數字信號處理教學模式改革

周克 王霄 何志琴 楊小柳

摘要：《數字信號處理》課程的教學非常困難。根據“新工科”人才培養的要求，課改改變了以往傳統的教學模式，在教學內容、教學模式、考核方式等方面實行了一系列的探索與改革。課改結果表明，新方法有助于提高教學質量，同時也能激發學生的學習興趣，有利于學生綜合素質的提高。

關鍵詞：教學改革;教學模式;考核方式

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）21-0098-02

《數字信號處理》作為電子信息工程專業的必修課程，在電子信息領域的重要作用也被越來越多的其他研究領域所認同。然而，該課程理論性很強，概念抽象，公式繁多，推導復雜，涉及工程數學、高等數學等多門基礎數學課程和信息類課程的相關知識。該門課程對一些未開設與信息系統相關課程的院系，要想在短期內學好該門課程，難度可想可知。從我院目前開設的狀況來看，學生普遍存在學習困難、考試成績不理想、實際應用能力弱的問題，顯然，這樣的尷尬處境與“新工科”的教學要求有著巨大差距，這就需要作為教師的我們要盡快找出教學中的短板，從授課形式、教學方法、實踐環節、考核方式等方面從新進行設計，切實做到以“學生為中心”，以培養學習興趣為主要出發點，逐步消除差距，提升教學的質量，真正做到產學研應用的緊密結合。

針對《數字信號處理》課程在實際教學中出現的問題，本次課改更加貼近實際，更好地適應“新工科”教學要求，主要從教材知識體系梳理、課程教學模式設計以及課程考核體系設計三個方面著手，并通過近1學年的實踐，取得了較好的教學效果。

一、知識體系的梳理

《數字信號處理》課程具有理論性強、高度抽象、用到的相關基礎知識多等特點，學生普遍反映該門課難于理解和掌握，教師教起來較困難。該課程開設初期，主要是為電子信息類的學生而設置，并且在該課程開設之前，前期基礎課程如《信號與系統》已開設，學生在學習時已有了一定的基礎，加之學時充足（基本都是48學時以上），因此學生在學習時遇到的阻力較小，學習起來相對容易。但是，隨著該課程的應用不斷廣泛，我院一些傳統工科專業如電力系統自動化、自動化也將該門課程納入學生學習之列，期望學生通過該門課程的學習，初步掌握數字信號處理技術在工業場景中的應用，以使學生能夠適應現在用人單位對人才的需求。然而，受制于專業整體課程規劃及學時的限制，目前該門課程的開設學時少（僅32學時）、如何在短學時內將該門課程的知識點講解到位，需要對知識點進行重新梳理。通過反復對比分析，將該門課程的知識點分為三大類：基礎類知識、理論類知識以及應用類知識。知識點劃分的結果將是制定后續教學環節設計的重要依據。

二、教學模式的設計

對于不同的知識點，由于其性質不同，因此在教學模式上的設計也應有所區別。在本次教改中，結合本院系已開的一些專業基礎課以及數學課程的開設情況，本課改設計教學模式由三個環節構成：即課前、課中以及課后，每一環節，分別設計了學生以及教師的任務分工、學習內容以及教學方式，引導學生課前預習、課后討論復習，切實做到以“學生為中心”的教學理念，通過對教學內容的精心設計，引導學生全程參與整個教學環節，形成教學的閉環。為了保證上述教學過程的順利完成，在實際操作過程中，每一類知識點的各個步驟的實施分為五個階段進行，即任務分配、教學規劃、教學實施、檢查以及自我評價五個階段，每一階段的重點工作內容及教學內容如下：

（一）任務分配階段

該階段主要根據項目目標進行任務分解，項目組每一成員根據項目分工完成相應的工作;同時，在此階段還要將參與項目的學生進行分組，分組時根據能力水平協調搭配，每一小組選出組長，學生以小組的形式共同完成任務，要求學生在這一過程中相互協調，彼此探討，分工合作。

（二）教學規劃階段

該階段的主要任務是對教學內容的重點、講授方式以及任務設置進行規劃，規劃過程中既要考慮學生的專業特點，也要考慮課程特點，在設計教學案例或學生任務時，做到與專業課老師保持密切聯系，多傾聽專業課程教師的意見，將課程知識點內容與專業問題相結合，力爭使學生達到學以致用的目的，提高學生的學習興趣。在該階段，還需梳理課程的關鍵點和重點，并用微課的形式展現給學生，幫助學生利用現代化教學手段進行課程的學習或復習。

（三）教學實施階段

教師根據設計的教學計劃對各知識點進行講解，講解過程重點以案例教學為主，通過基本知識的講解，引導學生利用所學知識解決實際問題，培養學生的融會貫通能力和解決實際工程問題的能力。

（四）檢查階段

學生在任務完成后，教師要檢查其完成情況，同時要與學生一起對任務解決的合理性以及技術路線進行分析。這一階段也相當于學生的復習階段，不但能夠及時發現學生學習中的不足，同時還可以起到知識再鞏固的作用。檢查學生任務的手段主要以學生匯報為主，每組不論是學生個人獨立完成的任務，還是以小組為單位的合作探究結果，均以小組為單位展示給教師，被教師選中的典型案例要在全班展示。成果匯報或展示時要注意公平性，盡量為每位成員提供參與機會，改變少數同學“事不關己”的消極態度。鼓勵同學在課下將匯報過程進行錄像，供同學反復觀摩。這種考核方試，將對學生的語言組織能力、表達能力、身心素質的提升有極大的幫助作用。

（五）評價階段

在檢查完畢之后，教師要與學生一起交流討論，對學生的項目反饋情況作出分析與評價。評價由學生自我評價、小組評價、教師評價組成。小組評價側重于學生的心得體會;教師評價通過全面綜合的分析，總結各小組的優缺點，找出存在的問題以及解決辦法。教師后期可根據評價的結果，調整教學內容，修改教學視頻，控制教學進度，對典型教學案例進行總結、完善。

三、考核評價體系的建立

本次課改中，考核評價體系的建立以加深學生專業知識、提高專業技能為目的，充分調動學生學習的積極性，提高教學效果。因此，設計的課程教學評價體系主要由以下四個方面構成：（1）學習過程性評價;（2）學習參與狀態的評價;（3）學習成果的評價;（4）學習效果的評價。學習過程性評價由學生自評、同學互評和教師點評三點構成;學習過程性評價占總評價的30%。學習參與狀態的評價對出勤與紀律、答疑、課程討論、個性化學習模塊參與度等方面的內容進行考核。學習參與狀態的評價占總評價的20%。學習成果的評價主要參考點包括活動過程、小組合作、研究方法及過程、內容、成果展示、展示效果等方面。學習成果的評價占總評價的30%。學習效果的評價包括興趣、知識和認知、認真程度、與他人合作、競爭意識等，學習效果的評價占總評價的20%。

四、試點改革

基于上述教改思路，本課程自2015年起，選取我院電氣工程專業作為試點對象。由于該專業擁有普通班和“卓越工程師班”，在試點實施時，分別對普通班和“卓越工程師班”的教學采用傳統方式和教改中所提的方法進行教學，且為了保證試點的公平性，兩種教學方式每年都交替進行（即若本年普通班采用傳統教學方式，則下一屆的普通班采用教改中所提的方法），經過近三年的教學試點發現，當采用傳統的教學方式進行教學時，無論是普通班還是“卓越班”的學生，其僅能對部分基礎理論有所了解，一旦給予他們一個特定的工程實踐項目，要其利用課程中所講授的知識點去解決問題，便發現他們很難推動項目向前發展，或是解決問題的過程不完整。而采用本教改中的教學方法后，學生的分析問題能力、建模設計能力、前沿工具的使用能力以及解決實際工程問題的能力都得到了有效提高。通過試點結果的分析可知，本次課改由于設計了能使學生全程參與的環節，因此學生的學習能力、解決問題的能力得到了較好的訓練，這為今后的學習打下了基礎。

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