項目驅動式教學在信號分析與處理課程中的實踐
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摘 要 算法實踐與應用是“信號分析與處理”課程教學活動中的重要環節，傳統的教學過程中存在學生理論應用能力差、實踐創新教學內容少、學生解決問題能力差等問題。針對相關問題，對信號課程的教學內容、教學過程、課程實驗、評價考核進行深入的探討和研究，運用項目驅動式教學模式，提升了學生理論應用水平和自主創新能力，對提升學生在工程實踐中應用理論知識的能力有著極大的促進。
關鍵詞 項目驅動 信號處理 教學實踐
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.06.045
Practice of Project Driven Teaching in the Course of Signal Analysis and Processing
WEI Dong， ZHANG Zhao
?。⊿chool of International Finance & Banking， University of Science and
Technology Liaoning， Anshan， Liaoning 114051）
Abstract Algorithm practice and application is an important link of teaching activities on the signal analysis and processing. There exist some problems in traditional teaching practice， students theory application ability is poor， less practice teaching content， the issue such as difference of students' ability to solve the problem. According to related problem， teaching content， teaching process， curriculum experiment， evaluation of the course of signal analysis and processing have been deathly discussion and research. Project driven type teaching mode was used in teaching practice， and the students' ability of application of theoretical knowledge in engineering practice has a great promotion.
Keywords project driven； signal processing； teaching practice
“信號分析與處理”課程是一門理論性較強的課程，強調培養學生的理論分析能力和工程實踐能力，在測控技術與儀器專業的人才培養目標中起著重要的作用。課程系統介紹信號分析、處理的基本概念、原理、技術、方法，與“自動控制理論”等課程配合，共同構成關于信號與系統的完整的工程科學基礎。
算法實踐與應用是“信號分析與處理”課程教學活動中的重要環節，它可以提升學生的理論應用能力和實踐動手能力。傳統的教學過程中存在學生理論應用能力差、實踐創新教學內容少、學生解決問題能力差等問題。[1]課題組充分分析了測控技術與儀器、物聯網工程等專業的行業崗位需求，據此對專業人才培養目標和課程教學大綱做了針對性修改，在教學模式中注重體現對工程素質和實踐能力的培養，在課程中引入項目驅動式教學并取得了良好效果，提升了學生理論應用水平和自主創新能力，對提升學生在工程實踐中應用理論知識的能力有著極大的促進。
1 信號分析與處理課程教學面臨的問題
?。?）教學內容偏重理論分析，不重視實踐應用。教材內容側重理論分析和推導過程，對理論應用于實踐的內容講述不足，課程內容對學生缺乏吸引力，未能導入貼合學生接觸層面的前沿技術動向和工程應用案例。（2）學生缺乏主動學習意識，自主學習能力較弱。教師作為課程主體是傳統教學過程的核心，教師完全主導教學內容，學生無法決定具體講授什么內容，在灌輸式的教學過程培養下，學生逐漸習慣于被動接受，對主動學習完全沒有概念。（3）學生實踐能力差，難以獨立解決問題。實驗環節中，教師指導學生的過程中大多針對某個具體地知識點，而且受實驗時間的限制不能給學生足夠的獨立思考時間，多數都是以驗證實驗結果為主，學生解決問題和分析能力難以得到鍛煉。（4）教學模式缺乏創新，沒有有效的教學互動。課堂教學中教學內容往往是教師根據教材章節順序設計，對教材內容的使用缺乏創新性，教學環節中學習效果反饋機制不健全，無法與學生產生有效的溝通互動。（5）考核評價體系不完善。課程考核中多采用筆試為主要形式，以考試成績作為評價學生最終成績的主要標準，而實踐學習效果評價和考核所占比重低，且對學生的應用能力和創新能力缺乏有效評價。
2 項目驅動式教學的特點
項目驅動式教學與傳統式教學方法不同，它要求在實際教學過程中必須發揮學生主觀能動性，使得理論學習與實踐能夠有機結合。[2]項目驅動式教學以學生為中心、以項目為載體、以成果為驅動、以實際情景為學習環境，在學校環境下盡可能模擬企業項目的開發流程。教師組織和引導學生在教學過程中自主研究，通過積極投入實際項目任務的設計和開發，學生可以深入理解所學專業知識，并充分了解相關知識的實際應用。[3]
項目驅動式教學與任務驅動教學方法不同?！叭蝿镇寗印苯虒W法，是教師或者學生根據某一個教學環節或內容的要求，以完成具體任務為線索，把教學內容融入到設定的任務中，通過教師的指導或則學生自主提出解決問題的思路和方法，并進行實際設計或操作以完成相應的任務。[4]它更細化到某一技術環節，相比項目驅動式的整體性略差。項目驅動教學模式更注重課程教學內容的綜合性和完整性，應當以實際工程項目需求為基礎，組織學生建立項目小組，分工協作完成項目，達到學以致用的目的。項目驅動式教學特點包括以下幾方面： ?。?）教學內容方面：以完成具體的項目內容為基本要求，不限于個別知識點的介紹和考查，以具體的項目要求布置相應的任務，由學生分組合作完成，通過項目完成的過程使學生不斷提高知識應用能力。
?。?）教學方法方面：注重教師的引導，強調學生自主學習能力，教師不提供完整解決方案和實現方法，而是使學生根據項目需求主動學習，分析問題解決問題，使學生實現從學會到會學的轉變。
?。?）能力培養方面：不僅需要注意學生實踐能力的培養，還要培養學生的創新精神和團隊合作精神。學生項目的完成過程中，學會獨立思考問題、探索合作解決問題。教師則引導他們進行討論和交流，在合適的時候給出意見和建議，使學生學會分工協作，鍛煉團隊合作意識。
（4）指導思想方面：項目驅動式教學的指導思想應是以學生為中心。項目小組組建后，項目調研、確立方案、任務分解和設計、實際制作與調試以及結題報告的完成，都應由學生為主導自主進行，教師僅僅做適當的指導，讓學生完全自主，可以使學生的創新實踐能力和團隊協作能力得到充分鍛煉。同時，要注意根據學生的個體情況差異進行個別指導，真正因材施教，在實踐教學過程中注意形成雙向互動。
3 項目驅動式教學的實踐
3.1 項目內容的確定與設計
項目內容的合理設計是取得良好教學效果的關鍵環節，項目內容既要涵蓋理論知識又要和工程實際應用結合，所選的項目內容來源于生產實際需要或模仿實際需求，以實際生產過程為中心，選取具有典型性和案例型的項目任務。針對項目任務的具體需求，教師幫助學生逐個分析項目中的重點難點問題，教師先為學生具體演示實驗操作方法和步驟，增加學生直觀感受，同時為項目教學建立相應的學習情境，以便提高學習熱情和效率。
項目分解也是非常重要的一個環節，每個項目子任務都要與相應理論知識對應，任務設計和理論知識學習可以同步進行，學生在做項目的過程中加深對相應知識的理解。以信號分析與處理課程為例，課程講授的內容主要包括：連續時間信號的頻域分析、離散傅里葉變換（DFT）及FFT快速算法原理及應用、模擬濾波器設計、IIR數字濾波器及FIR數字濾波器的設計等。結合學校行業背景和專業特色，選取機械設備振動信號分析、流行歌曲人聲信號消除等為項目內容，要求完成信號頻譜分析、特定頻率成分篩選、快速算法計算量對比等工作。
3.2 項目驅動教學法實施方案
項目驅動教學法中，用項目把整個教學內容貫穿起來，授課順序根據項目所需的知識點組織單元教學，所需基本知識和能力穿插在各子任務過程中完成。教師在課堂授課時，演示整個信號的獲取和處理過程，讓學生熟悉各個環節的組成，體會不同處理后的效果，引起學生興趣，然后介紹每種處理用到的知識，將整個項目進行分解。具體實施過程中分為以下幾個階段開展：
（1）確定項目小組。根據教師擬出的一個或數個可供選擇的項目或來自學生的想法所形成的項目，與學生討論、確定項目的目標和任務，學生根據各自擅長的領域和分工自發組成項目小組，每組成員3～4人，內部協商確定小組負責人，在教師給出的項目中選擇教學項目，并與教師確認所選項目的具體要求及評價標準。
?。?）制定工作計劃。由項目小組制定工作計劃，確定工作步驟和程序，明確任務分工和要求，確定任務完成時間點。
?。?）組織項目實施。項目小組安排完分工任務后，小組成員協作或獨立完成項目，具體工作步驟和程序由小組負責人安排和掌控；實施過程中，教師做好指導工作，側重于引導學生自己思考和解決問題，而不能直接提供完整解決方案。
（4）階段匯報與進度展示。與實際項目開發過程相對應，教學項目研發的評價和考核也應根據項目進展同步進行，各小組按期完成階段性目標，教師定期組織項目交流，對項目進展和出現的問題進行分析講解。
（5）撰寫結題與總結報告。整個任務完成后，每個學生撰寫總結報告，小組撰寫項目結題報告，教師組織答辯，聽取學生對項目情況的介紹并做出評價。
3.3 課后拓展提高與考核監督
設計過程的各階段，教師都應監督學生設計完成情況和小組各成員的表現情況。結題時教師根據立項時確認的項目任務書，考核項目完成情況，給出評價結果和成績，并提出針對性的改進意見和建議。項目考核的重點是系統設計的功能是否實現，并以答辯的形式就項目中的問題對學生進行考核?？己撕驮u價采用綜合方式進行，主要包括：（1）項目過程表現評價。根據學生在小組中的作用，所負責任務的具體完成情況，與小組成員的協作情況，對學生表現進行評價。（2）文檔撰寫質量評價。項目文檔的撰寫需要貫穿整個項目，各個階段的項目進展均以文檔形式體現，根據學生提交的文檔，評價學生文檔撰寫是否規范，文檔是否齊全。（3）項目完成情況評價。采用答辯的方式對學生的整個項目進行評價，完成效果是否達到設計目標。（4）團隊合作情況評價。每個學生對自己小組其他成員參與項目的情況做出評價，教師通過過程監督和答辯等環節對學生合作情況進行評價。
4 結語
高等工程教育應當體現工程本質，項目驅動式教學符合工科專業人才培養目標，能夠充分體現以學生為本、以培養目標為核心，對學生的工程實踐能力培養具有極大的促進作用。通過信號分析與處理的課程教學實踐表明，項目驅動式教學以學生為主體、教師為主導、項目為主線的教學方式，能夠將教學內容與生產實際需求相結合，將課堂的理論知識與實際項目需求相結合，促使學生在項目研究過程中提升自身實踐能力和水平。
基金項目：本文系遼寧科技大學創新創業專題教改項目（GJ18YB04）的研究成果
參考文獻
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[2] 賀偉，李鳳.基于項目驅動式教學的《Java面向對象程序設計》課程實踐[J].計算機產品與流通，2019（1）：263-264.
[3] 李利，陳剛，田雪蓮.項目驅動在“數字信號處理”課程教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2015.34（12）：168-170.
[4] 胡勁松，張亮，黃海軍.項目驅動的啟發式教學在軟件工程課程中的應用[J].計算機工程與科學，2016.38（S1）： 228-231.
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