科技史介绍在数字信号处理课程教学中的作用

林 林

（上海大学机电工程与自动化学院自动化系，中国 上海200072）

0 引言

数字信号处理是高等学校电类专业学生的一门专业课，其教学内容包括傅里叶变换、傅里叶级数、数字滤波器设计、小波变换、MATLAB实现等几部分内容，是一门基础理论与工程实践相结合的课程，这些内容在各类科学与工程技术人才体系培养中占有重要的地位。这门课的概念、原理、方法大都以数学公式的形式表现出来，授课过程中学生经常会感到枯燥、难懂。而目前的教学方法往往更多的注重对专业知识的传授，由教师进行介绍讲解，然后给出结论，教学以学生对专业性知识的理解并能加以应用为目标。大多数教师对课程有关的科技史知识轻描淡写、一带而过，忽视了相关科技知识史对对课程教学的促进作用。如果不能把相关背景和发展脉络在讲授专业知识前介绍给学生，学生在宏观理解、思考方式方面都会出现这样那样的问题。为此，授课教师针对这门课程在教学方法与教学实践方面进行了一些教学改革与探索，下文将介绍教学改革的内容、教学反馈与一些体会。

1 教学改革内容

为了加强教学过程中学生学习的主动性、激发学习动力、培养正确的学习和思考方式以及加深对学习内容的理解，教学改革加强了对数字信号处理课程中所涉及的相关科技史内容的介绍。虽然教材也并没有这部分内容的介绍，但是通过互联网上的维基百科、百度百科等百科网站，以及国外大学中可供下载的数字信号处理课程课件，授课教师将所授课的课件内容进行了丰富，凡是涉及到有相关科技史的内容，都在教学中加以说明与介绍。具体的教学内容与教学方法改革如下：

1.1 科学家成长经历的介绍

科学家之所以可以提出被广泛接受和应用的理论、公式、方法等成果，与他们的成长经历是分不开的。教学改革中添加了对科学家的家庭背景、成长经历、就学学校、对他产生影响的导师这些内容。比如在傅里叶变化的教学中，授课教师介绍了约瑟夫傅里叶因为幼年父母双亡，所以很小便被送入天主教本笃会接受教育，之后考入巴黎高等师范学校，毕业后在军队中教授数学，27岁时他到巴黎高等师范学校教书。这些经历对他后来傅里叶变换的提出起到了关键作用。

1.2 科学成果所在年代的历史背景

获得科学成果所在年代的历史背景也是非常重要的内容。所在历史年代的特殊性给了科学家们特定的环境、氛围、机遇等等，使得他们有机会提出新的理论和方法。比如傅里叶所在的年代是18世纪末，当时正是拿破仑东征时期，傅里叶跟随拿破仑军队东征，被任命为下埃及的总督。由于英国舰队对法国人进行了封锁，所以他受命在当地生产军火为远征部队提供军火。这个时期，他向开罗埃及学院递交了几篇有关数学的论文。1816年他回到巴黎，六年后他当选了科学院的秘书，并发表了《热的分析理论》一文，此文是建立在牛顿的热传导理论的速率和温度差成正比的基础上。

1.3 中外相同历史时期的对比

将中外历史进行对比，更有助于学生展开联想，容易想象和理解科学家所处时代的环境，从而更好地理解学习内容。仍以傅里叶为例，授课教师介绍了从十七世纪中后期到十九世纪欧洲科技史的发展，在数学课中提到的其他数学家，比如牛顿、拉普拉斯、柯西这些人与傅里叶的前后关系。同时傅里叶所在时期是中国的清朝时期，当时中国的情况、科技的发展又是怎样的。这些对比既增加了学生听课的兴趣，又便于他们理解内容。

2 教学反馈与体会

通过对数字信号处理课程引入比以往教学中更多的科技史内容这一探索，授课教师获得了很多正面的反馈，对教学方法改革有了更为深切的体会，积极意义有以下三个方面：

2.1 激发了学生的学习兴趣

科技史方面的介绍明显的激发了学生的学习兴趣。关于科学家具体人物的背景介绍更加吸引学生的注意力，大家会更加专注的去聆听授课教师的课程内容，有时会主动提出问题，讨论科学家的经历对他们发表成果的影响。而且课程当中不断回顾这些科技史的内容，会周期性的刺激学生，将暂时失去注意力的学生重新拉回到课堂上来。

2.2 培养了学生正确的思考方法

科技史的介绍更加清楚的讲清楚了科学家是如何一步一步推演出最终结论的。传统的教学方式直接给出最终的结果、定理、定律，而新的教学方法更加符合科学发展的自然规律，从最初始的一个新想法，一直讲到最终理论的形成。这一思考方法更有利于学生的思考过程。未来学生在自己学习、从事科研活动中，会应用到这些正确的思考方法，更为容易的取得成果，推动科技进步。

2.3 加深了对所学知识的理解

科技史的相关介绍增加了学生的学习热情，让他们有了更为清晰的学习思路，从而获得更好的学习成果。课堂互动、平时测验与期末考试的成绩，都反映出了教学改革之后学生对知识的理解更加深入、透彻，更好的掌握了数字信号处理的许多知识点。学生们也明显对与科学家直接相关的学习内容有更好的记忆力。

3 结论

通过在数字信号处理课程中加入更多的有关科技史方面的介绍，在科学人物、历史背景、中外对比等几方面的改革与探索，学生的学习热情和学习效果有了明显的提高，获得学生的好评，取得了很好的效果。这种教学方法改革同样也可以使用在其他工程类专业课程当中，希望未来可以在不同课程中进步一探索，摸索出更加合理、适用的教学方法。

［1］韩先龙,吕仕儒.浅谈数学史在数学教学当中的作用[J].科技信息,2007(30)：14－17.

［2］杨文海.试析科技史在高等工程教育中的作用[J].高等理科教育,2008(6)：13－15.

［3］胡居荣,曹宁.基于Matlab的数字信号处理研究型教学的探索[J].中国电力教育,2008(18)：67－69.

［4］郑海峰.独立学院《数字信号处理》教学改革思路[J].科技资讯,2010(20)：184.

［5］方勇.数字信号处理-原理与实践[M].2版.北京：清华大学出版社,2010.