《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》P2BL動態(tài)教學(xué)模式建立與實踐

張曉俊 吳迪 肖仲喆 孫寶印 陶智

摘 ? 要：《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》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)合問題式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PRB）和項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PRB）的P2BL動態(tài)教學(xué)新方法，并對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實踐、教學(xué)評價環(huán)節(jié)進行了改革探索，通過實踐表明，本方能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學(xué)成效，值得進一步推廣。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代數(shù)字信號處理 ?問題式學(xué)習(xí) ?項目式學(xué)習(xí) ?教學(xué)改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0189-03

隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(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)字信號處理技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、消費電子、現(xiàn)代工業(yè)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為推動現(xiàn)代科技發(fā)展的重要應(yīng)用技術(shù)之一。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課程為蘇州大學(xué)碩士點“檢測技術(shù)與自動化裝置”的核心專業(yè)課程，該課程與現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域的很多前沿問題和現(xiàn)代控制技術(shù)理論有很強的相關(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)容諸如隨機信號分析、濾波技術(shù)、功率譜估計、時頻分析與小波變換、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]。相對于本科課程《數(shù)字信號處理》來說，該課程對學(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、信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等諸多基礎(chǔ)課程，由于攻讀碩士學(xué)位學(xué)生來自于不同的院校，甚至有的學(xué)生本科階段還缺乏數(shù)字信號處理基礎(chǔ)，對課程的知識點理解有一定的難度，所以在實踐過程中講授的難度較大。

為了改變本課程起點高、難度大、在授課過程中學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)較困難等情況，本課題對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實踐、教學(xué)評價等諸多環(huán)節(jié)進行改革探索，改變原來的“老師負責(zé)講完，學(xué)生負責(zé)聽完，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模式的動態(tài)教學(xué)新方法[7-8]，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識并著重培養(yǎng)其解決實際問題的實踐應(yīng)用能力，為今后的研究性課題工作的開展提供鍛煉機會。

1 ?P2BL動態(tài)教學(xué)模式

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

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

本課題將結(jié)合《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》研究生課程的具體建設(shè)目標(biāo)，把P2BL動態(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)實踐中，著重過程式學(xué)習(xí)，并為最終的教學(xué)評價提供依據(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)計者，通過最終的教學(xué)反饋，完善《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，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)實踐和教學(xué)評價等四個方面進行，努力不斷革新前沿性教學(xué)內(nèi)容、探索P2BL動態(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)字信號處理》課程內(nèi)容豐富，如果在授課過程詳細講解每一個知識點，推導(dǎo)每一個公式，必定無法在有限的學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。為此在教學(xué)過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、面向應(yīng)用，采取“以點帶面”的授課方法，即重點講授核心原理，擴展其他知識。

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

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》內(nèi)容抽象且學(xué)時較少，需要充分利用板書教學(xué)和幻燈片教學(xué)的各自優(yōu)勢，解決學(xué)時不足的問題。此外采用MATLAB軟件進行基于問題式學(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題的難度，提高學(xué)習(xí)效率。

（3）基于項目式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)實踐方式。

將項目課題引入到授課過程，不僅可以提高學(xué)習(xí)興趣、增強工程實踐意識;而且通過講授實踐過程，使學(xué)生初步掌握科研實踐規(guī)律，增加理解知識的深度和廣度，達到“為我所學(xué)”和“學(xué)以致用”的目的。通過基于項目式學(xué)習(xí)（PBL）的實踐課題，讓學(xué)生感受和學(xué)習(xí)到課題所涉及項目開發(fā)的全部細節(jié)，提高學(xué)生獨立分析和解決工程問題的能力。

（4）改革教學(xué)評價模式，強調(diào)過程性學(xué)習(xí)評價。

將教學(xué)評價分為理論教學(xué)評價、實踐教學(xué)評價，期末考試評價三大類，突出實踐教學(xué)評價的比重，強調(diào)過程化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生摒棄期末“臨時抱佛腳”的思維，通過評價手段調(diào)動學(xué)生的主動學(xué)習(xí)積極性，真正促進學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。

3 ?P2BL動態(tài)教學(xué)模式教學(xué)方法實踐

本課題以蘇州大學(xué)2018級檢測技術(shù)與自動化碩士專業(yè)為試點，開展了P2BL動態(tài)教學(xué)模式實踐教學(xué)活動。通過組建現(xiàn)代數(shù)字信號處理教學(xué)團隊，確定了與課程知識點密切相關(guān)的研究項目課題，如表1所示。隨后在授課過程中，教學(xué)團隊著重基于這些知識點進行講授，以MATLAB實例為基礎(chǔ)，讓學(xué)生從實例中理解所涉及相關(guān)原理，幫助學(xué)生盡快融入課題，鼓勵學(xué)生在課堂上就相關(guān)知識點開展研討。在期末舉辦了課程課題項目匯報活動，讓學(xué)生就所選擇的課題進行15min左右的匯報展示，重點講述課程所學(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)團隊老師逐一進行打分，點評，作為其實踐教學(xué)成績，同時將課題材料列入《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫。

4 ?結(jié)語

本課題將P2BL動態(tài)教學(xué)模式導(dǎo)入到研究生課程《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》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，促進檢測技術(shù)與自動化裝置專業(yè)建設(shè)。同時將團隊建設(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，進行課程模塊的專題性講授工作，建設(shè)《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，共同來完成課程的教學(xué)目標(biāo)，推進創(chuàng)新型、實踐型人才的培養(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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