□郁佳佳 左 梅

一、引言

對于電子信息類專業(yè)的學(xué)生，《數(shù)字信號處理》課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的基本概念、基本分析方法已經(jīng)滲透到了自動控制、圖像處理、語音信號處理、生物醫(yī)學(xué)等眾多工程領(lǐng)域。為了能使學(xué)生加深對課堂理論知識的理解，課程實驗是不容忽視的環(huán)節(jié)，只有將理論知識應(yīng)用到實踐中去，才能真正鍛煉學(xué)生在處理應(yīng)用問題方面的工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力，才能真正鞏固課程教學(xué)的效果。

TRIZ理論，由蘇聯(lián)傳向世界的一種創(chuàng)新方法學(xué)，是由前蘇聯(lián)阿奇舒勒等專家針對上百萬件專利文獻進行反復(fù)討論、研究，最終提煉總結(jié)出來的，現(xiàn)在旨在激勵人們在處理問題時打破思維定式，擴展創(chuàng)新思維能力，以新的視覺去分析問題[1]。在亞洲尤其是創(chuàng)新教育較為普及的一些國家，越來越多的高等院校將TRIZ理論進行推廣和普及。我國國內(nèi)一些知名院校如清華大學(xué)、西安交大等高校也陸續(xù)開展TRIZ相關(guān)課程研究，從中領(lǐng)會創(chuàng)新思維的內(nèi)涵，用于指導(dǎo)教學(xué)實踐活動[2]。TRIZ理論現(xiàn)已形成完整的理論體系：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，尤其是對于工科類專業(yè)的課程教學(xué)具有較強的指導(dǎo)意義。

因此，本文擬通過在《數(shù)字信號處理》實驗教學(xué)中引入TRIZ理念，運用TRIZ創(chuàng)新原理，分析實驗教學(xué)中存在的問題，并提出具體建議和舉措。如何加強實驗內(nèi)容的創(chuàng)新性，如何提高學(xué)生在實驗課堂中的參與度，如何培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維和實踐能力，是值得探索的問題。

二、《數(shù)字信號處理》實驗教學(xué)存在的問題

(一)學(xué)生人數(shù)多，實驗設(shè)備數(shù)量少?！稊?shù)字信號處理》課程實踐教學(xué)目前主要依托于校內(nèi)已經(jīng)購置的DSP教學(xué)實驗平臺，實驗項目主要有模擬信號發(fā)生器、模擬調(diào)制解調(diào)實驗、FFT離散傅里葉變換實驗、FIR數(shù)字濾波實驗、IIR數(shù)字濾波實驗等，實驗總課時一般為16課時，與理論課相比課時偏少。由于前期資金投入的不足，導(dǎo)致校內(nèi)現(xiàn)存的實驗設(shè)備不足甚至落后。學(xué)生在進行實驗時，往往因?qū)嶒瀮x器設(shè)備與元器件等的限制而放棄一些有創(chuàng)新性的設(shè)計，挫傷了學(xué)生實驗及研究的積極性。

(二)實驗?zāi)Ｊ焦潭▎我??！稊?shù)字信號處理》目前的實驗內(nèi)容較為單一，每一組學(xué)生重復(fù)相同的實驗，驗證性、演示性實驗偏多，缺少較全面的綜合設(shè)計性實驗，更沒有創(chuàng)新性實驗，學(xué)生在實踐過程中普遍提不起學(xué)習(xí)興趣，也缺乏團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

(三)實驗考核過程較松。相比較理論課堂，實驗學(xué)時比重較低，學(xué)生對于實驗課程的重視程度較低，會降低對自身的要求。加之實驗教學(xué)往往以大班或大組的形式組織開展，教師對每個組別的考核標(biāo)準(zhǔn)往往比較模糊。

三、《數(shù)字信號處理》實驗教學(xué)應(yīng)用TRIZ理論的策略

(一)更新課堂教學(xué)模式——以動態(tài)原則為基礎(chǔ)。要提高學(xué)生對《數(shù)字信號處理》實驗課程的重視程度，提高其學(xué)習(xí)積極性，必須調(diào)整DSP理論課程的課堂教學(xué)模式。教師要以TRIZ理論中的“動態(tài)原則”為改進基礎(chǔ)，打破以往以理論知識滿堂灌的陳舊枯燥的教學(xué)模式，除了必要的理論知識點的講解之外，更要注重課堂的實踐性和趣味性，教師可借助一些輔助手段對一些難懂的理論比如卷積、傅立葉變換等進行演示和說明。例如，MATLAB，作為目前主流的信號分析和仿真設(shè)計軟件，教師可以充分利用其強大的計算能力和編程可視化的特點，在相應(yīng)的知識點之后有針對性地設(shè)計相應(yīng)的MATLAB仿真小實驗，可以在仿真演示中讓學(xué)生對一些抽象的理論知識有較為直觀的了解，提高課堂效率。在《數(shù)字信號處理》課程中很多的理論計算公式和濾波器的設(shè)計在MATLAB中都可以找到相應(yīng)的函數(shù)和模型實現(xiàn)，從而加強課程內(nèi)容的實踐性，開拓學(xué)生的專業(yè)視野。

(二)創(chuàng)新實驗實踐內(nèi)容——根據(jù)預(yù)先作用原則。以往的固定、單一的實驗?zāi)Ｊ剑處熤v解實驗原理和實驗步驟，學(xué)生只是被動接受，按部就班地進行實驗操作，學(xué)生缺乏思考的過程，也普遍沒有熱情進行進一步的創(chuàng)新活動。久而久之學(xué)生的創(chuàng)新意識沒有得到適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮，學(xué)生分析問題和解決問題的能力也沒有得到應(yīng)有的鍛煉和提升。要從根本上解決這些問題，需要教師多下功夫，根據(jù)TRIZ理論中的“預(yù)先作用原則”，提前設(shè)計多樣的實驗實踐內(nèi)容，從改革實驗教學(xué)內(nèi)容入手，在原有的DSP實驗教學(xué)課程體系基礎(chǔ)上，簡化驗證性實驗，增加設(shè)計性實驗和綜合性實驗，鼓勵學(xué)生參與實驗方案的設(shè)計與改進，鼓勵學(xué)生在實驗中積極提出問題、解決問題，讓學(xué)生能真正參與其中，一方面可以避免實驗報告的雷同，實驗中充滿較多未知，能激發(fā)他們的熱情，另一方面在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的同時，鍛煉了其實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。例如，在《數(shù)字信號處理》中，“IIR”和“FIR”數(shù)字濾波器的設(shè)計作為該課程知識中的重要內(nèi)容，并且是工程性、實踐性最突出的部分，既是理論課程的重點又是實驗內(nèi)容的重要組成。在布置實驗內(nèi)容時，可讓學(xué)生自主選擇不同類型或者不同功能的濾波器，如切比雪夫濾波器、橢圓濾波器、高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器等，要求學(xué)生利用MATLAB對含有不同頻段噪聲的信號進行濾波器仿真設(shè)計，根據(jù)仿真濾波效果最終確定出最佳的濾波器的設(shè)計方案。通過虛擬仿真讓學(xué)生探究理論算法的實際應(yīng)用，將知識講授與實踐演練緊密銜接，不但可以突出本學(xué)科的專業(yè)性，同時也進一步深化了學(xué)生對課堂知識點的理解，增強了學(xué)生的工程實踐意識。

(三)突出團隊協(xié)作——按照分割組合原則[4]。在安排一些綜合性強、工作量較大的實驗設(shè)計環(huán)節(jié)中，教師可充分運用TRIZ理論中的“組合原理”和“分割原理”，以實驗項目小組為單位組織學(xué)生進行實驗，鼓勵學(xué)生以團隊合作的方式來進行綜合實驗設(shè)計。在規(guī)定每組人數(shù)之后由學(xué)生自愿進行組合，團隊成員之間可以進行知識共享與交流。為了確保每個組員都應(yīng)當(dāng)在自己的項目組中作出自己應(yīng)有的貢獻，實驗小組成員應(yīng)當(dāng)有角色劃分，如項目主管、硬件工程師、軟件工程師等角色，學(xué)生可根據(jù)自身情況進行自由選擇。通過小組間成員的分工合作、討論問題、解決問題，小組成員的學(xué)習(xí)、創(chuàng)造與知識共享的積極性將被大大提高。在小組實驗中適度地參與不均衡性也屬正?，F(xiàn)象，比如項目主管在整個小組里擔(dān)當(dāng)主導(dǎo)者的角色，相對承擔(dān)的任務(wù)會稍微多些。在后期的考核過程中可予以適當(dāng)考慮。

(四)優(yōu)化考核模式——按照多維原則[4]。在實驗環(huán)節(jié)項目化基礎(chǔ)之上，教師在考核每個實驗項目時，可根據(jù)TRIZ創(chuàng)新方法中的“多維原理”，通過多角度進行綜合成績評定。針對數(shù)字信號處理實驗課程的特點，采用“多維”考核模式：平時成績占20%(包括出勤、課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度)、項目完成占30%(包括系統(tǒng)方案設(shè)計、計算機仿真和硬件電路設(shè)計等)、項目驗收占30%(包括團隊自評、互評和指導(dǎo)教師評價)、實驗報告占20%。教師可根據(jù)項目課題難度可微調(diào)項目完成和項目驗收權(quán)重，考核內(nèi)容較全面，又兼具層次性，增強了學(xué)生對實驗過程的重視，促進學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)和實驗素養(yǎng)的提高。

四、結(jié)語

《數(shù)字信號處理》課程是面向電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)的實驗?zāi)Ｊ焦潭▎我?、缺乏團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)以及考核不嚴(yán)等弊端，結(jié)合TRIZ創(chuàng)新方法，從創(chuàng)新課堂教學(xué)內(nèi)容、突出團隊協(xié)作、優(yōu)化考核模式等方面進行探索和研究，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力。