項目引導多任務驅動在數字信號處理教學中的應用

張峰，石現峰，趙黎

摘要：項目引導和任務驅動是以認知主義、構建主義和行動學習理論為基礎的教學方法，對培養創新意識、工程應用意識及自主學習習慣有積極作用。為解決電子信息相關專業“數字信號處理”課程教學過程枯燥、學習難度大、學生應用能力欠缺的問題，論文將兩種方法融合，結合工程項目“旋轉機械振動信號分析”和合理任務設計應用于課程教學。

關鍵詞：項目引導；任務驅動；數字信號處理；研究性學習；創新意識

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）48-0163-02

一、項目引導下的多任務驅動教學法

1.項目引導教學。項目引導教學法建立在認知主義學習理論基礎上，是對“先理論、后實踐”的傳統教學方式的變革。這一教學方式把實際問題的解決作為教學目的，在教學中以解決實際問題為動機達到知識的獲取和能力的培養目的。在工科專業的專業基礎課及專業課中，以項目為引導組織并開展教學，通過將理論與實際工程項目和應用的有機結合，能夠培養學生的工程意識，加強對理論知識的理解，并激發學習興趣。

2.任務驅動教學法。任務驅動教學方法是建立在構建主義理論基礎上的互動式教學方法，以完成任務為線索，把教學內容隱含在精心設計的任務中，讓學生通過對任務的分析和實施去發現問題、尋找解決問題的方法，從而培養創新意識、創新能力、工程應用意識以及自主學習習慣。任務驅動教學法對課堂教學由教師為中心的傳統模式向以學生為中心的研究性教學模式轉變有很好的促進作用。

3.項目引導與多任務驅動的結合。項目引導下的多任務驅動教學把項目引導與任務驅動教學有效融合，以工程項目為載體，將項目目標轉化為一系列相對獨立的任務，以具體任務實施作為項目目標實現的手段，能更好地發揮二者在教學中的作用。而多個任務的引入，一方面把整體項目目標化整為零，具有更好的可實施性；另一方面精心設計的多個任務對課程理論知識的覆蓋更全面，避免單一任務的不足；同時，多任務便于教學過程中的分組實施，培養團隊合作解決實際問題的能力。

二、項目引導多任務驅動用于數字信號處理教學

1.課程特點分析?！皵底中盘柼幚怼笔请娮有畔⑾嚓P專業重要的專業基礎課，課程內容豐富，與專業課結合緊密，但原理抽象、公式繁雜，涉及數學知識多、程度深。從“數字信號處理”課程實踐性和應用性強的這一特點出發，將項目引導下的多任務驅動教學方法引入到課程教學中，通過實際的工程項目和合理設計的任務，可激發學生的學習興趣，促進理論內容與工程應用之間的聯系，培養學生應用數字信號處理的原理解決實際工程問題的能力，提高教學質量，實現研究性教學模式的轉變。

2.項目引導促進課程原理與應用結合。根據電子信息相關專業的特點，在課程教學中以工程項目作為引導，可以促進課程理論與實際應用的結合。針對信號處理技術在工業現場故障診斷領域的應用，選擇實際科研項目“汽輪機振動在線監測系統”作為實施課程項目引導教學的項目基礎。完整的汽輪機振動在線監測系統的總體結構與方案如圖1。

整個系統屬于集散型結構，由若干在線監測系統、服務器、通信接口及通信線路組成，采用上、下位機同步工作的方式。下位機由在線監測裝置組成，位于汽輪機組附近，是系統中的數據采集與分析設備，完成數據采集、處理及分析任務，并將數據以數字形式通過網絡傳送給上位機；上位機屬于故障診斷系統，以工控機作為服務器，負責和下位機數據通信、存儲、歷史數據分析、故障判斷及web發布等工作，還可將系統的控制參數發送給下位機的各個在線監測系統，以調整工作狀態和參數。上位機服務器還負責將分析結果發布到廠內局域網或廣域網上，所有的數據通信都通過網絡進行。結合課程性質及數字信號處理教學的實際內容，選擇系統中的核心內容之一，即振動信號的分析與處理作為實施課程項目引導教學實施的具體項目。

3.多任務驅動實現研究性教學模式轉變。以“旋轉機械振動信號分析”這一項目為引導，通過對整體功能及技術指標的分析，并結合課程內容安排及知識模塊，將整個項目的實施劃分為三個具體任務，如圖2：

三個任務相對獨立，基本原理對應了信號采樣（任務1）、信號頻域分析（任務3）及濾波器設計（任務2）這三個課程核心知識模塊，便于根據課程進度分階段實施；同時任務間又有一定聯系與接口，組成了整個項目的核心內容，保證項目目標實現的完整性。合理的項目分解與任務設計，可有效激發學生的學習興趣，培養工程應用意識和創新能力。在具體教學中，學生通過對項目的認識、任務的分析和對任務的實施去發現問題、尋找利用課程理論知識解決實際問題的方法，能夠實現課程教學模式向研究性教學的轉變，在一定程度上解決了課程教學難度大、學習難、學以致用能力欠缺和工程應用能力不足的問題。

4.實施與效果評價。由上述分析及項目與任務的關系可看出，項目引導多任務驅動教學以任務驅動教學的具體實施作為實現基礎。根據任務驅動教學法的相關理論以及課程的特點，采用如圖3所示的任務驅動教學實施方案：

這一實施方案以學生為中心，強調發現并解決問題能力的培養；而教師主要對任務進行合理設計，并在實施過程中對學生進行指導。實施方案中，好的任務設計是任務驅動教學的基礎，由任課教師根據項目進行設計；任務分解結合課程內容及知識模塊分階段進行；任務實施以學生為中心自主進行，指導教師提供必要指導；效果評價結合任務完成過程、作品及實際項目指標進行，評價結果一方面作為課程考核的一項指標，另一方面作為任務調整及完善的依據。具體的教學實踐表明，項目引導下的多任務驅動教學能夠較充分地調動學生的學習積極性、學習興趣和課堂參與度，在項目的引導和任務要求的驅動下完成設計方案制定及具體任務實施，并提交作品，達到鍛煉研究能力的目的。同時，實施過程中反饋機制的引入，保證了教學效果、任務設計的質量以及這一教學方法的有效實施。

三、總結

論文將項目引導和任務驅動兩種教學方法進行了融合，并結合實際工程項目和合理的任務設計應用于電子信息相關專業“數字信號處理”課程教學中。實際項目的引導培養了學生應用數字信號處理的相關理論、原理及方法解決實際問題的應用能力；而多個任務的有效驅動則培養了學生的創新意識，鍛煉了解決問題的能力，促進了研究性學習品質的形成。以項目引導多任務驅動為基礎的課程教學方式經實踐取得了良好的教學效果，提高了“數字信號處理”課程的教學質量，對相關專業應用型和研究型人才培養目標的實現起到了積極作用。

參考文獻：

[1]唐進，龍瑜.基于“項目引導—任務驅動”的課程教學模式應用研究[J].職業時空，2010，（03）：128-130.

[2]吳靜.項目教學法與任務驅動教學法的異同比較[J].北京工業職業技術學院學報，2011，（03）：79-82.endprint