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【摘 要】本文分析传统数字信号处理课程教学存在的问题，提出从教材、教学方法、考核方式进行全面改革，贯彻“以问题为中心”的教学模式。
【关键词】数字信号处理课程 教学改革 应用型人才
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）11C-0163-02
数字信号处理是测控技术与仪器专业的一门专业课，理论性和实践性都很强。随着数字技术在测控领域的广泛应用，该门课程的重要性日益凸显。但在应用型高校，教学实践的反馈却不容乐观。学生觉得课程难学，同时学完之后感觉收获不大，不知如何应用。现行教材以及教学方法与应用型人才培养目标的脱节，是产生这一现象的重要原因。基于此，我们对数字信号处理课程的教材、教学模式、考核方式等进行了改革，其目的是探索一套适合学校定位和学生实际的教学方法，使学生能够真正学有所得，学能所用，切实提高课堂教学效率。
一、数字信号处理课程教学存在的问题
在课程教学上，多数应用型高校并未真正厘清与研究型高校的区别，无论是教材选用还是教学方法的采用，都盲目照搬，既没有自己的特色，也不符合自己学生的实际需求。总的来看，存在以下问题：
第一，教学内容理论介绍过多，实践技能介绍偏少。枯燥的理论使部分学生心理上产生为难情绪，而缺少应用技能的介绍，则使学生学完之后不知如何应用，反过来进一步加剧了对课程内容的厌烦，降低了学习兴趣。
第二，教学过程理论论证过多，图像演示过少。数字信号处理实际上是一门实践驱动型的课程，每一个课题都来源于实践，都可以通过信号处理的实际结果来加以说明。通过图像来演示不同方法处理数字信号的结果，有利于深刻理解数字信号处理的基本原理，增加课程的趣味性。
第三，教材编排比较呆板，缺乏目的性，不利于课堂教学效率的提高。现行教材基本上按照理论体系来编排章节，这虽然提高了章节的逻辑性，但同时也造成整个课程知识点的模糊，导致学生上课心中无数，学完也不知如何应用。
第四，教学方法上知识灌输较多，学生主动参与较少。这种老师唱主角的教学方法，不关心学生的差异性，不符合“以学生为主体”的教学内在要求，也不符合“因材施教”的教学规律。可能造成“不该讲的讲多了，该讲的讲少了”的局面，教学效率不高。同时，课堂缺少学生的积极参与，也不利于学生的自主学习能力和独立思考能力的培养，其结果就是学生走上工作岗位后解决实际问题能力的缺乏，这是目前高等教育广被诟病的一个大问题。要想解决这一问题，必须加强学生思维能力的训练，让学生的脑筋转起来。训练的最好平台，就是课堂。
二、数字信号处理课程教学改革实践
为了与应用型人才培养的目标相契合，提升学生应用知识解决问题的能力，提高课堂教学效率，我们对数字信号处理的教学进行了全方位的改革，包括教学组织、教材编写、考核方式等方面。
1.贯彻“以问题为中心”的教学方法，把课堂还给学生，培养学生“发现问题，提出问题，解决问题”的能力，提高课堂教学效率。主要流程如下：
（1）把班级同学划分为若干学习小组（比如按照宿舍来划分），作为课程学习、讨论、撰写研究报告的基本单位，小组的学习活动由小组长负责。
（2）以网络为载体，在课堂教学前把将要学习的主题、基本理论知识等挂在网上，供学习小组预先讨论、学习，并汇总需要解决的问题。
（3）课堂教学以学生讨论为主。首先由每个小组将提出的问题列出，教师对问题进行梳理和补充；然后针对每个问题，学习小组进行讨论。
（4）通过讨论得到各个问题的结论，未能得出结论的，由教师进行进一步讲解，最终达到解决问题的目的。
（5）学习小组根据课堂所学内容，完成相应课后研究性作业，撰写研究报告。
2.编写配套教材，增强工程应用训练。为了与上述教学方法相适应，我们重新编写了数字信号处理教材。与传统教材相比，新编教材在体例、结构上都有所突破，独具特色。主要特点为：
（1）教材以专题为基本的组织形式，共分15个专题。每个专题集中阐述数字信号处理中的一个知识点，大概占一次课（两个课时）的分量，目的是希望每堂课能真正解决一个问题，切实发挥课堂教学的作用，提高教学效率。若干个专题围绕一个主题展开，这些专题将组成一章。因此，在书中章的结构是松散的，专题才是核心。
（2）每个专题按照“理论基础—应用基础—问题讨论—知识运用—实战演练”五段式结构来编写。
理论基础介绍每个专题所涉及的基本理论，本着“够用”的目的，只对最基本的理论作介绍，不作深入的原理推导。
应用基础介绍相关应用技能，特别是运用MATLAB进行信号处理的相关函数和命令。
问题讨论则注重于对理论的理解，围绕专题中的理论知识，以提问的形式来对理论进行阐释。
知识运用聚焦于运用理论知识和应用技能来解决实际问题，运用大量实例来演示如何进行实际的分析和设计；而反过来，实际的应用过程，也有助于加深学生对理论知识的理解。
实战演练则是留给学生的研究性作业，旨在让学生能学以致用，在理解的基础上独立运用所学知识解决实际问题。
3.改革考核方法，增强应用能力考核。应用型人才培养的一个重要指标，是学生必须能解决实际问题。这一能力，要靠平时的点滴积累。考核的主要导向是弱化闭卷考核，强化过程考核，重视应用能力，避免“一卷定终身”现象。考核主要方式为：
（1）发现问题能力考核，占总成绩的30%。每个学习小组在课堂上提出问题、参与讨论问题的情况都要详细记录，作为课程考核的一项重要内容。以小组为单位进行考核的原因在于：一方面有利于课堂讨论的顺利推进，另一方面也是培养学生团队协作精神的举措。 （2）应用能力的考核，占总成绩的40%。应用能力考核主要通过课后研究性作业和综合设计两部分组成。每个专题的实战演练部分，要求学生按照工程设计要求来完成，做到论证充分、数据详实、结论清晰，完成后撰写研究报告，所有15个专题的研究报告连同综合设计报告要汇编成册，作为期末考核的重要材料。
（3）知识能力考核，占总成绩的30%。这部分主要考核学生对基础理论掌握的程度，以闭卷考试的形式进行。
三、改革效果与存在的问题
上述教学改革在常熟理工学院实施了两年，总的来看，取得了较好的效果，许多预期的目标得到改善。主要表现在：
第一，学习内容更加清晰。学生普遍反映，15个专题的教材编排，让他们对数字信号处理课程要求掌握的主要内容，以及这些内容的主要作用更加清晰，基本理顺了各个知识点所涵盖的理论知识和所需要的应用技能。
第二，应用技能大幅提高。通过15个专题的研究性作业训练，学生基本掌握了如何进行频谱分析，如何设计数字滤波器等基本技能。知识学习和知识运用相得益彰，不再互相脱节，学习的目的性更明确。
第三，学习积极性和主动性得到改善。由于提问和讨论占考核比重较大，逼迫学生参与到课堂进程中，使他们由“带着耳朵上课”，逐步改变到“带着脑袋上课，带着嘴巴上课”，课堂气氛有所改善。通过学生自己提出问题，也能够使他们更加深刻理解相关问题的难点所在，从而知识掌握得更加牢固，教学也更能“有的放矢”，效率有所提高。
在实践中，也存在一些问题，使预期的教学目标未能完全实现。主要有：
其一，课堂讨论的顺利推进需要更有效的措施。受传统方式的影响，学生参与课堂讨论的主动性还不够，这可能会影响到教学进程的进行。“以问题为中心的”教学方式，希望通过学生的讨论来求得问题的解答，借此锻炼学生解决问题的能力。如果学生的讨论需要教师的催促和点名，将会达不到预期的目的。这一问题的解决，需要耐心和时间，也需要教师提高掌控教学进程的能力。
其二，如何保证学生完成研究性作业的独立性，还需要更合理的考核方法。研究性报告的撰写，应该是培养学生工程设计能力的好方法，但是由于研究性作业需要在课后花一定的时间才能完成，存在互相抄袭的可能，这给最后成绩的评定带来一定困难。一组一题或许是解决之道，当班级人数较多时，这需要教师提供更多的研究性课题。
其三，学习小组成员之间的协作互助机制，还需要进一步完善。划分学习小组的主要目的是提高问题讨论的有效性，因为课前预习环节需要充分的讨论才能凝练出有价值的问题。但实践中也发现，学习小组成员参与课堂讨论的程度并不均衡，有的成员积极主动，有的成员则较为被动。由于讨论、研究性作业等基本上都以小组为单位进行，从而被动型成员始终得不到相应的训练，最终应用技能所得甚少。如何保持学习小组的协作性和成员独立性的同步发展，还需要进一步的探索。
总之，应用型人才的培养是当前企业界对高校的期待，也日益成为教育界的共识，应用型高校对此责无旁贷，应该有所担当。为满足这一教学需求，应用型高校的相关课程的教材教法必须大胆改革，与研究型高校有所区别，才能真正立足，取得实效。数字信号处理课程的改革实践，是我们所做的一点尝试，希望能起到抛砖引玉的作用，为人才培养模式改革的大潮增添浪花。
【参考文献】
[1]刘旭，梁婷.高效课堂教学改革：一种教师课程意识的思考[J].教师教育研究，2012（6）
[2]郭玉莲.课堂教学模式改革谈论[J].教育理论与实践，2012（10）
[3]朱德全，张家琼，桂平.提升课堂教学有效性的实践探索[J].教育研究，2010（4）
[4]易奇志.探索大学课堂教学的有效性[J].广西师范学院学报，2010（4）
【基金项目】江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015C215）
【作者简介】钟黎萍（1970— ），男，湖南桑植人，常熟理工学院电气与自动化工程学院副教授。
（责编 王 一）
【关键词】数字信号处理课程 教学改革 应用型人才
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）11C-0163-02
数字信号处理是测控技术与仪器专业的一门专业课，理论性和实践性都很强。随着数字技术在测控领域的广泛应用，该门课程的重要性日益凸显。但在应用型高校，教学实践的反馈却不容乐观。学生觉得课程难学，同时学完之后感觉收获不大，不知如何应用。现行教材以及教学方法与应用型人才培养目标的脱节，是产生这一现象的重要原因。基于此，我们对数字信号处理课程的教材、教学模式、考核方式等进行了改革，其目的是探索一套适合学校定位和学生实际的教学方法，使学生能够真正学有所得，学能所用，切实提高课堂教学效率。
一、数字信号处理课程教学存在的问题
在课程教学上，多数应用型高校并未真正厘清与研究型高校的区别，无论是教材选用还是教学方法的采用，都盲目照搬，既没有自己的特色，也不符合自己学生的实际需求。总的来看，存在以下问题：
第一，教学内容理论介绍过多，实践技能介绍偏少。枯燥的理论使部分学生心理上产生为难情绪，而缺少应用技能的介绍，则使学生学完之后不知如何应用，反过来进一步加剧了对课程内容的厌烦，降低了学习兴趣。
第二，教学过程理论论证过多，图像演示过少。数字信号处理实际上是一门实践驱动型的课程，每一个课题都来源于实践，都可以通过信号处理的实际结果来加以说明。通过图像来演示不同方法处理数字信号的结果，有利于深刻理解数字信号处理的基本原理，增加课程的趣味性。
第三，教材编排比较呆板，缺乏目的性，不利于课堂教学效率的提高。现行教材基本上按照理论体系来编排章节，这虽然提高了章节的逻辑性，但同时也造成整个课程知识点的模糊，导致学生上课心中无数，学完也不知如何应用。
第四，教学方法上知识灌输较多，学生主动参与较少。这种老师唱主角的教学方法，不关心学生的差异性，不符合“以学生为主体”的教学内在要求，也不符合“因材施教”的教学规律。可能造成“不该讲的讲多了，该讲的讲少了”的局面，教学效率不高。同时，课堂缺少学生的积极参与，也不利于学生的自主学习能力和独立思考能力的培养，其结果就是学生走上工作岗位后解决实际问题能力的缺乏，这是目前高等教育广被诟病的一个大问题。要想解决这一问题，必须加强学生思维能力的训练，让学生的脑筋转起来。训练的最好平台，就是课堂。
二、数字信号处理课程教学改革实践
为了与应用型人才培养的目标相契合，提升学生应用知识解决问题的能力，提高课堂教学效率，我们对数字信号处理的教学进行了全方位的改革，包括教学组织、教材编写、考核方式等方面。
1.贯彻“以问题为中心”的教学方法，把课堂还给学生，培养学生“发现问题，提出问题，解决问题”的能力，提高课堂教学效率。主要流程如下：
（1）把班级同学划分为若干学习小组（比如按照宿舍来划分），作为课程学习、讨论、撰写研究报告的基本单位，小组的学习活动由小组长负责。
（2）以网络为载体，在课堂教学前把将要学习的主题、基本理论知识等挂在网上，供学习小组预先讨论、学习，并汇总需要解决的问题。
（3）课堂教学以学生讨论为主。首先由每个小组将提出的问题列出，教师对问题进行梳理和补充；然后针对每个问题，学习小组进行讨论。
（4）通过讨论得到各个问题的结论，未能得出结论的，由教师进行进一步讲解，最终达到解决问题的目的。
（5）学习小组根据课堂所学内容，完成相应课后研究性作业，撰写研究报告。
2.编写配套教材，增强工程应用训练。为了与上述教学方法相适应，我们重新编写了数字信号处理教材。与传统教材相比，新编教材在体例、结构上都有所突破，独具特色。主要特点为：
（1）教材以专题为基本的组织形式，共分15个专题。每个专题集中阐述数字信号处理中的一个知识点，大概占一次课（两个课时）的分量，目的是希望每堂课能真正解决一个问题，切实发挥课堂教学的作用，提高教学效率。若干个专题围绕一个主题展开，这些专题将组成一章。因此，在书中章的结构是松散的，专题才是核心。
（2）每个专题按照“理论基础—应用基础—问题讨论—知识运用—实战演练”五段式结构来编写。
理论基础介绍每个专题所涉及的基本理论，本着“够用”的目的，只对最基本的理论作介绍，不作深入的原理推导。
应用基础介绍相关应用技能，特别是运用MATLAB进行信号处理的相关函数和命令。
问题讨论则注重于对理论的理解，围绕专题中的理论知识，以提问的形式来对理论进行阐释。
知识运用聚焦于运用理论知识和应用技能来解决实际问题，运用大量实例来演示如何进行实际的分析和设计；而反过来，实际的应用过程，也有助于加深学生对理论知识的理解。
实战演练则是留给学生的研究性作业，旨在让学生能学以致用，在理解的基础上独立运用所学知识解决实际问题。
3.改革考核方法，增强应用能力考核。应用型人才培养的一个重要指标，是学生必须能解决实际问题。这一能力，要靠平时的点滴积累。考核的主要导向是弱化闭卷考核，强化过程考核，重视应用能力，避免“一卷定终身”现象。考核主要方式为：
（1）发现问题能力考核，占总成绩的30%。每个学习小组在课堂上提出问题、参与讨论问题的情况都要详细记录，作为课程考核的一项重要内容。以小组为单位进行考核的原因在于：一方面有利于课堂讨论的顺利推进，另一方面也是培养学生团队协作精神的举措。 （2）应用能力的考核，占总成绩的40%。应用能力考核主要通过课后研究性作业和综合设计两部分组成。每个专题的实战演练部分，要求学生按照工程设计要求来完成，做到论证充分、数据详实、结论清晰，完成后撰写研究报告，所有15个专题的研究报告连同综合设计报告要汇编成册，作为期末考核的重要材料。
（3）知识能力考核，占总成绩的30%。这部分主要考核学生对基础理论掌握的程度，以闭卷考试的形式进行。
三、改革效果与存在的问题
上述教学改革在常熟理工学院实施了两年，总的来看，取得了较好的效果，许多预期的目标得到改善。主要表现在：
第一，学习内容更加清晰。学生普遍反映，15个专题的教材编排，让他们对数字信号处理课程要求掌握的主要内容，以及这些内容的主要作用更加清晰，基本理顺了各个知识点所涵盖的理论知识和所需要的应用技能。
第二，应用技能大幅提高。通过15个专题的研究性作业训练，学生基本掌握了如何进行频谱分析，如何设计数字滤波器等基本技能。知识学习和知识运用相得益彰，不再互相脱节，学习的目的性更明确。
第三，学习积极性和主动性得到改善。由于提问和讨论占考核比重较大，逼迫学生参与到课堂进程中，使他们由“带着耳朵上课”，逐步改变到“带着脑袋上课，带着嘴巴上课”，课堂气氛有所改善。通过学生自己提出问题，也能够使他们更加深刻理解相关问题的难点所在，从而知识掌握得更加牢固，教学也更能“有的放矢”，效率有所提高。
在实践中，也存在一些问题，使预期的教学目标未能完全实现。主要有：
其一，课堂讨论的顺利推进需要更有效的措施。受传统方式的影响，学生参与课堂讨论的主动性还不够，这可能会影响到教学进程的进行。“以问题为中心的”教学方式，希望通过学生的讨论来求得问题的解答，借此锻炼学生解决问题的能力。如果学生的讨论需要教师的催促和点名，将会达不到预期的目的。这一问题的解决，需要耐心和时间，也需要教师提高掌控教学进程的能力。
其二，如何保证学生完成研究性作业的独立性，还需要更合理的考核方法。研究性报告的撰写，应该是培养学生工程设计能力的好方法，但是由于研究性作业需要在课后花一定的时间才能完成，存在互相抄袭的可能，这给最后成绩的评定带来一定困难。一组一题或许是解决之道，当班级人数较多时，这需要教师提供更多的研究性课题。
其三，学习小组成员之间的协作互助机制，还需要进一步完善。划分学习小组的主要目的是提高问题讨论的有效性，因为课前预习环节需要充分的讨论才能凝练出有价值的问题。但实践中也发现，学习小组成员参与课堂讨论的程度并不均衡，有的成员积极主动，有的成员则较为被动。由于讨论、研究性作业等基本上都以小组为单位进行，从而被动型成员始终得不到相应的训练，最终应用技能所得甚少。如何保持学习小组的协作性和成员独立性的同步发展，还需要进一步的探索。
总之，应用型人才的培养是当前企业界对高校的期待，也日益成为教育界的共识，应用型高校对此责无旁贷，应该有所担当。为满足这一教学需求，应用型高校的相关课程的教材教法必须大胆改革，与研究型高校有所区别，才能真正立足，取得实效。数字信号处理课程的改革实践，是我们所做的一点尝试，希望能起到抛砖引玉的作用，为人才培养模式改革的大潮增添浪花。
【参考文献】
[1]刘旭，梁婷.高效课堂教学改革：一种教师课程意识的思考[J].教师教育研究，2012（6）
[2]郭玉莲.课堂教学模式改革谈论[J].教育理论与实践，2012（10）
[3]朱德全，张家琼，桂平.提升课堂教学有效性的实践探索[J].教育研究，2010（4）
[4]易奇志.探索大学课堂教学的有效性[J].广西师范学院学报，2010（4）
【基金项目】江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015C215）
【作者简介】钟黎萍（1970— ），男，湖南桑植人，常熟理工学院电气与自动化工程学院副教授。
（责编 王 一）