張曉俊 吳迪 肖仲喆 孫寶印 陶智

摘 ? 要：《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》是電子信息類專業(yè)的研究生核心課程，為了改變本課程起點(diǎn)高、難度大、學(xué)習(xí)困難等現(xiàn)狀，本文提出了一種結(jié)合問題式學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PRB）和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PRB）的P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)新方法，并對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)評價(jià)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革探索，通過實(shí)踐表明，本方能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學(xué)成效，值得進(jìn)一步推廣。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代數(shù)字信號處理 ?問題式學(xué)習(xí) ?項(xiàng)目式學(xué)習(xí) ?教學(xué)改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0189-03

隨著通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子、現(xiàn)代工業(yè)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為推動(dòng)現(xiàn)代科技發(fā)展的重要應(yīng)用技術(shù)之一。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課程為蘇州大學(xué)碩士點(diǎn)“檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置”的核心專業(yè)課程，該課程與現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域的很多前沿問題和現(xiàn)代控制技術(shù)理論有很強(qiáng)的相關(guān)性，特別是人工智能、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)技術(shù)。如圖1所示，本課程的講授內(nèi)容諸如隨機(jī)信號分析、濾波技術(shù)、功率譜估計(jì)、時(shí)頻分析與小波變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，已廣泛應(yīng)用于諸多信息類前沿學(xué)科領(lǐng)域[1-6]。相對于本科課程《數(shù)字信號處理》來說，該課程對學(xué)生數(shù)學(xué)要求更高，涉及高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等諸多基礎(chǔ)課程，由于攻讀碩士學(xué)位學(xué)生來自于不同的院校，甚至有的學(xué)生本科階段還缺乏數(shù)字信號處理基礎(chǔ)，對課程的知識點(diǎn)理解有一定的難度，所以在實(shí)踐過程中講授的難度較大。

為了改變本課程起點(diǎn)高、難度大、在授課過程中學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)較困難等情況，本課題對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)評價(jià)等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行改革探索，改變原來的“老師負(fù)責(zé)講完，學(xué)生負(fù)責(zé)聽完，學(xué)期結(jié)束考完”的傳統(tǒng)靜態(tài)教學(xué)模式，提出了基于P2BL模式的動(dòng)態(tài)教學(xué)新方法[7-8]，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識并著重培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的實(shí)踐應(yīng)用能力，為今后的研究性課題工作的開展提供鍛煉機(jī)會(huì)。

1 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式

問題式學(xué)習(xí)（PBL）旨在結(jié)合課程的講授內(nèi)容，通過學(xué)生自己提問題、回答問題、查資料并通過討論來解決問題的一種全新學(xué)習(xí)方式。問題式學(xué)習(xí)教學(xué)法是以問題為導(dǎo)向的教育方式，與傳統(tǒng)的課堂教師教授傳授知識為主的教學(xué)法有很大不同，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過學(xué)生的自主探索和研究去解決設(shè)定的問題，理解和掌握隱藏在問題背后的理論知識和科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)解決問題的能力和自主學(xué)習(xí)的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）把整個(gè)學(xué)習(xí)過程分解為具體的教學(xué)課題，據(jù)此來設(shè)計(jì)教學(xué)思路，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)如何解決實(shí)際問題的能力。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》是理論性很強(qiáng)的一門課程，為了能讓學(xué)生掌握好基礎(chǔ)知識，對理論有深入理解，在教學(xué)環(huán)節(jié)中側(cè)重基礎(chǔ)教學(xué)，同時(shí)對重要理論進(jìn)行深入挖掘。采用P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)方法，課程中安排豐富的案例和實(shí)踐課題，從實(shí)踐中提高能力。如通過解決實(shí)際問題，使學(xué)生對理論部分有系統(tǒng)性的理解，為研究生今后獨(dú)立承擔(dān)課題奠定基礎(chǔ)。同時(shí)也會(huì)依據(jù)同學(xué)們興趣，增加學(xué)生自主選題環(huán)節(jié)，更好的實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，提高研究生學(xué)習(xí)對本課程的學(xué)習(xí)熱情。

本課題將結(jié)合《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》研究生課程的具體建設(shè)目標(biāo)，把P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)新模式應(yīng)用到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和教學(xué)實(shí)踐中，著重過程式學(xué)習(xí)，并為最終的教學(xué)評價(jià)提供依據(jù)。讓學(xué)生不僅僅是課程的受眾者，更是課程的參與者和設(shè)計(jì)者，通過最終的教學(xué)反饋，完善《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，將為課程的后續(xù)建設(shè)和發(fā)展提供有益的幫助。

2 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式教學(xué)方法

本次課題主要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)評價(jià)等四個(gè)方面進(jìn)行，努力不斷革新前沿性教學(xué)內(nèi)容、探索P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)方法，教學(xué)模式體系如圖2所示，具體內(nèi)容如下。

（1）基于問題式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課程內(nèi)容豐富，如果在授課過程詳細(xì)講解每一個(gè)知識點(diǎn)，推導(dǎo)每一個(gè)公式，必定無法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。為此在教學(xué)過程中在充分考慮授課內(nèi)容的系統(tǒng)性基礎(chǔ)上，采用基于問題式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)方法，做到側(cè)重基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)、面向應(yīng)用，采取“以點(diǎn)帶面”的授課方法，即重點(diǎn)講授核心原理，擴(kuò)展其他知識。

（2）基于問題式學(xué)習(xí)（PBL）的多元化教學(xué)形式。

《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》內(nèi)容抽象且學(xué)時(shí)較少，需要充分利用板書教學(xué)和幻燈片教學(xué)的各自優(yōu)勢，解決學(xué)時(shí)不足的問題。此外采用MATLAB軟件進(jìn)行基于問題式學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)，采用案例演示的方法，將繁瑣的推導(dǎo)過程形象化，用仿真手段直接得出重要結(jié)論，可以大幅度降低理解問題的難度，提高學(xué)習(xí)效率。

（3）基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)實(shí)踐方式。

將項(xiàng)目課題引入到授課過程，不僅可以提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)工程實(shí)踐意識;而且通過講授實(shí)踐過程，使學(xué)生初步掌握科研實(shí)踐規(guī)律，增加理解知識的深度和廣度，達(dá)到“為我所學(xué)”和“學(xué)以致用”的目的。通過基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的實(shí)踐課題，讓學(xué)生感受和學(xué)習(xí)到課題所涉及項(xiàng)目開發(fā)的全部細(xì)節(jié)，提高學(xué)生獨(dú)立分析和解決工程問題的能力。

（4）改革教學(xué)評價(jià)模式，強(qiáng)調(diào)過程性學(xué)習(xí)評價(jià)。

將教學(xué)評價(jià)分為理論教學(xué)評價(jià)、實(shí)踐教學(xué)評價(jià)，期末考試評價(jià)三大類，突出實(shí)踐教學(xué)評價(jià)的比重，強(qiáng)調(diào)過程化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生摒棄期末“臨時(shí)抱佛腳”的思維，通過評價(jià)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，真正促進(jìn)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。

3 ?P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式教學(xué)方法實(shí)踐

本課題以蘇州大學(xué)2018級檢測技術(shù)與自動(dòng)化碩士專業(yè)為試點(diǎn)，開展了P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。通過組建現(xiàn)代數(shù)字信號處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)，確定了與課程知識點(diǎn)密切相關(guān)的研究項(xiàng)目課題，如表1所示。隨后在授課過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)著重基于這些知識點(diǎn)進(jìn)行講授，以MATLAB實(shí)例為基礎(chǔ)，讓學(xué)生從實(shí)例中理解所涉及相關(guān)原理，幫助學(xué)生盡快融入課題，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上就相關(guān)知識點(diǎn)開展研討。在期末舉辦了課程課題項(xiàng)目匯報(bào)活動(dòng)，讓學(xué)生就所選擇的課題進(jìn)行15min左右的匯報(bào)展示，重點(diǎn)講述課程所學(xué)習(xí)的理論方法以及在課題上的具體應(yīng)用。隨后教學(xué)團(tuán)隊(duì)老師逐一進(jìn)行打分，點(diǎn)評，作為其實(shí)踐教學(xué)成績，同時(shí)將課題材料列入《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫。

4 ?結(jié)語

本課題將P2BL動(dòng)態(tài)教學(xué)模式導(dǎo)入到研究生課程《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》教學(xué)中，完善課程體系，從傳統(tǒng)的以教為主轉(zhuǎn)換到以學(xué)為主的新理念，并可將研究成果推廣到其它的相關(guān)研究生課程中去，促進(jìn)檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè)建設(shè)。同時(shí)將團(tuán)隊(duì)建設(shè)思想融入到具體課程建設(shè)中，每位專業(yè)任課老師結(jié)合自身專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)行課程模塊的專題性講授工作，建設(shè)《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》課題案例庫，共同來完成課程的教學(xué)目標(biāo)，推進(jìn)創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才的培養(yǎng)，可為其他高校相關(guān)專業(yè)的課程建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 王秋生， 袁海文，崔勇.《現(xiàn)代數(shù)字信號處理》的教學(xué)研究與實(shí)踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版， 2009，22（4）：77-80.

[2] 高遠(yuǎn)，袁海英，吳艷. 現(xiàn)代數(shù)字信號處理課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2012（16）：93-94.

[3] 歐先鋒，李宏民，羅百通，等.現(xiàn)代數(shù)字信號處理課程建設(shè)與改革探索[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（1）：85-87.

[4] 莫建文，歐陽寧.現(xiàn)代數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革探索[J].大眾科技，2017，19（209）：85-87.

[5] 陳純鍇，關(guān)雪梅，徐妮妮，等.現(xiàn)代數(shù)字信號處理研究生課程教學(xué)案例庫建設(shè)[J].高師理科學(xué)刊，2018，38（2）：80-83.

[6] 丁文飛，孫會(huì)楠，趙建新.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在《數(shù)字信號處理技術(shù)》課程中的應(yīng)用——以語音信號為例[J].高教學(xué)刊，2017（17）：95-97.

[7] 李慎剛，趙文，康玉梅.基于OBE理念的PBL教學(xué)法設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2019（1）：71-72.

[8] 劉廣平，陳立文，李嫄.境外基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式研究述評[J].高等建筑教育，2014，23（4）：44-50.