对少数民族学生数字信号处理教学方法的探讨

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  【摘要】针对新疆少数民族大学生的实际情况,以培养应用型人才为目标, 结合数字信号处理教学中存在的一些问题,为了提高数字信号处理教学效果,本文提出了改进数字信号处理课程体系、教学方法的几点看法。
  【关键词】少数民族学生教学方法数字信号处理Matlab
  新疆是多民族聚居的民族自治区,少数民族分布广泛,区内各高校均有相当数量的少数民族(本文中主要指的是维吾尔、哈萨克、柯尔克孜等)学生。少数民族大学生肩负着建设民族地区,发展民族地区社会、经济、文化,促进祖国边疆的巩固和民族团结的特殊重任。可以毫不夸张地说,当代少数民族青年学生的专业知识水平的高低直接影响到这些民族未来几十年内政治、经济、文化、科教等各个方面的发展态势和水平[1]。但是, 受到经济、文化、教育等多因素的影响,少数民族大学生高考录取分数普遍偏低、文化基础知识普遍偏弱,并且我区各大高校基本上承袭内地兄弟院校的办学模式,在课程设置、教学模式、教学手段等多个方面,都存在着不少不适宜少数民族学生学习的问题,而最主要的问题则是教学过程中普遍存在的语言障碍问题没能得到根本的解决。教材内容基本上与实际联系不紧, 较少反映近年来电子工业和通信技术高速发展带来的新知识、新技术、新器件、新工艺; 未能突出技能的培训和工程的应用, 针对性和灵活性较差。近几年,面对经济全球化以及我国现代化建设的快速发展,面对越来越严峻的就业形势(特别是少数民族毕业生),毕业生就业难已经成为社会问题等等,导致民族学生学习目的不明确,学习态度不端正,對学习缺乏兴趣。通过多年的教学实践,我们发现,在教学过程的各个环节中,这些问题较突出。
  “数字信号处理”(Digital Signal Processing, DSP)是电子信息类大学生必修的主干课(国内兄弟院校的计算机专业、自动控制、仪器仪表类、地球物理等专业也授这门课)。当今,“数字信号处理”在无线电通信、数字电视和媒体、生物医学、数字音频和仪器等关键性的技术领域产生着日益增加的重要影响。数字信号处理课程的教育者担负着培养综合型的、适应性强的、具有创新意识和创造能力的合格人才的任务。
  1、少数民族学生特点
  (1)少数民族学生汉语水平较低。少数民族学生大多来自不同的地区, 各地区的教育程度不同, 学生的汉语程度参差不齐。虽然进入大学后有一年的汉语预科班的学习, 达到了中国少数民族汉语水平考试(MHK)或汉语水平考试(HSK)一定等级以后才可进入专业阶段的学习, 但真正使用汉语学习和生活,毕竟不如母语那样方便和流利,仍有不同程度的语言困难。汉语基础薄弱和水平的不一致, 直接反映为学生对授课内容接受理解程度严重不一致。如果老师自身的普通话不够标准, 方言较重, 或讲课太快, 则造成学生反应不过来, 听不懂。还有老师板书不规范, 马虎潦草, 造成民族学生误解、曲解。
  (2)少数民族学生记忆一般都是以形象和机械式记忆为主[2],无论学什么新内容,学生一般都用背经书的方式来记忆。这方法不利于学生的素质培养,制约了学生的创造力和应用知识解决实际问题的能力。
  (3)少数民族学生个性心理倾向单一,思想单纯,喜爱歌舞,宗教观念较浓厚。他们有着热情、活泼、开朗、奔放的性格,学习刻苦、认真,不耻下问。有着炽热的进取精神,不甘落后,好胜、团结互助的优良学风。由于个性心理不同,民族学生就有不同的学习习惯,不同的学习习惯,直接影响到学习的效果。
  (4)民族学生的文化基础教育,特别是理工科教育基础薄弱。由于边远少数民族地区经济发展落后、教育投入严重不足、人才的缺乏和各民族学习参考书籍的有限, 少数民族学生普遍中学阶段文化基础(主要是数理化)薄弱。而且新生入学后为期一年的汉语学习, 有些本就没掌握好的知识基本上忘记了。导致学生对课堂中的专业术语不明白, 新的知识点和原理理解不透, 不能融会贯通, 无法灵活运用。日积月累, 学生前面的知识跟不上, 后面的问题就更严重。
  2、数字信号处理教学中存在的一些问题
  在校学生把“数字信号处理”视为“很难学的课”,特别是对于“快速傅立叶变换”(FFT)等内容; 教师反映“难教”、学生反映“难学”, 也反映了“数字信号处理”教学普遍的现状。问题出在哪里? 我们认为关键还是对课程性质的定位, 以及如何采取相适应的教法。
  2、1 数字信号课程未能显示工程性特点
  数字信号处理课程体系具有抽象性、系统性和连贯性等特点[3]。课程的内容大体包括Z变换(含逆Z变换)、FT(含DTFT、DFT、FFT)及滤波器(含IIR、FIR)设计三个中心部分。其它内容及细节都围绕这三个中心展开,这些内容之间存在着紧密的相互联系。而课程体系上以系统分析为主, 信号分析为辅, 重在介绍一般原理与方法, 其内容、分析方法和处理技术方面的基本观念、基本体系逐渐与学科发展和技术进步不相适应。
  2、2 有时课程内容讲“复杂化”
  本课程的特点是内容高度抽象,尤其在Z变换、DTFT、DFS、DFT和FFT方面有大量的数学公式推导。经验丰富的老教师可以运用发挥自如、内容“可深可浅”、“重点难点”突出。而有些教师想要“深讲”,常常陷于复杂的公式推导而淡化了物理概念。这种教学方法被称之为“讲数学”, 学生感到枯燥。其根本原因还是对课程的性质认识不深, 对课程体系及其内容没有吃透, 说到底还是“不知深浅”。有些问题必须推导, 而有些问题需要给出公式但不必推导还有些问题可以通过布置作业来加深理解。繁杂的数学内容和数学结果使学生感到难学、难懂、学了不会用;教与学的过程中在原理、方法与应用三方面有所脱节。
  2、3 多媒体教学手段使用不当
  部分教师没有考虑到少数民族学生的阅读困难和学习特点,也没有考虑到所教课程的教学内容,盲目滥用多媒体教学,不在备课上下功夫,上课时满足于课件内设计好的内容。一般的多媒体教室都是将屏幕安放在教室的正前方,教师在整节课的多数时间里坐在计算机后面,一边击键,一边讲解,学生整堂课机械地被多媒体课件牵着鼻子走,计算机成了课堂的主角。师生缺乏交流,气氛沉闷,因此,学生的学习兴趣不高,缺乏思维主动性。   2、4 实验教学中实验类型的设置单一
  课程的实验一般利用数字信号处理的开发环境CCS (Code Composer Studio) 软件通过DSP 芯片的硬件来实现、或者利用 Matlab软件实现本课程的相关理论及算法,且大部分为验证型实验,自主设计型实验很少、甚至没有。这一定程度上不利于学生动手能力和创新思维的培养。
  3、数字信号处理教学改进的一些措施
  针对以上问题,笔者结合自己的教学经验,从我院实际出发,提出以下几点改进意见:
  3、1 激发少数民族学生的兴趣
  为了适应这一要求我认为应在教学方法上下功夫,想办法抓住学生学习的兴趣最为重要。根据多年来教学经验的积累与总结,粗浅地谈谈自己的教学通过演示实验激发学生学习的兴趣。一旦学生对该门学科感兴趣, 他们就会兴致勃勃地学习这门课的知识。通过介绍数字信号处理技术的发展概况,让学生体会到数字信号处理技术是一门需要不断探索和研究的科学技术,并以惊人的速度在发展。其次,介绍生活里不断出现的电子新产品,如智能玩具、机顶盒、无线调制解调器等,让学生感到我们的生活离不开数字信号处理技术。再者,还应介绍数字信号处理与所学专业的关系,明确数字信号处理的重要地位,使学生从思想上引起重视。最后, 从身边入手, 找一些电子小产品, 如: 智能手机、MP3播放器等。一开始让学生观察它们的内部结构, 从中让学生发现它们实用电路中的各模块及其功能, 从而引出学习这门课的目的和知识, 让学生形成先入为主的求知欲望。
  3、2 进一步提高民族学生授课语言(汉语)水平
  听课是学生接受知識的重要途径之一。课堂教学是师生双边的共同活动,一方面教师要讲好,另一方面学生要听懂。当然,边远少数民族地区对汉语的教学工作很重视,很多学校都把汉语课程作为主课,因此大多数民族学生的汉语水平在逐步提高,日常生活及公共用语比较好。但是,对于数理基础知识用语,学生的理解与表达能力差异比较大,因为学生的语言表达能力、听课效率对数学学习的影响极大。针对学生特点,教学中对学生听力的培养与训练,关键是克服专业语言的表达障碍。对民族学生用汉语授课,导入专业内容的语言要考虑学生的实际情况,既要考虑学生的语言能力,又要考虑学生的认知水平,还要能使学生接受且感兴趣。民族学生难以一步达到一定的高度,教师应联系他们的实际和已有的知识,力求语言上通俗,让学生能够接受,只有让各个层次的学生都听清楚明白了,学生才能与教师达到心理上的融合、共鸣,才能吸引他们主动参与教学活动。必要时用母语解释问题来提高教学效率。
  3、3 在教学方式上要进行创新
  《数字信号处理》课程必须打破以传授知识为主的传统模式, 突出对实践能力、创新能力和创业能力的培养, 全面提高学生的综合职业素质。长期以来, 教师关心的是学生学没学会, 会不会做, 而忽视了培养学生主动汲取知识, 探索未知领域的创造性。目前,数字信号处理涉及的领域越来越广泛, 知识更新迅猛, 在这过程中学生的自适应能力和创新能力的培养就显得尤其重要,因此教师必须摒弃传统的以传授知识为主的灌输式教学方法, 而应采用各种形式的启发式教学方式, 由被动接受式教育向创造性教育转变, 为学生今后从事职业技术工作奠定牢固的基础。启发式教学提倡学生多提问,以利于开动学生思维并激发其创造性, 并能灵活应用所学专业知识提高其处理实际问题的能力。
  3、4 多种教学手段相结合
  课堂教学中采用多媒体教学与传统教学结合的方法。课程的有些内容需要对相关知识点进行比照讲解或有的大问题需要逐步写出推导、编制的全过程,这时容量大、使用方便的黑板可以弥补其他教学媒体在这方面的缺陷。尤其对于汉语水平和专业基础知识薄弱的少数民族学生,重要知识点的板书、疑难问题的黑板推导演示和师生间的交流是非常必要的。提倡多媒体教学,并不意味着可以完全摒弃传统教学方式。多媒体教学与传统教学方法应该相互交叉、相互融合,根据教学内容的需要和教学对象的特点,合理地综合利用各种教学媒体。在课堂教学中适当利用多种媒体如,声、图、文、动画以及视频等,来形象化地描述教学内容,从而提高教学效果。我们开发出的数字信号处理Flash动画平台[4]在实际教学中确实起到提高学生兴趣、提高教学效果的作用。
  3、5 实验教学注重了新技术、自主设计型试验
  为了能够适应21 世纪应用型人才培养的需要, 适应电子设计竞赛的要求, 对传统的实践教学模式与内容进行一些调整。在实验课上, 在保证做一定验证型实验的基础上,结合我院现有的实践教学条件设计出几套新的自主设计型、综合型实验。在查阅国内外院校开设的自主设计型、综合型实验的基础上,结合课题组成员已完成的或正在研究的科研目,推出几个新的自主设计型、综合型实验项目。以大作业、课程论文的形式,鼓励学生结合现代电子通信领域的新技术自行完成设计性和综合设计性实验内容,从而提高学生创新能力。
  3、6 灵活使用多种计算机仿真的手段
  当今,由于计算机技术和软件技术的发展,为教学方法和手段的革新提供了前提条件。高校教师在教学过程中利用相关软件工具进行教学设计,形象而直观地讲解专业理论知识,以便加强教学效果,这些都是我们面临的重大课题。采用计算机仿真的教学手段将有助于进一步培
  养学生正确的方法。在数字信号处理领域较流行的为 Matlab, Labview, Systemview等仿真软件。此外,我们提出的利用Praat语音软件来仿真数字信号处理算法的方法[5],形象、直观、地描述信号处理前后的变化,加深了学生对数字信号处理复杂算法的理解。
  4、总结
  少数民族大学生作为本民族优秀青年的代表,必将在今后的工作中发挥重大作用,尤其是在处理本民族内部事务中更要扮演其他民族人士难以胜任的角色。为了能够适应21世纪应用型人才培养的需要,要使少数民族学生能顺利学好《数字信号处理》这门课程,教师对传统的授课模式、方法与内容进行一些必要的调整,必须认识到教与学是一个互动的过程, 既要求我们在教学实践过程中不断地探索,想方设法激发学生的学习兴趣和积极性、培养学生正确的学习方法及创新能力,又要求我们有合适的教学手段和方法。
  参考文献:
  [1]高英,孙传庆, 民族学生在专业课学习中的汉语障碍之表现及对策[J], 伊犁教育学院学报, 2001年第6期,p.54-56.
  [2]赵仁兰, 针对民族学生心理特点探索有效教学方法[J], 卫生职业教育, 2004(22):91-92.
  [3]于家城,高永清,“数字信号处理”课程教学改革的实践, 电气电子教学学报[J], 2009,5(31): 20-21.
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