项目驱动式教学在信号分析与处理课程中的实践

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　　摘 要 算法实践与应用是“信号分析与处理”课程教学活动中的重要环节，传统的教学过程中存在学生理论应用能力差、实践创新教学内容少、学生解决问题能力差等问题。针对相关问题，对信号课程的教学内容、教学过程、课程实验、评价考核进行深入的探讨和研究，运用项目驱动式教学模式，提升了学生理论应用水平和自主创新能力，对提升学生在工程实践中应用理论知识的能力有着极大的促进。
　　关键词 项目驱动 信号处理 教学实践
　　中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.06.045
　　Practice of Project Driven Teaching in the Course of Signal Analysis and Processing
　　WEI Dong， ZHANG Zhao
　　（School of International Finance & Banking， University of Science and
　　Technology Liaoning， Anshan， Liaoning 114051）
　　Abstract Algorithm practice and application is an important link of teaching activities on the signal analysis and processing. There exist some problems in traditional teaching practice， students theory application ability is poor， less practice teaching content， the issue such as difference of students' ability to solve the problem. According to related problem， teaching content， teaching process， curriculum experiment， evaluation of the course of signal analysis and processing have been deathly discussion and research. Project driven type teaching mode was used in teaching practice， and the students' ability of application of theoretical knowledge in engineering practice has a great promotion.
　　Keywords project driven； signal processing； teaching practice
　　“信號分析与处理”课程是一门理论性较强的课程，强调培养学生的理论分析能力和工程实践能力，在测控技术与仪器专业的人才培养目标中起着重要的作用。课程系统介绍信号分析、处理的基本概念、原理、技术、方法，与“自动控制理论”等课程配合，共同构成关于信号与系统的完整的工程科学基础。
　　算法实践与应用是“信号分析与处理”课程教学活动中的重要环节，它可以提升学生的理论应用能力和实践动手能力。传统的教学过程中存在学生理论应用能力差、实践创新教学内容少、学生解决问题能力差等问题。[1]课题组充分分析了测控技术与仪器、物联网工程等专业的行业岗位需求，据此对专业人才培养目标和课程教学大纲做了针对性修改，在教学模式中注重体现对工程素质和实践能力的培养，在课程中引入项目驱动式教学并取得了良好效果，提升了学生理论应用水平和自主创新能力，对提升学生在工程实践中应用理论知识的能力有着极大的促进。
　　1 信号分析与处理课程教学面临的问题
　　（1）教学内容偏重理论分析，不重视实践应用。教材内容侧重理论分析和推导过程，对理论应用于实践的内容讲述不足，课程内容对学生缺乏吸引力，未能导入贴合学生接触层面的前沿技术动向和工程应用案例。（2）学生缺乏主动学习意识，自主学习能力较弱。教师作为课程主体是传统教学过程的核心，教师完全主导教学内容，学生无法决定具体讲授什么内容，在灌输式的教学过程培养下，学生逐渐习惯于被动接受，对主动学习完全没有概念。（3）学生实践能力差，难以独立解决问题。实验环节中，教师指导学生的过程中大多针对某个具体地知识点，而且受实验时间的限制不能给学生足够的独立思考时间，多数都是以验证实验结果为主，学生解决问题和分析能力难以得到锻炼。（4）教学模式缺乏创新，没有有效的教学互动。课堂教学中教学内容往往是教师根据教材章节顺序设计，对教材内容的使用缺乏创新性，教学环节中学习效果反馈机制不健全，无法与学生产生有效的沟通互动。（5）考核评价体系不完善。课程考核中多采用笔试为主要形式，以考试成绩作为评价学生最终成绩的主要标准，而实践学习效果评价和考核所占比重低，且对学生的应用能力和创新能力缺乏有效评价。
　　2 项目驱动式教学的特点
　　项目驱动式教学与传统式教学方法不同，它要求在实际教学过程中必须发挥学生主观能动性，使得理论学习与实践能够有机结合。[2]项目驱动式教学以学生为中心、以项目为载体、以成果为驱动、以实际情景为学习环境，在学校环境下尽可能模拟企业项目的开发流程。教师组织和引导学生在教学过程中自主研究，通过积极投入实际项目任务的设计和开发，学生可以深入理解所学专业知识，并充分了解相关知识的实际应用。[3]
　　项目驱动式教学与任务驱动教学方法不同。“任务驱动”教学法，是教师或者学生根据某一个教学环节或内容的要求，以完成具体任务为线索，把教学内容融入到设定的任务中，通过教师的指导或则学生自主提出解决问题的思路和方法，并进行实际设计或操作以完成相应的任务。[4]它更细化到某一技术环节，相比项目驱动式的整体性略差。项目驱动教学模式更注重课程教学内容的综合性和完整性，应当以实际工程项目需求为基础，组织学生建立项目小组，分工协作完成项目，达到学以致用的目的。项目驱动式教学特点包括以下几方面： 　　（1）教学内容方面：以完成具体的项目内容为基本要求，不限于个别知识点的介绍和考查，以具体的项目要求布置相应的任务，由学生分组合作完成，通过项目完成的过程使学生不断提高知识应用能力。
　　（2）教学方法方面：注重教师的引导，强调学生自主学习能力，教师不提供完整解决方案和实现方法，而是使学生根据项目需求主动学习，分析问题解决问题，使学生实现从学会到会学的转变。
　　（3）能力培养方面：不仅需要注意学生实践能力的培养，还要培养学生的创新精神和团队合作精神。学生项目的完成过程中，学会独立思考问题、探索合作解决问题。教师则引导他们进行讨论和交流，在合适的时候给出意见和建议，使学生学会分工协作，锻炼团队合作意识。
　　（4）指导思想方面：项目驱动式教学的指导思想应是以学生为中心。项目小组组建后，项目调研、确立方案、任务分解和设计、实际制作与调试以及结题报告的完成，都应由学生为主导自主进行，教师仅仅做适当的指导，让学生完全自主，可以使学生的创新实践能力和团队协作能力得到充分锻炼。同时，要注意根据学生的个体情况差异进行个别指导，真正因材施教，在实践教学过程中注意形成双向互动。
　　3 项目驱动式教学的实践
　　3.1 项目内容的确定与设计
　　项目内容的合理设计是取得良好教学效果的关键环节，项目内容既要涵盖理论知识又要和工程实际应用结合，所选的项目内容来源于生产实际需要或模仿实际需求，以实际生产过程为中心，选取具有典型性和案例型的项目任务。针对项目任务的具体需求，教师帮助学生逐个分析项目中的重点难点问题，教师先为学生具体演示实验操作方法和步骤，增加学生直观感受，同时为项目教学建立相应的学习情境，以便提高学习热情和效率。
　　项目分解也是非常重要的一个环节，每个项目子任务都要与相应理论知识对应，任务设计和理论知识学习可以同步进行，学生在做项目的过程中加深对相应知识的理解。以信号分析与处理课程为例，课程讲授的内容主要包括：连续时间信号的频域分析、离散傅里叶变换（DFT）及FFT快速算法原理及应用、模拟滤波器设计、IIR数字滤波器及FIR数字滤波器的设计等。结合学校行业背景和专业特色，选取机械设备振动信号分析、流行歌曲人声信号消除等为项目内容，要求完成信号频谱分析、特定频率成分筛选、快速算法计算量对比等工作。
　　3.2 项目驱动教学法实施方案
　　项目驱动教学法中，用项目把整个教学内容贯穿起来，授课顺序根据项目所需的知识点组织单元教学，所需基本知识和能力穿插在各子任务过程中完成。教师在课堂授课时，演示整个信号的获取和处理过程，让学生熟悉各个环节的组成，体会不同处理后的效果，引起学生兴趣，然后介绍每种处理用到的知识，将整个项目进行分解。具体实施过程中分为以下几个阶段开展：
　　（1）确定项目小组。根据教师拟出的一个或数个可供选择的项目或来自学生的想法所形成的项目，与学生讨论、确定项目的目标和任务，学生根据各自擅长的领域和分工自发组成项目小组，每组成员3～4人，内部协商确定小组负责人，在教师给出的项目中选择教学项目，并与教师确认所选项目的具体要求及评价标准。
　　（2）制定工作计划。由项目小组制定工作计划，确定工作步骤和程序，明确任务分工和要求，确定任务完成时间点。
　　（3）组织项目实施。项目小组安排完分工任务后，小组成员协作或独立完成项目，具体工作步骤和程序由小组负责人安排和掌控；实施过程中，教师做好指导工作，侧重于引导学生自己思考和解决问题，而不能直接提供完整解决方案。
　　（4）阶段汇报与进度展示。与实际项目开发过程相对应，教学项目研发的评价和考核也应根据项目进展同步进行，各小组按期完成阶段性目标，教师定期组织项目交流，对项目进展和出现的问题进行分析讲解。
　　（5）撰写结题与总结报告。整个任务完成后，每个学生撰写总结报告，小组撰写项目结题报告，教师组织答辩，听取学生对项目情况的介绍并做出评价。
　　3.3 课后拓展提高与考核监督
　　设计过程的各阶段，教师都应监督学生设计完成情况和小组各成员的表现情况。结题时教师根据立项时确认的项目任务书，考核项目完成情况，给出评价结果和成绩，并提出针对性的改进意见和建议。项目考核的重点是系统设计的功能是否实现，并以答辩的形式就项目中的问题对学生进行考核。考核和评价采用综合方式进行，主要包括：（1）项目过程表现评价。根据学生在小组中的作用，所负责任务的具体完成情况，与小组成员的协作情况，对学生表现进行评价。（2）文档撰写质量评价。项目文档的撰写需要贯穿整个项目，各个阶段的项目进展均以文档形式體现，根据学生提交的文档，评价学生文档撰写是否规范，文档是否齐全。（3）项目完成情况评价。采用答辩的方式对学生的整个项目进行评价，完成效果是否达到设计目标。（4）团队合作情况评价。每个学生对自己小组其他成员参与项目的情况做出评价，教师通过过程监督和答辩等环节对学生合作情况进行评价。
　　4 结语
　　高等工程教育应当体现工程本质，项目驱动式教学符合工科专业人才培养目标，能够充分体现以学生为本、以培养目标为核心，对学生的工程实践能力培养具有极大的促进作用。通过信号分析与处理的课程教学实践表明，项目驱动式教学以学生为主体、教师为主导、项目为主线的教学方式，能够将教学内容与生产实际需求相结合，将课堂的理论知识与实际项目需求相结合，促使学生在项目研究过程中提升自身实践能力和水平。
　　基金项目：本文系辽宁科技大学创新创业专题教改项目（GJ18YB04）的研究成果
　　参考文献
　　[1] 廖庆敏，贾历程，王宁章，等.基于项目驱动的实验教学中心建设[J].实验技术与管理，2017.34（9）： 215-217.
　　[2] 贺伟，李凤.基于项目驱动式教学的《Java面向对象程序设计》课程实践[J].计算机产品与流通，2019（1）：263-264.
　　[3] 李利，陈刚，田雪莲.项目驱动在“数字信号处理”课程教学中的应用[J].实验室研究与探索，2015.34（12）：168-170.
　　[4] 胡劲松，张亮，黄海军.项目驱动的启发式教学在软件工程课程中的应用[J].计算机工程与科学，2016.38（S1）： 228-231.
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