数字信号处理教学模式改革

作者:未知

  摘要:《数字信号处理》课程的教学非常困难。根据“新工科”人才培养的要求,课改改变了以往传统的教学模式,在教學内容、教学模式、考核方式等方面实行了一系列的探索与改革。课改结果表明,新方法有助于提高教学质量,同时也能激发学生的学习兴趣,有利于学生综合素质的提高。
  关键词:教学改革;教学模式;考核方式
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)21-0098-02
   《数字信号处理》作为电子信息工程专业的必修课程,在电子信息领域的重要作用也被越来越多的其他研究领域所认同。然而,该课程理论性很强,概念抽象,公式繁多,推导复杂,涉及工程数学、高等数学等多门基础数学课程和信息类课程的相关知识。该门课程对一些未开设与信息系统相关课程的院系,要想在短期内学好该门课程,难度可想可知。从我院目前开设的状况来看,学生普遍存在学习困难、考试成绩不理想、实际应用能力弱的问题,显然,这样的尴尬处境与“新工科”的教学要求有着巨大差距,这就需要作为教师的我们要尽快找出教学中的短板,从授课形式、教学方法、实践环节、考核方式等方面从新进行设计,切实做到以“学生为中心”,以培养学习兴趣为主要出发点,逐步消除差距,提升教学的质量,真正做到产学研应用的紧密结合。
  针对《数字信号处理》课程在实际教学中出现的问题,本次课改更加贴近实际,更好地适应“新工科”教学要求,主要从教材知识体系梳理、课程教学模式设计以及课程考核体系设计三个方面着手,并通过近1学年的实践,取得了较好的教学效果。
  一、知识体系的梳理
  《数字信号处理》课程具有理论性强、高度抽象、用到的相关基础知识多等特点,学生普遍反映该门课难于理解和掌握,教师教起来较困难。该课程开设初期,主要是为电子信息类的学生而设置,并且在该课程开设之前,前期基础课程如《信号与系统》已开设,学生在学习时已有了一定的基础,加之学时充足(基本都是48学时以上),因此学生在学习时遇到的阻力较小,学习起来相对容易。但是,随着该课程的应用不断广泛,我院一些传统工科专业如电力系统自动化、自动化也将该门课程纳入学生学习之列,期望学生通过该门课程的学习,初步掌握数字信号处理技术在工业场景中的应用,以使学生能够适应现在用人单位对人才的需求。然而,受制于专业整体课程规划及学时的限制,目前该门课程的开设学时少(仅32学时)、如何在短学时内将该门课程的知识点讲解到位,需要对知识点进行重新梳理。通过反复对比分析,将该门课程的知识点分为三大类:基础类知识、理论类知识以及应用类知识。知识点划分的结果将是制定后续教学环节设计的重要依据。
  二、教学模式的设计
  对于不同的知识点,由于其性质不同,因此在教学模式上的设计也应有所区别。在本次教改中,结合本院系已开的一些专业基础课以及数学课程的开设情况,本课改设计教学模式由三个环节构成:即课前、课中以及课后,每一环节,分别设计了学生以及教师的任务分工、学习内容以及教学方式,引导学生课前预习、课后讨论复习,切实做到以“学生为中心”的教学理念,通过对教学内容的精心设计,引导学生全程参与整个教学环节,形成教学的闭环。为了保证上述教学过程的顺利完成,在实际操作过程中,每一类知识点的各个步骤的实施分为五个阶段进行,即任务分配、教学规划、教学实施、检查以及自我评价五个阶段,每一阶段的重点工作内容及教学内容如下:
  (一)任务分配阶段
  该阶段主要根据项目目标进行任务分解,项目组每一成员根据项目分工完成相应的工作;同时,在此阶段还要将参与项目的学生进行分组,分组时根据能力水平协调搭配,每一小组选出组长,学生以小组的形式共同完成任务,要求学生在这一过程中相互协调,彼此探讨,分工合作。
  (二)教学规划阶段
  该阶段的主要任务是对教学内容的重点、讲授方式以及任务设置进行规划,规划过程中既要考虑学生的专业特点,也要考虑课程特点,在设计教学案例或学生任务时,做到与专业课老师保持密切联系,多倾听专业课程教师的意见,将课程知识点内容与专业问题相结合,力争使学生达到学以致用的目的,提高学生的学习兴趣。在该阶段,还需梳理课程的关键点和重点,并用微课的形式展现给学生,帮助学生利用现代化教学手段进行课程的学习或复习。
  (三)教学实施阶段
  教师根据设计的教学计划对各知识点进行讲解,讲解过程重点以案例教学为主,通过基本知识的讲解,引导学生利用所学知识解决实际问题,培养学生的融会贯通能力和解决实际工程问题的能力。
  (四)检查阶段
  学生在任务完成后,教师要检查其完成情况,同时要与学生一起对任务解决的合理性以及技术路线进行分析。这一阶段也相当于学生的复习阶段,不但能够及时发现学生学习中的不足,同时还可以起到知识再巩固的作用。检查学生任务的手段主要以学生汇报为主,每组不论是学生个人独立完成的任务,还是以小组为单位的合作探究结果,均以小组为单位展示给教师,被教师选中的典型案例要在全班展示。成果汇报或展示时要注意公平性,尽量为每位成员提供参与机会,改变少数同学“事不关己”的消极态度。鼓励同学在课下将汇报过程进行录像,供同学反复观摩。这种考核方试,将对学生的语言组织能力、表达能力、身心素质的提升有极大的帮助作用。
  (五)评价阶段
  在检查完毕之后,教师要与学生一起交流讨论,对学生的项目反馈情况作出分析与评价。评价由学生自我评价、小组评价、教师评价组成。小组评价侧重于学生的心得体会;教师评价通过全面综合的分析,总结各小组的优缺点,找出存在的问题以及解决办法。教师后期可根据评价的结果,调整教学内容,修改教学视频,控制教学进度,对典型教学案例进行总结、完善。
  三、考核评价体系的建立   本次课改中,考核评价体系的建立以加深学生专业知识、提高专业技能为目的,充分调动学生学习的积极性,提高教学效果。因此,设计的课程教学评价体系主要由以下四个方面构成:(1)学习过程性评价;(2)学习参与状态的评价;(3)学习成果的评价;(4)学习效果的评价。学习过程性评价由学生自评、同学互评和教师点评三点构成;学习过程性评价占总评价的30%。学习参与状态的评价对出勤与纪律、答疑、課程讨论、个性化学习模块参与度等方面的内容进行考核。学习参与状态的评价占总评价的20%。学习成果的评价主要参考点包括活动过程、小组合作、研究方法及过程、内容、成果展示、展示效果等方面。学习成果的评价占总评价的30%。学习效果的评价包括兴趣、知识和认知、认真程度、与他人合作、竞争意识等,学习效果的评价占总评价的20%。
  四、试点改革
  基于上述教改思路,本课程自2015年起,选取我院电气工程专业作为试点对象。由于该专业拥有普通班和“卓越工程师班”,在试点实施时,分别对普通班和“卓越工程师班”的教学采用传统方式和教改中所提的方法进行教学,且为了保证试点的公平性,两种教学方式每年都交替进行(即若本年普通班采用传统教学方式,则下一届的普通班采用教改中所提的方法),经过近三年的教学试点发现,当采用传统的教学方式进行教学时,无论是普通班还是“卓越班”的学生,其仅能对部分基础理论有所了解,一旦给予他们一个特定的工程实践项目,要其利用课程中所讲授的知识点去解决问题,便发现他们很难推动项目向前发展,或是解决问题的过程不完整。而采用本教改中的教学方法后,学生的分析问题能力、建模设计能力、前沿工具的使用能力以及解决实际工程问题的能力都得到了有效提高。通过试点结果的分析可知,本次课改由于设计了能使学生全程参与的环节,因此学生的学习能力、解决问题的能力得到了较好的训练,这为今后的学习打下了基础。
  参考文献:
  [1]韦钰,石蕴玉,曾国辉.新工科背景下的电气工程专业实践教学模式探究[J].中国现代教育装备,2017,(277).
  [2]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).
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