创新型人才培养目标下的数字信号处理教学模式探索

王 斐 沈 森 吴景艳

河南科技大学信息工程学院 河南洛阳 471003

创新型人才培养目标下的数字信号处理教学模式探索

王 斐 沈 森 吴景艳

河南科技大学信息工程学院 河南洛阳 471003

培养创新型人才是我国高等教育体制改革的要求，课程教学模式改革是创新型人才培养中的重要课题。从教学内容、教学方法两方面对创新型人才培养目标下数字信号处理课程的教学模式进行了探索，优化教学方法时遵循了教师是主导、学生是主体、实践是核心、双语是手段的原则。

创新型人才培养；教学内容优化；教学方法优化；数字信号处理；教学改革

数字信号处理相关理论在工科各专业中得到广泛应用，如何进行该课程的教学改革以培养学生科技创新意识与能力是高校教学改革的核心。[1]近年来，课题组根据该课程特点，紧紧围绕拓宽学生专业口径、培养学生创新意识的理念优化教学内容和教学方法，以科技创新教育理念贯穿教学和实践全过程。教学实践表明，将优化教学内容与培养学生科技创新能力密切结合，有效提高了该课程的教学质量，加强了学生科技创新能力的培养。

1 数字信号处理课程特点

数字信号处理涉及通信、自动化、信息等众多专业，是学生从事相关领域工程技术研究和应用的必备基础。该课程研究离散时间信号处理的基本概念、原理与方法，涉及很多数学分析与变换过程，理论性强，数学公式和证明推导多，课堂教学内容繁多枯燥[2]，不少学生存在惧怕心理，缺乏学习兴趣。随着教学学时的大幅压缩，教学内容多和教学学时少的矛盾日益突出，这极大地影响了教学效果，无法满足高校创新型科技人才的培养目标。

2 创新型人才培养目标下的教学探索

2.1 优化教学内容

选择教学内容时，在继续讲授基本原理、概念、方法的基础上，采取了精选课堂教学内容，精简定量分析计算，精简繁杂习题，加强新内容和新方法的拓展引入，加强课堂教学中学生创新意识和发散思维的培养，并加强学生利用本课程理论和方法解决工程实际问题的能力训练。通过相关内容的精简和加强，避免了通常模式下灌输大量具体知识的填鸭式教育，突出了对学生分析问题、解决问题的能力培养。例如，在讲解快速傅里叶变换(FFT)内容时，突出强化其基本思想和如何减少运算量、如何由基本理论实现计算机编程以及如何根据实际需求选择合适FFT算法的内容，淡化精简了分裂基FFT和离散哈德莱变换(DHT)等内容[3,4]；在讲解IIR和FIR数字滤波器设计内容时，突出加强其与MATLAB的融合应用内容，淡化模拟滤波器设计繁杂计算的内容；另外，教学中还跟踪最新的信号处理技术，补充增加多采样率数字信号处理内容，结合工程项目对学生进行工程应用训练。

近年来的教学效果表明，以数字信号处理基本理论、算法及实现方法为主线，以其与新技术和工程实践问题的结合应用为扩展，这一教学内容选择思路既保证了数字信号处理基本理论、算法及实现方法的传授，又提高了学生的学习积极性和主动性，尤其是学生掌握了工程问题的解决思路和方法，极大地激发了学生的学习热情和创新意识，有力地促进了教学质量的提高和学生创新能力的培养。

2.2 优化教学方法

如果说优化的教学内容是教学活动的骨骼和肌肉，则优化的教学方法就是教学过程的灵魂和核心，也是贯彻培养学生科技创新能力这一最终目标的核心。在教学内容的组织和教学方法应用上，课题组遵循了如下原则：

2.2.1 教师是主导

教师在熟练掌握教学内容的前提下，针对学生的学习背景和已经传授内容的掌握情况，将基本理论、算法和重点内容精心提炼后传授给学生，使学生掌握每一个知识点和相关问题的分析思路。在讲授课堂内容时，精心设计案例，尽量采用案例教学，从工程中存在哪些问题、问题如何引出、问题如何解决等方面入手，循序渐进，条分缕析，最后再进行启发总结，使学生领会教师教授的知识和方法，提高学生认知思维能力和创新能力。

2.2.2 学生是主体

如何充分调动学生的学习积极性和主观能动性是培养学生科学思维和创新能力的关键，也是课程教学改革成败的关键。教学的根本出发点和最终归宿是以学生为主体，应设法提高学生的主体意识，发挥学生的主体作用。教师在教授课程之前，应预先深入了解学生的学习状况，关心学生对该课程的疑问，关注学生学习中的困难。授课中应根据学生具体情况灵活运用启发式、讨论式促使学生广泛深入参与到教学过程中，突出其主体地位，借助案例设计，将理论内容与工程实践紧密结合，鼓励学生主动思考、勤于总结，启发学生用工程化思想去解决问题、分析结果，激励学生在理论课学习和实践讨论中运用发散思维提出问题、解决问题，并帮助其梳理思路，激发其综合运用课程理论进行创新活动和撰写科研论文，从而逐步培养其科技创新意识，提高其科技创新能力。

2.2.3 实践是核心

鉴于数字信号处理课程具有抽象程度高、理论性强的特点，教学过程中，我们遵循理论算法讲解是基础，案例实践是核心的原则。古语云：凡事百闻不如一见，百见不如一练。为了提高综合教学效果，不但要精讲理论，更要加强理论与实践的结合，加强学生实践动手能力和解决实际问题能力的训练，调动学生参与工程实践和教师的工程科研项目，充分提高其兴趣和积极性，并训练其撰写科研报告的能力。例如，吸纳学生参与到某引信项目和某舵机系统辨识项目以及某弹载计算机项目的信号处理环节中，让其参与和体会如何运用所学理论解决工程实践问题，考虑如何选择硬件系统并在硬件系统上完成信号处理方法的软件实现。通过参与这些实践环节，不仅提高了学生的学习兴趣，使其体会到学习效果和快乐，而且激发了学生参与科研项目和进行科技创新的积极性。

2.2.4 双语是手段

高等教育的发展趋势为教育方式国际化和人才培养综合化，双语教学是推进高等教育国际化和高校教学改革的一项有力措施。在专业课中开展双语教学，可以全面提高课程教学质量，是当前教学改革关注的重点，课题组在教学中对此也给予了高度重视。通过将数字信号处理理论知识和英语相结合，鼓励学生用英语思维方式思考问题、分析问题和解决问题，从而加强学生的英语应用能力和英语思维方式的培养，以拓宽学生的国际化视野。例如，在教学中根据教学内容难易程度，选择相应的英语授课比例。对简单的内容，则以英语教学为主；重要定理和难点要点，则采用英语讲解、汉语阐述的方法。鼓励学生上课讨论，全面提升学生交流能力；布置课外仿真专题，增强学生自主探索和查阅外文文献的学习能力。

3 结束语

培养创新型人才是现代高校的首要任务，课程教学模式的探索是培养创新型人才的基础，优秀人才培养的关键在于课程教学内容和教学方法的优化。近年来，课题组以数字信号处理课程教学改革和探索为契机，以提高课程教学质量为核心，以培养创新型人才为目标，积极探索在数字信号处理课程中培养创新型人才的模式。教学实践效果表明，这些尝试和探索显著提高了数字信号处理教学效果，较好地培养了学生的创新能力。

[1] 范慧慧,朱军.围绕课程的创新人才培养理念和实践[J].中国大学教学,2010(5):39-43.

[2] 高西全,丁玉美.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.

[3] 蔡超峰,姜利英.数字信号处理课程教学改革初探[J].中国电力教育,2013 (2):102-103.

[4] 卜凡亮,赵守国,王锁柱.数字信号处理课程研究型教学改革与探索[J].计算机教育,2009(8):81-82.

Exploring the Teaching Pattern of Digital Signal Processing for Innovative Talents Cultivation

Wang Fei, Shen Sen, Wu Jingyan
Henan University of Science & Technology, Luoyang, 471003, China

Cultivating innovative talents is the requirement of higher education reform, the reformation of course teaching mode is a critical issue in innovative talents cultivation. In this paper, a novel teaching model used in digital signal processing course is explored from teaching contents and teaching methods based on the aim of innovative talents cultivation. The principles of optimizing teaching methods include the magisterial quality of teachers, the main-body quality of students, the core quality of practice and the assistant aid of bilingual teaching.

innovative talents cultivation; teaching contents optimizing; teaching methods optimizing; digital signal processing; teaching reform

2014-09-18

王斐，博士，副教授。沈森，硕士，讲师。吴景艳，硕士，讲师。

河南科技大学教改项目——创新型人才培养目标下的数字信号处理教学模式探索(编号：JG2011008)。