论文部分内容阅读
摘要：对大班教学环境下“数字信号处理”课程的教学模式进行了探讨，建立师生学习共同体教学模式，引导学生积极参与到教学活动中。同时改进教学方法，结合多媒体等多维教学手段，将抽象的数字信号理论知识进行形象化教学，提高大班环境下“数字信号处理”课程的教学质量。
关键词：大班教学；形象化教学；学习共同体；数字信号处理
作者简介：卢迪（1971-），女，天津人，哈爾滨理工大学电气与电子工程学院，教授；兰朝凤（1981-），女，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150080）
基金项目：本文系黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目（项目编号：66996）、哈尔滨理工大学教育教学研究项目（项目编号：C201200011）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0086-02
自大学扩招以来，各高校普遍存在学生多教师少现象，因此本科生的公共课、专业课的讲授常采用大班额配课制度，学生数在百名左右。大班教学带来的问题主要有两个方面：一方面是大班教学对学生学习积极性的影响。在大班教学中，师生之间的交流较小班教学减少，学生的个性差异和独特性被忽视，学生往往学习动机较低、学习积极性较差、学习被动、注意力不集中，师生之间和生生之间互不认识、互动很少。[1-3]另一方面，从教师的角度来说，由于大班教学导致学生发言、表达自己的意见机会大大减少，课堂气氛比较沉闷，教师往往采用“一言堂”的教授模式，教学方法单一，而且由于课堂教学时间有限、学生数多，教师很难从学生那里得到有效反馈，不能全面了解学生对课程内容的接受、理解程度。
针对这些问题，越来越多的高校教师关注于大班教学方法的研究，从中国知网的统计来看，2010年发表的相关研究论文有123篇，2011年有203篇，2012年有155篇。这些论文中，80%左右的研究集中于大学英语等公共课程，而对专业课程的大班教学方法研究较少，因此本文针对“数字信号处理”这门专业课的大班教学方法进行了一些探讨。“数字信号处理”课程是通信工程、电子信息工程、信息工程、自动控制、测控仪器等专业的重要专业基础课。该课程理论性强、数学知识应用较多、物理意义不明显，公式推导多，是学生普遍认为较难学懂、理解的课程之一。本文针对大班教学环境特点，从激发学生学习主动性，构建学习共同体方面出发，通过改善课堂效果，提高课堂上的学习效率，达到提升“数字信号处理”课程大班教学质量的目的。
一、建立“学习共同体”教学模式
“学习共同体”是指由学习者及助学者（包括教师、专家、辅导员等）共同构成的团体。团体成员在学习过程中经常进行沟通、交流，并分享各种学习资源，共同完成一定学习任务，形成相互影响、相互促进的人际联系。学习是学习者主动构建内部心理表征的过程，学习过程需要与物和教材对话、与他人对话、与自己对话。为此，教师要在教学过程中给学生“自主学习的空间”，使学生针对任务或问题去思考、分析、理解、探究，和学生构建“学习共同体”，增进师生之间、学生之间的协作和互动，[4]将学习的主动权归还给学习者，激发学生内在学习动力，将传统课堂教学活动中教师负责“教”、学生负责“学”的单向活动回归到师生互教、互学的双向活动，师生关系不再是“管理者—被管理者”的关系，而是“民主平等”的关系。课堂上，教师不再是知识的主讲者，而应像主持人一样，是知识的介绍者和串联者，学生应作为知识的“主讲者”阐述其对知识的理解。只有理解“知识”，而不是死记硬背“知识”，才能应用“知识”。譬如在讲授傅里叶变换时，教师在课堂上可以先从周期信号的分解历史开始介绍，从18世纪Euler、Lagrange等科学家对弦振动的分析（此内容物理中有相应实验），19世纪Fourier给出了周期信号级数的展开和积分、Parseval关于时域和变域的能量守恒原理、Dirichlet给出的级数和积分条件、Gibbs阐述的吉布斯现象，到20世纪无线电的产生、Nyquist采样定理、Wiener功率谱、Cooley&Tukey给出的FFT算法等。通过对傅里叶变换演变历史的介绍，学生很容易接受将任意信号分解为三角函数或指数函数形式的必然性，进而理解傅里叶变换的重要意义，掌握信号从时域到频域的转换过程。鼓励学生利用强大的网络资源，对教师介绍的有关历史进行深一步的挖掘。在这个过程中，学生会对相关知识进行初步学习，当课堂上教师讲解到相关知识点时，学生可以进一步补充自己了解的内容和对该知识点的理解。
大学工科专业课所讲内容本质上是数学、物理、化学等基础知识在工程实践中的应用，如何将这些基础知识与工程实践相结合是工程类本科学生必须掌握的技能，而只有理解这些基础知识才能很好地应用它们。英国著名哲学家和物理学家波兰尼将人类的知识分为显性知识和默会知识，其中默会知识本质就是理解力，是一种领会进而把握经验、重组经验，从而达到对它的理解和控制能力。相同的教师给同一批学生授课，但是每个学生的理解程度不一样，这就是默会知识掌握程度不同。默会知识的获得是与特定的问题或任务情景联系在一起的，由于每个学生的理解方式都受其独特的生活和文化环境影响，因此对相同问题的理解也是不一样的。掌握默会知识的最好方法就是让学生置身于知识所在的日常实践情景和科学实践情景中，通过参与专家、同伴的思考和行动过程而获得那些不能明确表达的规范、准则等。
为加强“数字信号处理”这门课的实践性，尝试将学生分为Flash课件制作组、MATLAB课件制作组，DSP程序编写组等，让学生将比较抽象的数字信号理论知识用自己的方式形象化表达出来，以判断其对默会知识的掌握。通过小组合作，学生可以充分阐述自己的学术观点，在观点的碰撞中，触发灵感，加强批判性思维，提升对所学知识的理解程度。
二、课堂效果的掌控 “学习共同体”的建立是要激发学生内在的学习动力，调动学习主动性，而课堂学习效率的提高可以达到事半功倍的效果。首先要建立统一、规范的课堂秩序，如上课不迟到、不早退，上课时不准许使用手机、笔记本电脑等电子设备，不能无故大声喧哗，发言前要举手示意教师等基本行为准则。没有规矩不成方圆，在确保课堂教學秩序的前提下，才能保证教学效果，要使学生清楚了解、理解这些行为规范，并自觉遵守执行。其次，教师要利用语言表达能力和肢体语言吸引学生的注意力。教师的语言要简洁、准确、生动、富有逻辑性，可以通过声调的变化强调所讲知识点的重要性。由于采用多媒体教学，教师不用一直站在讲台上，可以到学生座位附近边走边讲，这样，不仅可以缩短师生之间的空间距离，还可以缩短师生之间的心理距离。当教师走到学生身边时，学生必定会将注意力转移到教师身上，提高了其听课的专注度。教师在教室内的走动，还有利于随时维护课堂秩序，并随时得到课堂信息的反馈。
课堂秩序的规范不是要求学生沉默地听，而是要保证正常的教学秩序，学生如果想要发表自己的见解，可以随时举手示意教师。教师鼓励学生之间进行讨论，而教师则处于一种裁判的地位，负责给出结论和维持课堂秩序。这样，在课堂教学中，教师不再始终处于主讲地位，而是将学习的主动权交给学生，激发学生主动学习的能力。
三、“数字信号处理”课程的形象化教学
在文献[5]、[6]中都提到了“数字信号处理”课程形象化教学方法，目的是更好地帮助学生建立起数学描述与物理概念、物理过程之间的联系。因此在课堂上，教师要鼓励学生将数学描述用图形的方式表达出来。譬如在学完DFT的定义后，可以启发学生将拉氏变换，连续时间信号傅里叶变换（FT）、序列傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT）在s平面、z平面上画出来。虽然教材上有相关图形，但是可以让学生将这几个图形及模拟滤波器的频率响应、数字滤波器的频率响应绘制在一张纸上，如图1所示。在图1（a）中，虚轴上的拉氏变换对应连续时间非周期信号的FT；当时间信号为非周期序列时，进行DTFT变换，那么z平面上（如图1（b）所示）的单位圆对应的是序列的FT，此时学生可以清晰地看出数字频率仍然是连续的，但是具有了周期性质，这种频率连续的信号仍然不能用数字处理芯片进行处理，因此要在单位圆上进一步将连续的进行离散，如图1（c）所示，将单位圆N等分，即，可清楚表明DFT的概念。在解释图1（d）（e）时，重点强调模拟滤波器的角频率范围是，而数字滤波器的数字角频率是周期性的，只研究这一个周期就可以。
在课堂讲授中，多媒体教学能将抽象、生涩的知识形象化、直观化，改变了传统教学中粉笔加黑板的单一、呆板的表现形式。在多媒体教学上，可以将PPT、flash和MATLAB综合在一起应用。例如，在讲解卷积、圆周卷积等概念时，由PPT给出相应概念与公式，用flash展现2个序列做卷积、圆周卷积的过程。将圆周卷积中的移动序列做成一条贪吃蛇的形状，学生们看了之后，对圆周卷积有了一种直观的认识，对其原理的理解也更透彻。此外，多媒体教学信息量大，可以提高课堂的教学效率。但是，对于“数字信号处理”这类理论较强的课程，单纯使用多媒体教学，效果往往不佳，譬如在推导一些定理、公式时，推导过程直接呈现在PPT上，学生一眼扫过，导致思路跟不上（或也不愿意思考），理解不透彻，此时还是传统的板书效果更佳。在授课中，将知识的重点、难点及重要公式的推导由板书的形式呈现出来，方便学生记笔记，有利于学生日后对资料的整理和复习工作。
四、小结
“数字信号处理”是一门理论强、公式多、难理解的课程，在大班教学环境学下，如果学生不积极参与到教学活动中，则教学效果不佳。通过推行“学习共同体”思想，激发学生学习的内在主动性，通过形象化教学，提高学生学习的外在兴趣点，以达到学好、学透“数字信号处理”这门课的目的。
参考文献：
[1]陈艳莲.高校大班教学存在的问题及教学方法的优化[J].教育与职业，2011，（12）：164-165.
[2]刘晓利.“特朗普制”教学模式与大班课堂教学的控制[J].计算机教育，2011，（12）：59-61.
[3]于化新，刘慧慧，谢鑫.大班教学问题与策略的探讨[J].当代教育论坛，2011，（6）.
[4]薛焕玉.对学习共同体理论与实践的初探[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007，（1）.
[5]薛昀，韩桂明，等.“数字信号处理”课程改革探讨与实践[J].电气与电子教学学报，2009，（6）：22-23.
[6]曹建玲，朱联祥，刘焕林.“数字信号处理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，（20）：75-76.
（责任编辑：刘辉）
关键词：大班教学；形象化教学；学习共同体；数字信号处理
作者简介：卢迪（1971-），女，天津人，哈爾滨理工大学电气与电子工程学院，教授；兰朝凤（1981-），女，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150080）
基金项目：本文系黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目（项目编号：66996）、哈尔滨理工大学教育教学研究项目（项目编号：C201200011）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0086-02
自大学扩招以来，各高校普遍存在学生多教师少现象，因此本科生的公共课、专业课的讲授常采用大班额配课制度，学生数在百名左右。大班教学带来的问题主要有两个方面：一方面是大班教学对学生学习积极性的影响。在大班教学中，师生之间的交流较小班教学减少，学生的个性差异和独特性被忽视，学生往往学习动机较低、学习积极性较差、学习被动、注意力不集中，师生之间和生生之间互不认识、互动很少。[1-3]另一方面，从教师的角度来说，由于大班教学导致学生发言、表达自己的意见机会大大减少，课堂气氛比较沉闷，教师往往采用“一言堂”的教授模式，教学方法单一，而且由于课堂教学时间有限、学生数多，教师很难从学生那里得到有效反馈，不能全面了解学生对课程内容的接受、理解程度。
针对这些问题，越来越多的高校教师关注于大班教学方法的研究，从中国知网的统计来看，2010年发表的相关研究论文有123篇，2011年有203篇，2012年有155篇。这些论文中，80%左右的研究集中于大学英语等公共课程，而对专业课程的大班教学方法研究较少，因此本文针对“数字信号处理”这门专业课的大班教学方法进行了一些探讨。“数字信号处理”课程是通信工程、电子信息工程、信息工程、自动控制、测控仪器等专业的重要专业基础课。该课程理论性强、数学知识应用较多、物理意义不明显，公式推导多，是学生普遍认为较难学懂、理解的课程之一。本文针对大班教学环境特点，从激发学生学习主动性，构建学习共同体方面出发，通过改善课堂效果，提高课堂上的学习效率，达到提升“数字信号处理”课程大班教学质量的目的。
一、建立“学习共同体”教学模式
“学习共同体”是指由学习者及助学者（包括教师、专家、辅导员等）共同构成的团体。团体成员在学习过程中经常进行沟通、交流，并分享各种学习资源，共同完成一定学习任务，形成相互影响、相互促进的人际联系。学习是学习者主动构建内部心理表征的过程，学习过程需要与物和教材对话、与他人对话、与自己对话。为此，教师要在教学过程中给学生“自主学习的空间”，使学生针对任务或问题去思考、分析、理解、探究，和学生构建“学习共同体”，增进师生之间、学生之间的协作和互动，[4]将学习的主动权归还给学习者，激发学生内在学习动力，将传统课堂教学活动中教师负责“教”、学生负责“学”的单向活动回归到师生互教、互学的双向活动，师生关系不再是“管理者—被管理者”的关系，而是“民主平等”的关系。课堂上，教师不再是知识的主讲者，而应像主持人一样，是知识的介绍者和串联者，学生应作为知识的“主讲者”阐述其对知识的理解。只有理解“知识”，而不是死记硬背“知识”，才能应用“知识”。譬如在讲授傅里叶变换时，教师在课堂上可以先从周期信号的分解历史开始介绍，从18世纪Euler、Lagrange等科学家对弦振动的分析（此内容物理中有相应实验），19世纪Fourier给出了周期信号级数的展开和积分、Parseval关于时域和变域的能量守恒原理、Dirichlet给出的级数和积分条件、Gibbs阐述的吉布斯现象，到20世纪无线电的产生、Nyquist采样定理、Wiener功率谱、Cooley&Tukey给出的FFT算法等。通过对傅里叶变换演变历史的介绍，学生很容易接受将任意信号分解为三角函数或指数函数形式的必然性，进而理解傅里叶变换的重要意义，掌握信号从时域到频域的转换过程。鼓励学生利用强大的网络资源，对教师介绍的有关历史进行深一步的挖掘。在这个过程中，学生会对相关知识进行初步学习，当课堂上教师讲解到相关知识点时，学生可以进一步补充自己了解的内容和对该知识点的理解。
大学工科专业课所讲内容本质上是数学、物理、化学等基础知识在工程实践中的应用，如何将这些基础知识与工程实践相结合是工程类本科学生必须掌握的技能，而只有理解这些基础知识才能很好地应用它们。英国著名哲学家和物理学家波兰尼将人类的知识分为显性知识和默会知识，其中默会知识本质就是理解力，是一种领会进而把握经验、重组经验，从而达到对它的理解和控制能力。相同的教师给同一批学生授课，但是每个学生的理解程度不一样，这就是默会知识掌握程度不同。默会知识的获得是与特定的问题或任务情景联系在一起的，由于每个学生的理解方式都受其独特的生活和文化环境影响，因此对相同问题的理解也是不一样的。掌握默会知识的最好方法就是让学生置身于知识所在的日常实践情景和科学实践情景中，通过参与专家、同伴的思考和行动过程而获得那些不能明确表达的规范、准则等。
为加强“数字信号处理”这门课的实践性，尝试将学生分为Flash课件制作组、MATLAB课件制作组，DSP程序编写组等，让学生将比较抽象的数字信号理论知识用自己的方式形象化表达出来，以判断其对默会知识的掌握。通过小组合作，学生可以充分阐述自己的学术观点，在观点的碰撞中，触发灵感，加强批判性思维，提升对所学知识的理解程度。
二、课堂效果的掌控 “学习共同体”的建立是要激发学生内在的学习动力，调动学习主动性，而课堂学习效率的提高可以达到事半功倍的效果。首先要建立统一、规范的课堂秩序，如上课不迟到、不早退，上课时不准许使用手机、笔记本电脑等电子设备，不能无故大声喧哗，发言前要举手示意教师等基本行为准则。没有规矩不成方圆，在确保课堂教學秩序的前提下，才能保证教学效果，要使学生清楚了解、理解这些行为规范，并自觉遵守执行。其次，教师要利用语言表达能力和肢体语言吸引学生的注意力。教师的语言要简洁、准确、生动、富有逻辑性，可以通过声调的变化强调所讲知识点的重要性。由于采用多媒体教学，教师不用一直站在讲台上，可以到学生座位附近边走边讲，这样，不仅可以缩短师生之间的空间距离，还可以缩短师生之间的心理距离。当教师走到学生身边时，学生必定会将注意力转移到教师身上，提高了其听课的专注度。教师在教室内的走动，还有利于随时维护课堂秩序，并随时得到课堂信息的反馈。
课堂秩序的规范不是要求学生沉默地听，而是要保证正常的教学秩序，学生如果想要发表自己的见解，可以随时举手示意教师。教师鼓励学生之间进行讨论，而教师则处于一种裁判的地位，负责给出结论和维持课堂秩序。这样，在课堂教学中，教师不再始终处于主讲地位，而是将学习的主动权交给学生，激发学生主动学习的能力。
三、“数字信号处理”课程的形象化教学
在文献[5]、[6]中都提到了“数字信号处理”课程形象化教学方法，目的是更好地帮助学生建立起数学描述与物理概念、物理过程之间的联系。因此在课堂上，教师要鼓励学生将数学描述用图形的方式表达出来。譬如在学完DFT的定义后，可以启发学生将拉氏变换，连续时间信号傅里叶变换（FT）、序列傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT）在s平面、z平面上画出来。虽然教材上有相关图形，但是可以让学生将这几个图形及模拟滤波器的频率响应、数字滤波器的频率响应绘制在一张纸上，如图1所示。在图1（a）中，虚轴上的拉氏变换对应连续时间非周期信号的FT；当时间信号为非周期序列时，进行DTFT变换，那么z平面上（如图1（b）所示）的单位圆对应的是序列的FT，此时学生可以清晰地看出数字频率仍然是连续的，但是具有了周期性质，这种频率连续的信号仍然不能用数字处理芯片进行处理，因此要在单位圆上进一步将连续的进行离散，如图1（c）所示，将单位圆N等分，即，可清楚表明DFT的概念。在解释图1（d）（e）时，重点强调模拟滤波器的角频率范围是，而数字滤波器的数字角频率是周期性的，只研究这一个周期就可以。
在课堂讲授中，多媒体教学能将抽象、生涩的知识形象化、直观化，改变了传统教学中粉笔加黑板的单一、呆板的表现形式。在多媒体教学上，可以将PPT、flash和MATLAB综合在一起应用。例如，在讲解卷积、圆周卷积等概念时，由PPT给出相应概念与公式，用flash展现2个序列做卷积、圆周卷积的过程。将圆周卷积中的移动序列做成一条贪吃蛇的形状，学生们看了之后，对圆周卷积有了一种直观的认识，对其原理的理解也更透彻。此外，多媒体教学信息量大，可以提高课堂的教学效率。但是，对于“数字信号处理”这类理论较强的课程，单纯使用多媒体教学，效果往往不佳，譬如在推导一些定理、公式时，推导过程直接呈现在PPT上，学生一眼扫过，导致思路跟不上（或也不愿意思考），理解不透彻，此时还是传统的板书效果更佳。在授课中，将知识的重点、难点及重要公式的推导由板书的形式呈现出来，方便学生记笔记，有利于学生日后对资料的整理和复习工作。
四、小结
“数字信号处理”是一门理论强、公式多、难理解的课程，在大班教学环境学下，如果学生不积极参与到教学活动中，则教学效果不佳。通过推行“学习共同体”思想，激发学生学习的内在主动性，通过形象化教学，提高学生学习的外在兴趣点，以达到学好、学透“数字信号处理”这门课的目的。
参考文献：
[1]陈艳莲.高校大班教学存在的问题及教学方法的优化[J].教育与职业，2011，（12）：164-165.
[2]刘晓利.“特朗普制”教学模式与大班课堂教学的控制[J].计算机教育，2011，（12）：59-61.
[3]于化新，刘慧慧，谢鑫.大班教学问题与策略的探讨[J].当代教育论坛，2011，（6）.
[4]薛焕玉.对学习共同体理论与实践的初探[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007，（1）.
[5]薛昀，韩桂明，等.“数字信号处理”课程改革探讨与实践[J].电气与电子教学学报，2009，（6）：22-23.
[6]曹建玲，朱联祥，刘焕林.“数字信号处理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，（20）：75-76.
（责任编辑：刘辉）