了白熱化階段。雙方四辯總結陳詞后，觀眾們也參與其中，對剛剛比賽中辯手們的觀點及論證提出問題，辯手針對觀眾的提問予以解答。至此，此次學術辯論賽的辯論部分就告一段落了，評委老師根據雙方團隊在比賽中的表現（陳詞、攻辨、攻辨小結、自由辯論、總結陳詞、回答觀眾提問）和綜合印象（語言風度、團體配合、臨場反應）給出團體分，根據辯手的表現（語言表達、整體意識、辯駁能力、美感風度、綜合印象）給出辯手個人得分，以此判定獲勝團隊及各隊最佳辯手。最終，正方以他們完善的知識儲備以及完美的團隊配合獲得了辯論賽的勝利。賽后，評委老師們對本場辯論賽以及此次的教學模式改革給予了極高的評價，他們也在比賽當中看到了同學們在課堂上不曾展現出的專注和熱情，并鼓勵學生積極參加此類活動。

五 學生反饋及改進方向

幾位辯手表示，學術辯論賽的舉辦非常的新穎，具有趣味性和創新性，本身內容復雜難度高的課程，通過這種方式不僅能快速掌握好課程的基本知識，并且帶有思考目的性地閱讀大量文獻資料也幫助自己獲取了許多書本以外的相關知識。這樣的活動可以帶動學生積極主動地思考，還可以有效地鍛煉學生的賽場心態、表達能力和思維組織能力，是一項極佳的思維發散型創新活動。

并且幾位同學還認為，如果可以同時開辦多場，或將更多同學分配進兩隊，適當調整比賽架構和流程，可以更好地增進交流和學習，讓每一位同學都真正地得到鍛煉。

觀眾們則表示希望自己也可以得到這樣的機會參與到這樣的活動中來，這對課程的理解和掌握具有十分重要的意義。

總之，綜合幾位老師和同學們的意見和建議，此次幫助同學們開創發散創新性思維的教學模式改革很成功，一方面幫助同學們通過查閱文獻并獨立思考、賽場上互相反駁找出問題并尋求解決辦法的方式，更好地掌握課程內外所需要的專業知識，增加對于知識理解的思維廣度和思考深度，起到培養學生的發散創新思維的作用。另一方面，該活動更可以培養同學們知識以外的個人綜合素質，如賽場心態、速想速記、邏輯思維及語言表達能力。并且在汲取了老師及同學們的建議之后，我們將設法用更好的比賽架構和流程及相關規劃，爭取讓更多的同學參與其中，讓同學們有更多的時間多學習并思考相關內容，以達到我們幫助同學們培養發散創新思維的目的。

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