数字化学习环境下“数字信号处理”课程教学改革
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【摘 要】本文讨论了在数字化学习环境下，如何充分利用数字化学习资源，在课堂教学模式、学生学习能力培养以及评价体系的转变等方面进行改革。改变以往静态的演示性教学方式，建立新的沟通机制；改变传统课堂教学的目的和功能，强调个性化学习，提高教学效果。
0 引言
DSP学科的基本理论是基于经典的数值分析技术和20世纪40～50年展起来的采样理论，从1969年第一本《数字信号处理》专著出版，《数字信号处理》课程陆续在一些世界著名大学开设。随着电子技术的发展，该课程教材内容发生了很大的变化，教学的对象也从研究生课程或本科选修课变成专业基础必修课。目前，国内所有大学面向电子信息、通信和计算机应用等专业的本科生都开设了《数字信号处理》课程，主要内容为确定性数字信号处理的概念和方法。该课程的特点是理论性很强，突出数学分析，工程概念薄弱[1]，学生学习起来比较吃力。为适应电子技术的发展，使学生所学尽可能的与社会发展接轨，对数字信号处理这一课程进行改革势在必行。
随着现代教育技术的发展，数字化学习成为一种接受教育的新方式，它包括了新的沟通机制和新的人与人之间的交互作用。本文讨论在新形势下，如何充分利用数字化学习资源，改变以往静态的演示性教学方式，建立新的沟通机制；改变传统课堂教学的目的和功能，强调个性化学习，提高教学效果。
1 数字化学习环境的特点
数字化学习（e-Learning）是一种以数字技术为主要特征的学习方式。美国教育技术首席执行总裁论坛在2000年6月召开的以“数字化学习的力量：整合数字化内容”为主题的第三次年会中，已提出了“数字化学习”的观念[2]。随着信息技术的日新月异，数字化学习资源越来越丰富，从数字音频、数字视频、多媒体软件、网站、在线学习管理系统、计算机模拟、在线讨论、数据文件及数据库等等，到近年来大规模网上公开课、微课，慕课的兴起，信息技术与教育联系得越来越紧密。数字化学习的主要目的是提高学生学习质量和效率，培养学生的创新思维和终身学习能力。而目前，在校大学生数字化学习的理念和应用水平还处在初级阶段，甚至有相当比例的学生在观念上仅把网络等媒体作为检索信息、通讯和娱乐的工具，而对其蕴含的学习功能却没有充分认识[3]。
在数字化学习环境中，学习模式也发生了重要的变化，主要体现为以下几点：
（1）学习者的学习讲不仅仅依赖于传统的教师的讲授与课本的学习，而是利用数字化平台和数字化资源，由依赖书本学习转向利用资源学习，形成新的沟通机制。
（2）由按部就班的线性学习转向具有个性特征的非线性学习。
（3）由死记硬背式的学习转向主动建构性的学习。
（4）由依靠教师的学习转向主动学习。
学习方式的变革以及信息学习环境的支持为学生形成良好的认知结构，培养创新意识提供了理想的条件，激发学生的学习主动性。
2 课程教学模式改革
2.1 转变课堂教学模式
传统的课程教学中，老师主要起到引领的作用，老师对课程内容的热情比较难通过单方面的讲授传达给学生，激发期学生的主动性。在数字化学习环境中，学习资源非常丰富，各学科都可以利用学习资源进行自主学习，教师可以将数字化学习资源与课堂教学进行结合，提高教学效果，同时还能够促进学生对数字化学习资源的使用，提高学生的信息素养，培养终身化学习能力[4]。
具体在授课过程中，充分利用网络和相关技术，给教师和学生提供一个新的双向交流环境，重视教学的过程。在课前课后，通过网络，给学生提供预习自学、课后复习的平台，针对每一课的目标、重点，提出问题，由学生自己动手，亲自寻找答案，得出结论反馈给教师。在主动探究学习的过程中，“问题”是学生学习的重要载体，问题的设置可以灵活多样，与生产生活联系紧密，激发学生的学习兴趣。比如：绪论课时，请同学们讨论信号处理在实际生活中的应用；后续增加“幽默讲卷积”、“怎样理解傅里叶变换”、“信号频谱的概念与意义”、“频谱分析中窗函数的使用”等专题讨论。教与学的整个环节都强调利用资源而不仅仅依赖书本，指导学生利用计算机网络、多媒体、专业内容网站、信息检索、电子图书馆、远程学习与网上课堂等建立新的沟通机制。课程的授课形式是教师课堂上讲授，但教师会提供十分丰富的课程资料，教师会出现在网络讨论平台和其他媒体上；同时，也鼓励学生们课后通过讨论模块互相交流，展现自己。
2.2 加强学生学习能力培养
学生的思想不是一个需要填充的容器，而是需要点燃的木头，只有通过老师和学生的积极交流，而不是简单地授课填充学生的脑袋，才能点燃他们的创造力、想象力和解决问题的能力。传统的课程教学教师与学生的交流仅仅局限于课堂上，课后答疑以及作业，考试环节的反馈，数字化资源与课堂教学的结合的新模式下，通过教师的“导学”作用，倡导学生基于数字化学习环境下的自主探究性学习，由按部就班的线性学习转向非线性学习。利用数字化资源，教师、学生之间开展协商讨论、合作学习，并通过对资源的收集利用、探究知识、发现知识、创造知识、以及展示知识的方式进行学习[5]。
课程实验是学生们动手能力，综合能力培养的平台。以往的实验中，由于采用Matlab软件仿真方式，学生往往满足于编写和理解程序，而不是将精力放在实验结果的分析和理解上；在较短的上机实验时间内，学生仅能完成指定算法的验证，无法根据自己对概念的理解，通过尝试改变算法的实现方式，加深对概念本身的理解等问题。因此，本文研制了基于Matlab的《数字信号处理》实验教学系统（图1），旨在充分利用Matlab软件在可视化编程和数值计算方面的优势，详细生动地揭示数字信号处理理论的物理实际意义，丰富教师的教学手段，提高学生学习质量。该系统既可以在理论教学课堂上演示课程中比较重要的概念，同时也可以安装在实验室的计算机上，同学们动手操作，观看演示结果，增加对实验的感性认识，然后再做编程调试，提高同学们的兴趣。
通过对数字化教学资源的真正利用，彻底摆脱死记硬背，激发学生的学习与发现的兴趣，进而培养学生自主学习能力。在这个过程中，以学习小组，实验团队的形式，通过小组成员间的交流讨论，增强学生的团队合作精神和创新意识[6]。
2.3 建立新的评价模式
目前，课程采用的考核方式是传统的平时成绩占10%，实验成绩占20%，期末卷面成绩占70%的形式。平时成绩主要由上课考勤和平时作业组成，而考勤“代答”和作业抄袭现象迟迟无法完全杜绝，这就降低了平时成绩的公正性和真实性。笔试中，由于课程涉及到的数学计算相对复杂，很多学生死记硬背数学公式，无法真正考察学生对课程内容的掌握理解程度。所以，此次教学改革对课程考试方式作了改变，具体做法为：①评价过程分散至学习过程，并且脱离形式化。学生将在条件许可的情况下，尝试自己的新想法。尝试不同学习小组的成员，作业互评机制，使学生为自己的学习承担更多的责任。希望学生们积极参与到全面数字化资源中来，而并不只是依照传统的学习方法参与到这门课的学习中来。广泛使用课堂作答、小论文等考核方式，将学生在平日中提交的小论文、课堂讨论及作业得分计入总分的分值适当提高，在一定程度上保证成绩的真实性、公正性，以此来充分调动学生自主学习的热情[7]。②笔试以开卷考试为主，题目设计应灵活，出题原则遵循减少死题目，增加活操作；减少死记忆，增加活分析、活应用，促进学生的应试技巧由死记硬背转向融会贯通。课程将十分强调学习小组以及利用社会媒体，建立个人学习网络和学习小组。课程任务包括：学生建立自己的电子学习档案，里面有文本，声音，视频，链接等等，根据自己的选择创立。这个电子文档将储存与本课程相关的资料，也能通过一定的数字方式呈现出来。教师授课过程中，学生会根据课程主题完成电子学习档案的建立，并有计划地将数字化应用到自己的档案当中，这些都会在学生的评分中体现出来。
3 结束语
本文讨论了数字化学习环境下，“数字信号处理”课程教学模式的转变，为探究性学习搭建了一种交互的学习情境。改变了以往单纯课堂教学方式，满足了学生主动探究的需要，从而促进学生产生积极的学习行为和建构性的学习过程。通过建立数字化学习的沟通机制，满足多元化的学习需要。通过资源整合，问题驱动，学法指导，分组竞争形成新的教学模式，激发学生的学习热情就，提高教学效果。
数字化学习的兴起和发展将促进学习方式的转变。教育信息化、全民化的进程从一校、到全国再到全球；教育也从单一模式、单一地域向多模式、全球化发展。在全面数字化资源环境下，学生使用数字终端，在教师的组织、帮助和指导下进行自主学习、探究学习和合作学习，让学生拥有学习方法的选择权。数字化学习不能取代课堂的教育，但作为一种强大的辅助工具必将深深影响课堂教学的模式。
【参考文献】
[1]陈华丽，程耕国.“信号与系统”和“数字信号处理”两课优化整合的探讨[J].中国电子教育，2009（3）：48-51.
[2]杨曼，王运武.中国数字化学习资源研究综述[J].中国医学教育技术，2014，10，28（5）.
[3]谢舒潇，吴芸，谢雨萌，李招忠.在校大学生数字化学习特征调查与分析[J].理论探讨，2005（6）.
[4]任锁平，刘瑞儒.数字化学习资源应用现状的个案研究：以延安大学为例[J].中国医学教育技术，2012，8，26（4）.
[5]章国英，张燕，施称.数字化学习环境及学习过程的优化[J].现代教育技术，2009，19.
[6]郑旭媛，田心.“数字信号处理”课程研究型教学改革与实践[J].西北医学教育，2007，15（3）：513-514.
[7]庄陵，曹建玲，朱联祥.基于建构理论的“数字信号处理”课程教学模式探索[J].中国电力教育，2010（22），2004（1）：75-76.