混合式教学在数字信号处理课程中的应用

刘倩

摘要：针对数字信号处理课程在教学过程中存在的问题，在教学内容、实验设置、考核方式和信息化建设等方面对课程进行改革。首先，通过优化教学内容，绘制课程知识体系，明确课程中重点难点知识，其次，完成实验层次化的改革，通过项目化实验，提高对知识的掌握程度，最后，通过改革考核方式和信息化建设，完成传统教学和网络教学的优势结合，既发挥了教师的指导作用，又提高学生的积极性和创造性。

关键词：混合式教学;数字信号处理;信息化建设

中图分类号：G434        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）26-0147-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Aiming at the problems encountered in the course of digital signal processing， the reform in term of teaching content， experiment setting， and assessment method and information construction is carried out. Firstly， the key and difficult knowledge of the course is proposed by optimizing the teaching content and drawing the curriculum knowledge system. Secondly， the reform of the experimental hierarchy is completed and it improves the mastery of knowledge through project experiments. Finally， through the reform of assessment methods and information construction， the combination of traditional teaching and network teaching is completed， which not only plays a guiding role for teachers， but also enhances students' enthusiasm and creativity.

Key words： Blending Teaching ;digital signal processing; information construction

傳统的教学模式，教师是教学的主体，学生是被动的学习者和接收者。传统的教学模式忽视了学生才是学习的主导者，损害了学生的学习积极性。随着信息化技术的高速发展，国内外教育工作者努力寻求新的教学模式，混合式教学应运而生。混合式教学模式将传统教学模式和信息化教学模式结合，既能发挥教师的启发，引导，监督作用，也能引导学生主动积极地学习。

《数字信号处理》[1-3]作为通信与电子信息类的专业核心课程，需要前期课程的知识储备，如高等数学、复变函数、概率论、信号与系统等，而且是后续课程如图像处理的基础课程，所以在通信类专业中具有重要地位。但是《数字信号处理》是以算法为基础，导致其概念抽象、公式推导复杂、内容枯燥难理解、可视化差，使学生在课程的理解和应用上具有一定的难度。针对上述问题，自2016年起，本学院通信工程专业开始实施课程综合改革，改革结合该门课程的特点及学生培养目标，对该门课程分别从教学模式、实验教学、考核方式、信息化建设等方面进行改革。

1 课程的教学现状及存在的问题

1）概念晦涩难懂

通信类专业开设该门课程，需要学生掌握数字信号处理的基本概念及原理，但是课程中的很多概念学生都很难掌握和透彻理解，如频谱、采样、FFT、滤波器的设计等等，晦涩难懂的概念导致学生不能积极主动的学习该门课程。

2）教学内容与实践脱节

该门课程的主要内容有频谱变换、滤波器设计等，但课本知识大多是以公式推导为主，涉及与工程实践结合的内容很少，导致学生对该门课程的理解停留在数学公式推导上，而不能真正地理解如何将课程内容应用在生活实践中。

3）实验内容单一

实验内容主要以MATLAB仿真为主，涉及Z变换、零极点分析、FFT、滤波器设计等数字信号处理的关键内容。实验以验证性实验为主，而且对MATLAB软件的使用需要一定的基础，导致学生不主动思考，易照搬课本或同学程序;还有，实验结果以图片形式出现，学生并不能很好的用理论解释结果，不能感受到与实践工程的联系，导致学生无法学以致用。

4）考核方式重结果轻过程

传统考核方式过于单一，通常通过卷面考核的方式完成对学生的考核任务，而卷面内容局限于教材中的理论知识，缺乏对学生工程实践能力、分析解决实际能力以及团队协调能力等综合职业素质的考察[4]，造成学生对课程过程和实践环节关注度不够，无法督促学生积极主动学习。

5）信息化建设程度不高

课程以传统教学方式为主，教学活动集中在课堂教师的“教”上，不能体现学生在“学”上的成果[5]，并且在课堂过程中对学生提供的教学资源有限，导致学生对所学知识掌握不够深入，课堂的互动不够，不能将遇到的问题随时反馈和解决，势必影响到学生学习的积极性和信心。

2 课程模式教学内容及措施

2.1 优化教学内容

本学院选取的是西安电子科技大学出版社高西全的《数字信号处理》，课本内容基础，讲解简单且思路清晰，但很多学生往往抓不住重点，习惯性的去记忆一些变换的性质及推导过程，导致面对具体问题，采用哪些方面的知识来解决时，束手无策。笔者针对这一问题，再依据通信专业学生培养目标，根据《数字信号处理》课程知识，绘制课程的知识体系图，如图1。

在课堂讲授过程中，依据知识结构图中的重点难点详细介绍，并通过讨论的方式，引导和鼓励学生针对某一特定的信号处理或其他通信问题，结合自己的知识发表看法或见解。例如，在介绍滤波器时，让学生结合其他课程所学，分析滤波在DTMF中的应用。通过互动式教学，激发了学生的学习积极性，并调动了课堂的气氛，大大提高了教学效率，使学生在自己探索问题的过程中，实现学与用的结合。

2.2 实验内容改革

为了解决实验内容单一，教学、实验与实践脱节的问题，根据课本内容，实施分层次的实验教学模式，如图2所示。

实验分为三大模块，基础模块，其中包括数字信号处理的基本运算、卷积运算、零极点分析等;提高模块，包括FFT、FIR、IIR滤波器的设计等;综合项目模块，包括图像信号的处理、语音信号的处理、医学信号处理等。其中，在卷积运算中，并非只用MATLAB的自带函数完成结果，而是需要设计一个动态的过程演示整个卷积运算，激发了学生学习的主动性;而要完成综合设计模块的实验，需要具备综合的信号处理知识，并适合团队合作，具有一定的挑战性。实验的分层次设计，使学生在实验操作设计过程中，完成理论知识的学习，加深课本知识的理解，并培养学生对问题的探索能力，提高学生的组织能力和加强学生的团队合作意识。

2.3 考核方式改革

课程考核内容、方式需多样化。课程的考核评价体系包括平时成绩和过程性考核成绩中，并适当增加过程性考核的比重。平时成绩由课堂出勤率、课堂回答问题情况及课堂项目参与情况等方面进行评定，而过程性考核成绩由课后作业、实验项目的完成情况、团队项目合作完成情况及阶段性课堂在线测试成绩等综合评定。通过逐步将考核侧重点向过程性考核转变，督促学生积极主动的学习。团队项目任务分配至各小组后，各小组人员自主分解任务，考核时需综合考察整个小组的任务完成情况、各个学生对待任务的态度及其表现、各个学生在任务中发挥的作用等方面，并加入小组互评环节，增加学生团队合作意识和集体荣誉感。

2.4 加强课程信息化建设

充分利用学校的网络教学平台，共享教学资源，将教学计划、教学内容、自学任务和课后作业等及时发布，提高学生的自主学习能力。教师主动与学生进行网络互动，在网络教学平台建立答疑讨论区，并利用QQ、微信等信息化交流工具，及时了解、解答学生在学习工程中遇到的问题，随时掌握学生的学习状况，根据课堂在线测试结果，及时调节课程内容，重点介绍大多学生不能理解掌握的部分，调整课程的授课进度，帮助学生更好地完成课程知识。教师也需要在授课的同时，不定期對教学内容进行维护，不断更新课程拓展知识，保证知识新颖、先进，内容翔实、完备，实现教学平台内容的动态化。

3 结语

数字信号处理的混合式教学模式在实际教学过程中取得了良好的效果，学生能够理解课程中复杂烦琐的公式在实际中如何应用，能够从解决问题的角度来学习课本知识，并能够积极主动将所学知识与实践相结合。如何增加创新型实验的内容，提高学生的动手能力，更好的激发学生的创造性，是后续需要解决的问题。

参考文献：

[1] 杨智明，彭喜元，俞洋. 数字信号处理课程实践型教学方法研究[J]. 实验室研究与探索，2014，33（9）：180-183.

[2] 李继猛，谢平，江国乾，等. 基于目标驱动的数字信号处理课程模块化教学改革[J]. 教学研究，2016，39（4）：60-64.

[3] 代萌，徐灿华，夏军营，等. 本科生与研究生数字信号处理课程差异化教学模式分析[J].医疗卫生装备，2018，39（5）：87-89，102.

[4] 张晓娟. 从应用型人才培养谈《数字信号处理》的教学改革[J].山西电子技术，2018（2）：17-20.

[5] 陈一平. 信息化教学背景下大学生课堂学习的激励[J].教育与职业，2014（8）：179-180.

【通联编辑：王力】