“数字信号处理”综合模式教学改革研究

2015-08-15刘红秀李洪波

电气电子教学学报 2015年5期

关键词：数字信号处理信号处理建构主义

刘红秀，李洪波，李洁

(广东药学院医药信息工程学院，广东广州，510006)

“数字信号处理”是高校电子信息工程及生物医学工程专业的专业基础课程［1］，其特点在于理论较深、数学公式较多且公式背后还蕴含着丰富的物理意义。

本文指出传统教学在“数字信号处理”课程中存在的一些弊端并以先进的建构思想为依托，建立一种综合的教学模式，有效提高学生自主学习的能力、综合运用知识的能力及创新设计的能力，从而不断提高该课程的教学质量［3］。

1 综合式教学模式

在众多教育理论中，建构主义理论特别强调学习者的自主建构、自主探究和自主发现，并要求将这种自主学习与基于情境的合作式学习、与基于问题解决的研究性学习结合起来，从而有利于学习者创新意识、创新思维与创新能力的培养［4］。

教师是意义建构的帮助者、促进者，而不独是知识的提供者和灌输者。学生是意义建构的主动者，而不独是知识的被动接收者和被灌输的对象。在教育活动中，只有把学生作为实践活动的实施者，激发与调动学生的主观能动性和学习积极性，实现学生“要我学”到“我要学”的转变，教育质量才能得到真正提高。基于建构主义教育理论以及与建构主义学习环境相适应的综合教学模式可以被概括为:“在整个教学过程中，以学生为中心，以教师为组织者、指导者、帮助者和促进者，利用主题、作品、合作和讨论等学习手段充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，提高学生自主学习能力、应用能力及创新设计能力等综合素质的目的。”

随着数字信号处理理论、方法和技术的飞速发展，与之相应的教学改革也在不断地推陈出新。综合式教学模式是以建构主义为理论基础，以学生为中心的教学模式，正成为研究热点之一。

2 课堂教学

“数字信号处理”作为我校生物医学工程和电子信息工程专业的一门核心专业课程，在课堂教学中，我们根据建构主义思想，主要采取了以下措施。

1)抓好入门教学，引发学生兴趣

学生在刚接触“数字信号处理”课程时，常怀有好奇、兴奋和期待的心情，教师应抓住这一机会，抓好第一堂课的教学。为此，我们在课程的开始阶段下足了功夫。在第一堂课上绪论时，首先会有一个提问“我们为何要上‘数字信号处理’这门课程?”，将学生引入思考和讨论的氛围之中。接着从八个方面来具体阐述“数字信号处理”课程的重要性及其实际应用，包括数字信号处理的概念、学科分支、基本组成、实现方法、特点、应用领域、发展趋势及重要性等。这里我们尽量采用简单而又形象的语言来阐述。比如，通过提问形式，让学生们设想数字信号处理有哪些发展趋势，最后用“多快好省”四个字来进行概括，让学生很容易记住。最后通过诸如数字无线电、雷达、生物指纹系统和Digital Speaker等典型应用实例来组织讨论和讲解，使学生对本课程产生强烈兴趣。

2)布置综述论文，提高学生写作水平

开学第一堂课，我们会布置一项课后作业，要求学生在四周之内，上交一篇与数字信号处理相关的综述论文。经过四届学生的实践，感觉这个课外作业非常重要。首先通过综述论文作业这个环节引导学生去搜索有关数字信号处理方面的知识，积累相关素材;在积累素材的基础上，了解综述论文的写法;通过自己动手写，真正体会到论文的写作方法和写作流程等。写完之后，学生们会有一种觉得自己也可以写论文了的成就感。对于学生交上来的每一篇综述论文，我们都会进行认真细致地评阅，指出不足，再将评阅结果返还给学生，最后在课堂上集中交流以分享大家的成果。

3)课堂教学灵活多样，调动学生兴趣

针对课程内容特点，对一些基本原理和基本方法的推导和证明，我们采用学生自己预先推导与教师课堂板书相结合的授课方式，在板书时会留足时间方便学生充分领会;而对于一些需要形象理解、图示举例以及演示的内容，比如冲激的形成、卷积和、傅立叶级数的分解、周期信号到非周期信号的演变等，我们则充分利用多媒体教学方式，利用声音、图像、视频、动画和Matlab软件仿真等多种形式进行互动教学。这样灵活多样的教学形式既形象又生动，充分调动了学生的学习兴趣。

4)“主题式+分组讨论式”教学

“主题式+分组讨论式”教学，即提取合适的主题，让学生分小组进行主题讨论的教学方法。其最重要也是最困难之处在于如何提取最合适的主题?一般来说，主题应该具备以下条件:①一定要体现课程的内容，绝非无中生有;②是学生很感兴趣的话题。只有学生产生浓厚的兴趣，才有可能愿意在课外花时间去探索;③最好是能贴合当前实际的。

经过几年的积累，这门课程我们已有近20个主题可供讨论，而且还在逐年增加，因为我们在布置主题给学生时，还要求学生发挥主观能动性去发掘更多的主题。对于主题，我们还进行了分类，比如重叠保留法和重叠相加法为纯概念性的主题、DFT的应用等为应用性主题、ARM和DSP的异同之处为对比性主题。根据不同分类的主题，我们采用不同的讨论方式，有些只是小组讨论后给全班汇报就行，有些是采用小组讨论后再全班集体讨论，有些是小组讨论后再各小组辩论等。我校一个班级通常是64人，每个班通常分成8个小组或10个小组(小组数目以偶数比较好，便于辩论)。

“主题式+分组讨论式”教学，大大地提高了学生的参与度。整个过程，包括主题的产生，主题相关资料的查询、资料的整理、小组的讨论、小组的辩论以及主题的汇报等等，学生都是自己积极主动地参与的。全程均以学生为中心，教师只是组织者、指导者、帮助者和促进者。

3 课外学习

对于“数字信号处理”课程来说，如果只是单纯在课堂上靠教师来讲授是根本不可能学好的，在课外，还有大量的学习需要跟上。我们上面叙述的写作综述论文和主题式讨论等绝大部分工作都是在课外完成的。

除此之外，我们还有一个重要的课外作业，那就是以不超过三人为一个小组，每小组在期末之前上交一个有关数字信号处理的作品。作品形式要求并不严格，无论软件作品或硬件作品都行，这样可以使学生有极大的发挥空间。通过我校生物医学工程09级至12级学生的实践，效果非常好。通过设计作品，学生们大大提高了查阅资料能力、创新设计能力和解决问题能力。从学生们上交的作品可以看出，很大一部分是优秀的。许多学生在做作品过程中所付出的努力，让教师深受感动。