“自主学习+点授”式数字信号处理课程教学

付建梅，张雪英，任国凤，荀燕琴

“自主学习+点授”式数字信号处理课程教学

付建梅1，张雪英2，任国凤1，荀燕琴1

（1. 忻州师范学院 电子系，山西 忻州 034000；2. 太原理工大学 信息与计算机学院，山西 太原 030024）

结合电子信息专业人才培养需求以及当前数字信号处理课程教学改革研究现状，针对当前数字信号处理课程传统课堂教学活动存在的困惑与不足，提出了“自主学习+点授”式的创新实践教学新思路．该教学模式构建了课前预习总结、对分课堂、线上辅导、Matlab作业及实验、章节思考与实践关联总结等环节构成的创新实践教学体系．通过挖掘学生对知识和能力的需求出发，从预习疑问入手，引导学生的自主学习兴趣，以具体案例实践为加固措施，锻炼学生综合运用知识和解决问题能力，实现专业培养目标．通过3年的课堂教学改革创新实践，在学生的学习质量以及学习兴趣的提升方面有较大的提高．

数字信号处理；自主学习；点授；教学改革

2019年教育部《关于深化本科教育教学改革，全面提高人才培养质量的意见》中在严格教育教学管理方面指出鼓励和引导学生刻苦学习，着力提高教育教学质量．通过加强课程体系的整体设计，深化创新教育改革，提升学生创新能力和创新意识．目前，国内高校工科本科教育存在的问题：（1）学生虽忙碌，但其效果多数是欠思考、无目标、无总结的；（2） 课堂重理论，轻实践，理论课程与实践课程脱节，并且工科课堂对知识点细节讲授较深，而知识点间联系以及与科技产品的衔接较少；（3）重视个人学术能力，团队协作能力缺乏；（4）学生自主学习能力严重不足，对教师的依赖性较大．因此，越来越多的院校对工科教育的关注度呈显著上升趋势[1-2]．

数字信号处理课程是电子信息科学与技术、通信工程等专业开设的专业基础课，是培养学生以时域离散信号和系统为研究对象，掌握信号的采集、傅里叶和Z变换、分析处理以及滤波器的设计等能力，并应用于其它专业课程和工程技术中．本课程的理论性和实践性都很强，基本原理和数学方法抽象，实际运用又灵活．按照常规课程的课堂教学和学习方法难以将二者有效融合，而达到人才培养的目标[3]．因此，在创新型人才培养目标下如何有效组织数字信号处理课程的教学内容，提高学生的专业实践技能是值得深思的问题之一[4]．

自2017年起，忻州师范学院对该课程的教学手段和教学方式进行了一系列改革，提出“自主学习+点授”式创新实践教学模式．采用了课前学生撰写预习总结、课堂讲授与讨论并存的对分课堂、课后线上辅导、Matlab作业与实验、课后章节总结与实践技术关联的综合方法．提升学生对该课程的重视度与学习的扎实度．培养学生独立思考、分析和解决问题的能力．

针对高等学校工科教育中数字信号处理课程的教学现状，本文提出了采用课前学生撰写预习总结、课堂讲授与讨论并存的对分课堂、课后线上辅导、Matlab作业与实验、课后章节总结与实践技术关联的综合模块教学模型．根据该教学模型，让学生在接触当前时代电子产品技术的引领下，培养学生对知识探索的主动性，在解决实际问题中学习，并通过提出问题，探讨、分析和解决问题中掌握知识，从而提高学生的综合素质[5-7]．

1 构建教学体系，明确培养目标

教学改革的首要任务是教学体系和培养目标的构建，明确教学内容的调整和教学方式的改变，将知识的理论教学和实践有效地融合．数字信号处理课程模块化教学体系的构建见图1．

图1 课程教学体系与培养目标

数字信号处理课程的教学体系由理论教学和实践教学组成．其中理论教学由五大模块构成，分别为理论与先验知识、时域离散信号与系统、DFT/FFT、系统网络结构和滤波器的设计；实践教学主要集中在项目设计与实施、Matlab作业中．在理论和实践两大教学中，安排5种教学方式，完成“自主学习+点授”的教学过程．

数字信号处理课程的培养目标由知识目标、能力目标和情感目标构成（见图2），通过5种教学方式的相互作用，完成目标的培养[8]．知识目标包含信号时频域的分析、系统网络和滤波器设计，通过该目标使学生对课程的基本知识进行系统地学习．能力目标包含信号处理基本能力、信息获取能力和独立思考分析能力，培养学生采用仿真软件进行信号分析的能力和通过网络等媒介探索知识的能力．情感目标包含团队合作能力、沟通能力以及树立长远目标能力[9]．在项目设计实践过程中，通过团队合作，培养学生的合作能力和沟通能力．

图2 培养目标组成

2 “自主学习+点授”教学改革模式

数字信号处理“自主学习+点授”式创新实践教学改革模式的核心是通过教学各个环节安排，有效结合教师点授与学生的自主学习，教学过程灵活．将知识点在学习——思考——实践——思考——学习的过程中巩固，既提升学生的积极主动性和教师的教学热情，又可以培养学生的分析问题和解决问题的能力．

数字信号处理“自主学习+点授”式创新实践教学改革模式与混合式教学最大的区别是真正做到以学生的自主学习为主，将“点授”过程贯穿于预习总结、对分课堂、线上答疑+Matlab实验和作业以及课后思考总结中，对部分知识点以及知识提纲层面进行教学，将“教”的过程不只局限于课堂中．淘汰了课程内容中部分知识的枯燥讲解，转换为学生的自学，在一定程度上有助于培养学生的科研能力[10]．

教学内容和教学手段的组织策略见图3．

图3 教学内容和教学手段的组织策略

2.1 预习总结

数字信号处理课程内容具有抽象性的特点，在课堂教学中易枯燥，极易造成学生精神不集中，思维走神、游离等状态．因此，预习总结是提升学生专注力的第一把钥匙．课前，学生对下节课程内容做预习，并将内容以提纲的形式列出，对教学内容做概括总结，并找出难点和疑点．

2.2 对分课堂

图4 序列和的线性卷积

在演示的过程中，学生直观地对该抽象理论知识有了较深的理解，达到巩固掌握该知识内容．同时，教师对该堂课程内容涉及的技术点与常用电子产品或者科学研究进行关联，激发学生对科学研究的热情．对分课堂在整个教学过程中发挥着重要作用，既解决了学习中疑难问题，又将学生引入学习的下一阶段．

2.3 线上答疑与Matlab实验、作业

理论教学中课堂时间有限，学生在课后作业、运用Matlab和CCS软件过程中遇到的问题在学习平台中提出，教师进行线上答疑．通过教学方式的调整和教学手段的多样化，将学习贯穿在任何时间、任何地点中，帮助学生及时消化巩固关键知识点，使学生掌握知识点的衔接关联，提高实验数据的分析处理能力．该过程在数字信号处理“自主学习+点授”式创新实践教学改革中起到了关键作用，并与对分课堂的安排相辅相成．

2.4 课后思考与总结

完成课堂任务和课后作业后，需对所学知识点进行归纳总结．思考时下热门电子产品、搜索相关科研课题、查阅相关技术前沿知识等，并思考其与所学内容的关系．通过该流程，培养学生的科研兴趣和查阅文献资料的能力．

3 教学考核方式及教学反馈

3.1 考核方式

为提高学生的综合能力，激发学习兴趣，培养创新实践能力，数字信号处理“自主学习+点授”式创新实践教学改革模式的考核形式采用多环节综合评定方式．该课程最终成绩由理论学习成绩和实践学习成绩构成．

理论学习成绩由平时成绩（40%）+期末考试成绩（60%）构成．其中平时成绩由预习成绩（10%）+课堂表现成绩（10%）+作业成绩（10%）+线上表现成绩（10%）构成．试卷的命题以教学大纲为基准，以教学中的重点内容为核心，覆盖每一章节知识点，注重实际运用，理论联系实际，从而实现培养目标的各种能力．

实践学习成绩由预习报告（20%）+操作成绩（50%）+实验报告（30%）构成．实践课程重点培养学生的动手操作能力、解决问题能力、团队合作能力和基本的科研素养．因此，实践学习成绩中操作成绩占据主要分数，而预习报告和实验报告重点考查学生的数据分析能力．

3.2 教学反馈

为检验教学改革的效果，分别在教学改革前和教学改革后的2届学生中进行了教学改革成果评价的调查．调查统计见表1．

表1 教学改革前后调查统计 （%）

由表1可知，通过教学改革后，学生对理论知识巩固、课堂教学活动满意度、实际操作能力、发现和解决问题能力、团队合作能力、科学研究兴趣、书本和实际应用关联度7项内容均有所提升．其中90%以上的学生认为实际操作能力、团队合作能力和与实际应用关联度改革效果明显[5]106．

4 结语

针对目前工科教育中数字信号处理课程教学活动中存在的问题与困惑，提出了“自主学习+点授”式创新实践教学改革新模式．该改革将传统课堂中灌输知识转变为学生主动探索知识，搭建了理论教学和实践教学的教学体系，明确了由知识目标、能力目标和情感目标组成的培养目标．调整教学方式，采用相辅相成的模块化教学．传授学生理论知识的同时，注重培养学生的综合素养，并取得了显著效果．

[1] 李继猛，谢平，江国乾，等．基于目标驱动的数字信号处理课程模块化教学改革[J]．教学研究，2016，39（4）：61-64

[2] 赵力慧，魏善春．拒绝“勉强”走向“学习”——基于佐藤学教授学习理论的反思[J]．教学研究，2019，42（6）：11-15

[3] 丑永新，刘继承，钟黎萍，等．“数字信号处理”课程实践化教学改革[J]．电气电子教学学报，2019（6）：77-79，85

[4] 陈鑫，吕林海．学习者视角下的混合式教学现状分析——基于N大学的实证研究[J]．教学研究，2019，42（5）：8-15

[5] 田巧云．先学后导数学教学模式探究[J]．数学学习与研究，2020（7）：106

[6] 李志远．数字信号处理在线课程建设与效果[J]．教育教学论坛，2020（21）：207-208

[7] 彭慧．析翻转的首要条件：自主学习能力[J]．海外英语，2019（2）：154-155，167

[8] 刘军．在现代教育技术下构建开放式、自主学习的教学模式[J]．当代教育实践与教学研究，2019（22）：3-4，13

[9] 单子丹，李云竹．依托“双一流”本科教育的创新创业开放式教学模式研究[J]．黑龙江教师发展学院学报，2020（3）： 40-43

[10] 费晓蕾．基于学生话语权的开放教育翻转课堂教学模式[J]．南京广播电视大学学报，2018（4）：27-30

Teaching of independent learning + point teaching in digital signal processing

FU Jianmei1，ZHANG Xueying2，REN Guofeng1，XUN Yanqin1

（1. Department of Electronics，Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，China；2. School of Information and Computer，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Based on the training needs of electronic information professionals and the current research status of digital signal processing course teaching reform，with the goal of cultivating technology application ability and innovation ability，in view of the confusion and deficiencies existing in the traditional classroom teaching activities of the current digital signal processing course，an independent learning + point teaching type of new practical teaching ideas．This teaching model constructs an innovative practical teaching system consisting of pre-class summary，pad-class， online lessons，Matlab assignments and experiments，chapter summary and practice association summary．By digging students′ needs for knowledge and abilities，starting from previewing questions，guiding students′ autonomous learning interest，strengthening knowledge points and difficulties，and using specific case practice as reinforcement measures，training students′ ability to comprehensively use knowledge and problem solving abilities，and enhance teamwork of students to achieve professional training goals．After three years of classroom teaching reform and innovation，it has achieved great results in terms of the improvement of students′ learning quality and learning interest．

digital signal processing；autonomous learning；point teaching；teaching reform

TN911.72∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.10.016

1007-9831（2020）10-0073-05

2020-04-07

山西省教课规划课题（GH-17053）；山西省高等学校教学改革创新项目（J2019174）；教育部“产学合作，协同育人”项目（201702091017）；山西省忻州师范学院教学改革项目（JGYB201914）

付建梅（1987-），女，山西吕梁人，讲师，硕士，从事数字信号处理、语音信号处理研究．E-mail：379554284@qq.com