王 斐 沈 森 吳景艷

河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 河南洛陽 471003

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)下的數(shù)字信號處理教學(xué)模式探索

王 斐 沈 森 吳景艷

河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 河南洛陽 471003

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是我國高等教育體制改革的要求，課程教學(xué)模式改革是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要課題。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩方面對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)下數(shù)字信號處理課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索，優(yōu)化教學(xué)方法時遵循了教師是主導(dǎo)、學(xué)生是主體、實踐是核心、雙語是手段的原則。

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)；教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；教學(xué)方法優(yōu)化；數(shù)字信號處理；教學(xué)改革

數(shù)字信號處理相關(guān)理論在工科各專業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如何進(jìn)行該課程的教學(xué)改革以培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新意識與能力是高校教學(xué)改革的核心。[1]近年來，課題組根據(jù)該課程特點，緊緊圍繞拓寬學(xué)生專業(yè)口徑、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的理念優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，以科技創(chuàng)新教育理念貫穿教學(xué)和實踐全過程。教學(xué)實踐表明，將優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力密切結(jié)合，有效提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)了學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 數(shù)字信號處理課程特點

數(shù)字信號處理涉及通信、自動化、信息等眾多專業(yè)，是學(xué)生從事相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)研究和應(yīng)用的必備基礎(chǔ)。該課程研究離散時間信號處理的基本概念、原理與方法，涉及很多數(shù)學(xué)分析與變換過程，理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式和證明推導(dǎo)多，課堂教學(xué)內(nèi)容繁多枯燥[2]，不少學(xué)生存在懼怕心理，缺乏學(xué)習(xí)興趣。隨著教學(xué)學(xué)時的大幅壓縮，教學(xué)內(nèi)容多和教學(xué)學(xué)時少的矛盾日益突出，這極大地影響了教學(xué)效果，無法滿足高校創(chuàng)新型科技人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)下的教學(xué)探索

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

選擇教學(xué)內(nèi)容時，在繼續(xù)講授基本原理、概念、方法的基礎(chǔ)上，采取了精選課堂教學(xué)內(nèi)容，精簡定量分析計算，精簡繁雜習(xí)題，加強(qiáng)新內(nèi)容和新方法的拓展引入，加強(qiáng)課堂教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新意識和發(fā)散思維的培養(yǎng)，并加強(qiáng)學(xué)生利用本課程理論和方法解決工程實際問題的能力訓(xùn)練。通過相關(guān)內(nèi)容的精簡和加強(qiáng)，避免了通常模式下灌輸大量具體知識的填鴨式教育，突出了對學(xué)生分析問題、解決問題的能力培養(yǎng)。例如，在講解快速傅里葉變換(FFT)內(nèi)容時，突出強(qiáng)化其基本思想和如何減少運算量、如何由基本理論實現(xiàn)計算機(jī)編程以及如何根據(jù)實際需求選擇合適FFT算法的內(nèi)容，淡化精簡了分裂基FFT和離散哈德萊變換(DHT)等內(nèi)容[3,4]；在講解IIR和FIR數(shù)字濾波器設(shè)計內(nèi)容時，突出加強(qiáng)其與MATLAB的融合應(yīng)用內(nèi)容，淡化模擬濾波器設(shè)計繁雜計算的內(nèi)容；另外，教學(xué)中還跟蹤最新的信號處理技術(shù)，補(bǔ)充增加多采樣率數(shù)字信號處理內(nèi)容，結(jié)合工程項目對學(xué)生進(jìn)行工程應(yīng)用訓(xùn)練。

近年來的教學(xué)效果表明，以數(shù)字信號處理基本理論、算法及實現(xiàn)方法為主線，以其與新技術(shù)和工程實踐問題的結(jié)合應(yīng)用為擴(kuò)展，這一教學(xué)內(nèi)容選擇思路既保證了數(shù)字信號處理基本理論、算法及實現(xiàn)方法的傳授，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，尤其是學(xué)生掌握了工程問題的解決思路和方法，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識，有力地促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 優(yōu)化教學(xué)方法

如果說優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)活動的骨骼和肌肉，則優(yōu)化的教學(xué)方法就是教學(xué)過程的靈魂和核心，也是貫徹培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力這一最終目標(biāo)的核心。在教學(xué)內(nèi)容的組織和教學(xué)方法應(yīng)用上，課題組遵循了如下原則：

2.2.1 教師是主導(dǎo)

教師在熟練掌握教學(xué)內(nèi)容的前提下，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和已經(jīng)傳授內(nèi)容的掌握情況，將基本理論、算法和重點內(nèi)容精心提煉后傳授給學(xué)生，使學(xué)生掌握每一個知識點和相關(guān)問題的分析思路。在講授課堂內(nèi)容時，精心設(shè)計案例，盡量采用案例教學(xué)，從工程中存在哪些問題、問題如何引出、問題如何解決等方面入手，循序漸進(jìn)，條分縷析，最后再進(jìn)行啟發(fā)總結(jié)，使學(xué)生領(lǐng)會教師教授的知識和方法，提高學(xué)生認(rèn)知思維能力和創(chuàng)新能力。

2.2.2 學(xué)生是主體

如何充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，也是課程教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵。教學(xué)的根本出發(fā)點和最終歸宿是以學(xué)生為主體，應(yīng)設(shè)法提高學(xué)生的主體意識，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。教師在教授課程之前，應(yīng)預(yù)先深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，關(guān)心學(xué)生對該課程的疑問，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)中的困難。授課中應(yīng)根據(jù)學(xué)生具體情況靈活運用啟發(fā)式、討論式促使學(xué)生廣泛深入?yún)⑴c到教學(xué)過程中，突出其主體地位，借助案例設(shè)計，將理論內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合，鼓勵學(xué)生主動思考、勤于總結(jié)，啟發(fā)學(xué)生用工程化思想去解決問題、分析結(jié)果，激勵學(xué)生在理論課學(xué)習(xí)和實踐討論中運用發(fā)散思維提出問題、解決問題，并幫助其梳理思路，激發(fā)其綜合運用課程理論進(jìn)行創(chuàng)新活動和撰寫科研論文，從而逐步培養(yǎng)其科技創(chuàng)新意識，提高其科技創(chuàng)新能力。

2.2.3 實踐是核心

鑒于數(shù)字信號處理課程具有抽象程度高、理論性強(qiáng)的特點，教學(xué)過程中，我們遵循理論算法講解是基礎(chǔ)，案例實踐是核心的原則。古語云：凡事百聞不如一見，百見不如一練。為了提高綜合教學(xué)效果，不但要精講理論，更要加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生實踐動手能力和解決實際問題能力的訓(xùn)練，調(diào)動學(xué)生參與工程實踐和教師的工程科研項目，充分提高其興趣和積極性，并訓(xùn)練其撰寫科研報告的能力。例如，吸納學(xué)生參與到某引信項目和某舵機(jī)系統(tǒng)辨識項目以及某彈載計算機(jī)項目的信號處理環(huán)節(jié)中，讓其參與和體會如何運用所學(xué)理論解決工程實踐問題，考慮如何選擇硬件系統(tǒng)并在硬件系統(tǒng)上完成信號處理方法的軟件實現(xiàn)。通過參與這些實踐環(huán)節(jié)，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其體會到學(xué)習(xí)效果和快樂，而且激發(fā)了學(xué)生參與科研項目和進(jìn)行科技創(chuàng)新的積極性。

2.2.4 雙語是手段

高等教育的發(fā)展趨勢為教育方式國際化和人才培養(yǎng)綜合化，雙語教學(xué)是推進(jìn)高等教育國際化和高校教學(xué)改革的一項有力措施。在專業(yè)課中開展雙語教學(xué)，可以全面提高課程教學(xué)質(zhì)量，是當(dāng)前教學(xué)改革關(guān)注的重點，課題組在教學(xué)中對此也給予了高度重視。通過將數(shù)字信號處理理論知識和英語相結(jié)合，鼓勵學(xué)生用英語思維方式思考問題、分析問題和解決問題，從而加強(qiáng)學(xué)生的英語應(yīng)用能力和英語思維方式的培養(yǎng)，以拓寬學(xué)生的國際化視野。例如，在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容難易程度，選擇相應(yīng)的英語授課比例。對簡單的內(nèi)容，則以英語教學(xué)為主；重要定理和難點要點，則采用英語講解、漢語闡述的方法。鼓勵學(xué)生上課討論，全面提升學(xué)生交流能力；布置課外仿真專題，增強(qiáng)學(xué)生自主探索和查閱外文文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)能力。

3 結(jié)束語

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是現(xiàn)代高校的首要任務(wù)，課程教學(xué)模式的探索是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的基礎(chǔ)，優(yōu)秀人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在于課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的優(yōu)化。近年來，課題組以數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革和探索為契機(jī)，以提高課程教學(xué)質(zhì)量為核心，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，積極探索在數(shù)字信號處理課程中培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的模式。教學(xué)實踐效果表明，這些嘗試和探索顯著提高了數(shù)字信號處理教學(xué)效果，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[1] 范慧慧,朱軍.圍繞課程的創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念和實踐[J].中國大學(xué)教學(xué),2010(5):39-43.

[2] 高西全,丁玉美.數(shù)字信號處理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

[3] 蔡超峰,姜利英.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革初探[J].中國電力教育,2013 (2):102-103.

[4] 卜凡亮,趙守國,王鎖柱.數(shù)字信號處理課程研究型教學(xué)改革與探索[J].計算機(jī)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，碩士，講師。吳景艷，碩士，講師。

河南科技大學(xué)教改項目——創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)下的數(shù)字信號處理教學(xué)模式探索(編號：JG2011008)。