提升 “数字信号处理”课堂教学质量的探索与实践

陈月芬 孙运旺

摘 要 文章针对地方性、应用型高校本科学生在“数字信号处理”课程学习中存在的问题，提出和实践了基于“课前—课中—课后”的全课堂教学方法，通过精心裁选章节，导入趣味性学习案例，发挥项目驱动、问题导引和小组学习的优势，监督和预警学生学业等措施，激发学生的学习主动性和积极性，提升课堂教学质量。

关键词 课前课中课后 项目驱动 问题导引 学业预警

中图分类号：G424文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.01.036

Research and Practice to Enhance "Digital Signal

Processing" Classroom Teaching Quality

CHEN Yuefen， SUN Yunwang

Abstract For local， application-oriented college students in "Digital Signal Processing" course of study in the problems， propose and practice based on the "pre-class - in class - after school，" the whole classroom teaching methods， carefully cut through selected chapters import interesting case study， play project-driven， issue guidance and group learning advantages， student academic monitoring and early warning and other measures to stimulate student initiative and enthusiasm to enhance the quality of classroom teaching.

Key words pre-class - in class - after school; task-driven; issue guidance; academic warning

0引言

“数字信号处理”是通信工程专业、电子信息工程专业以及其他电器和信息类专业的一门重要的专业基础课。在我校电子信息工程专业的课程体系中，“数字信号处理”起着承上启下的作用——“上”承“信号与系统”、“电路原理”等课程，“下”启“DSP原理与应用”、“通信原理”等课程。专业所面向的就业岗位，如嵌入式系统工程师和工业控制工程师等岗位都要求有很强的“数字信号处理”理论功底和实践应用能力。①

在传统的教学中，学生普遍能够认识到本课程的重要性，但是由于课程理论性很强，抽象概念较多，且涉及的数学知识非常多，②③④而就目前我校学生的现状来说，学生数学基础相对比较薄弱，学习本课程有一定的难度，加上实验课时较少，导致学生产生怕学、厌学情绪，出现上课玩手机、睡觉、甚至逃课等违纪现象，学生消极学习、被动学习的现象普遍存在。这严重影响了应用型地方高校学生培养的质量，也影响了大学生身心的健康成长。

为了帮助学生系统地理解和掌握课程的基本概念、基本原理和基本分析方法，充分锻炼学生综合应用所学知识独立解决实际问题的能力和工程实践创新能力，深入贯彻全面推进素质教育，强化工程教育的精神要求，必须对本课程的教学内容、教学手段、实践教学、课堂教学模式和考核方式进行相应的改革。笔者在多年从事“数字信号处理”教学的基础上，针对传统教学的不足，紧扣应用型地方高校学生培养目标，提出和实践了基于“课前—课中—课后”全课堂教学设计方法，取得了较好的教学效果。

1 课堂教学改革

课堂作为学生掌握知识和技能的主要途径，是教学改革的基础单元，也是检验教学改革成败的首要试验场。大学教学改革的有效性最终都要由课堂教学效果这块试金石来检验其成色。因此课堂教学方法和手段的设计与实施是教改中关键的最后一公里。课堂的核心环节是“教”和“学”、保障环节是“管”。使课堂的“教、学、管”成为有机整体，成为教学实施中的一体三面是课堂教学方法和手段研究的意义之所在。传统课堂教学模式，学生正襟危坐，面对教师，聆听教诲，其思维和交流能力不能被最大程度地开发和展示。尽管现在随着新教学思想的深入，老师们已经逐步淡化自己的课堂霸权定位，努力给学生提供发言的机会和展示的平台，但是，在传统课堂氛围下，学生的学习习惯和“愿听不愿说”“愿记不愿议”的思想并没有改变。笔者认为，课堂教学的有效实施并不仅仅局限于课堂一隅，而是一个系统工程，它必定还涉及到课前的准备、导入，以及课后的反馈、总结和练习。因此课堂教学设计与实施必然要从课前、课中、课后三个阶段来阐述。⑤如图1所示为笔者设计的课堂教学模式。

1.1 课前设计与实施

（1）瞄准课程定位、裁选章节内容。从人才培养目标的角度出发定位课程，使学生明确通过学习该课程应掌握的基本知识和基本原理，同时本着以学生发展为本的教学目标，坚持“以人为本、因材施教”的教学理念，以“够用为度、能学为好”的原则实施专业课程的裁量教学。目前可供选择的《数字信号处理》相关教材，都有“内容覆盖全面，理论推导力求详尽”等特点，不完全适合于本专业教学，有必要对所选用教材进行二次加工。笔者选用的教材是程佩青教授编写的《数字信号处理》，内容较为翔实，理论推导详细。在实际教学中，根据课程定位和教学原则，对该教材进行适当的裁选形成适用于本专业的自编讲义，比如对于第四章快速傅立叶变换（FFT）内容的选择，借鉴国外教材由Vinary K.Ingle， John G.Proakis编写的《Digital Signal Processing Using Matlab》，课堂上仅仅介绍简单的基-2算法，并教会学生借助于Matlab函数会使用FFT分析一个信号的频谱，让学生能够理解快速算法的基本思想，同时掌握该工具的应用方法和应用领域等。

（2）导入兴趣情境、激发学习热情。课程组教师在教学过程中发现存在的一个普遍现象是学生上课后仍然心思涣散，难以快速进入学习状态，因此如何吸引学生尽快融入课堂教学氛围是一节有效课堂的良好开端。课前通过一些哲学故事或者相关的视频、图片等可视化资源或者创设一个问题情境作为教学前导，吸引学生的眼球，收束学生注意力及时进入学习状态，激发学生对知识的思考与求知欲望。如在讲授抽样定理时，为了建立对抽样定理的直观理解，并激发学生的探究欲望，在一开始就以“风扇倒转”的视频为例，形象地展现了“信号采样时不满足抽样定理就会出现混叠失真”现象，为后续对抽样定理的理解做好铺垫。

1.2 课中设计与实施

（1）实施小组学习、项目引领教学。遵循“做中学”、“学中做”学习模式，开展项目驱动式的小组学习，即从简单到复杂设置任务项目，每个小组开展讨论、探究，制定项目实验方案，并在规定时间内完成，通过答辩等形式实现小组间的借鉴与互评，使学生在这种学习模式下既学会了知识，又培养了团队协作的能力。

（2）紧扣课堂内容、精心设题巧问。针对小组中不同层次学生，采用螺旋递进分层设级的“设问”方式，驱使全部学生脑袋转起来，手脚动起来（实验项目），从回答问题的被动应承到主动习惯，一步步引导学生完成项目、任务和知识的学习。这就要求问题的设置除了紧贴课堂教学单元外，还要适应不同学生的水平和能力。

（3）突出课程应用、简化理论推导。紧扣应用型人才培养目标，针对课程性质和特点，简化一些繁琐的理论推导，突出课程的实际应用，注重课程之间的相互联系和渗透，理论联系实际。

（4）注重综合实践、层级递进项目。精选实验项目，涵盖基础性、综合性和设计性实验。一方面，在基础实验中重现理论知识，加深对理论知识的理解和巩固，另一方面，通过综合性、设计性实验，培养学生的实践能力和应用能力。

1.3 课末和课后设计与实施

（1）精选课余练习、巩固教学效果。为了使学生及时发现学习中存在的问题并进一步巩固课堂所学知识，课后需要通过一定的练习自我检测。课后习题的选取要难度适中、题型多样、知识点覆盖全面。

（2）加强全程监控、预警差生学业。考核反馈是提高教学质量的重要手段，通过课堂练习并考核、单元练习并考核、期中联系并考核等，做到“时时考核、处处考核”，通过考核让学生的学习状态停不下来。除了设定一些核心考核指标外，增加一些随机指标和可调分值，提升考核的灵活度。在此基础上及时反馈并正确评价学生的课堂行为，使学生了解自己的学习进度、学习成绩以及在实践中应用知识的成效等，能够激起他们进一步学习的热情和动力。 将每一次考核结果情况以曲线图状表示出来并公开，使学生了解本课程的学业动态变化情况。以红、黄、绿来表示三类学生的学业状态。根据每一次考核量化结果和对学生课程内容掌握情况，用红色标示照此下去期末必不及格的学生，用黄色标示有不及格风险的学生，用绿色标示学业良好的学生。通过预警机制，使学生常怀警惕之心，学习过程中能够改弦易辙，及时跟紧学习进度，以改进预警信息。

（3）拓展学习空间、建立第二课堂。在教学模式上，吸收现代信息技术，充分利用多方资源，拓展课堂空间。首先借助仿真软件将死板的数学公式图示化，抽象的概念具体化，静态的知识形象化，从而调动学生的学习兴趣;其次充分利用网络工具，如微信群、QQ群、微博等，构建学生的学习空间和师生互动交流的平台，使之成为第二课堂。将网络空间的学习活跃度作为重要指标纳入课程考核体系中，保障了网络平台得到有效利用。

2结论

本文针对地方性、应用型高校本科学生在“数字信号处理”课程学习中所体现出来的各种问题，提出了一种基于“课前—课中—课后”的全课堂设计理念，并付诸实施，实践表明，从课前的预习、课堂上的学习和讨论到课后练习的巩固，本文教学模式能够充分调动学生的学习积极性，确保课堂教学的效率，从而提升课堂教学质量，提高学生的综合职业能力。

基金项目：“台州市教育科学规划研究课题”（项目编号：GZ15006）

注释

① 陈华，覃玉荣，陈海强.“数字信号处理”课程及教学改革的发展与现状[J].广西大学学报（自然科学版），2007.32：194-197.

② 余颖，肖静，刘树博.数字信号处理课程教学改革的探索和实践[J].东华理工大学学报（社会科学版），2011.30（3）：294-297.

③ 张瑞.数字信号处理课程教学环节的改革研究与实践[J].安徽教育学院学报，2007.25（6）：30-34.

④ 张丽丽，贾亮.“数字信号处理”课程教学的改革与实践[J].中国电力教育，2012（34）：70-76.

⑤ 张民生，石慧.信息技术支持下的课堂教学新模式的探索和研究[J].中国电力教育，2008（260）：70-73.