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第18章 精品课程建设(3)

首先我们要制定培养和打造国家级、省级、校级教学名师的规划,并在此过程中锻炼我们的队伍;要创造条件使更多的青年教师晋升高级职称,改变我们教授、副教授严重不足的局面;要坚持教授、副教授百分之百给本科生上课的原则;规定每一位教授一学期至少要听3位青年教师的课,对青年教师进行帮助和培养;要请校级教学名师上示范课;请国内外知名的科学家、专家教授作讲座;我们还要鼓励青年教师申报科研课题,积极参加科研,通过科研促进教学;要恢复助教随堂听主讲教师的课并协助主讲教师上好习题课的助教制度;学院教学质量小组要继续跟踪和监控教学质量,规范教学信息反馈制度等等。

为建设我们的师资队伍,我们还要继续开展“青年教师系列研讨课”活动。这个活动对提高青年教师的授课水平起到了很好的作用。青年教师选择自己认为最能展示个人讲课风格与魅力的一堂课内容,向所有工科数学教师开设公开课,讲完后大家品头论足,点评其成功的地方,同时也指出处理得不恰当的地方。同事之间、年青教师与老教师之间,互相切磋,共同研究,这样就强化了教师的团队合作意识,以形成精品课程教师群体所特有的精神风貌,使这个群体的思想、学识、行为、理念、追求、人格、情操、魅力被综合地反映在他们的教学实践和教学活动中,从而使教学质量稳步提高,实现可持续发展。

四、举办多种形式的教研活动,营造良好的教风、学风

近年来学校狠抓了“3+6”基础课教学质量,狠抓学风和教风的建设,我们应用数学学院在校领导和教务处的支持下,始终坚持举办全校性的数学竞赛、数学建模竞赛,举办工科数学疑难分析讲座,促进学校的学风和教风建设。这些系列讲座受到了学生热烈的欢迎,成为电子科大一道靓丽的风景。它提高了学生的学习兴趣,唤醒了学生的创新意识,激活了学生的竞争心理。在精品课程建设中,我们要利用这种品牌效应,重拳出击,采取更多、更好的教学形式,举办更多、更好的教学活动,营造良好的教风、学风。

1.启动网上工科数学辅导答疑系统

修改和完善工科数学辅导答疑系统,并尽快投入使用,使学生主动地学习,以加强教学循环和教学信息反馈,同时缓解教师数量不足的矛盾。

2.继续深入举办工科数学疑难分析讲座

在数学学院范围内选拔有丰富教学经验的优秀主讲教师、教学名师为全校学生分章节作疑难分析讲座,疑难分析的内容主要选择历年来硕士研究生的入学考试题。要加大在疑难分析课上与学生交流的力度,允许学生当堂提问。

3.举办全校性的数学文化讲座

以学术报告和公开讲座的形式来探讨和传播数学文化。南京财经大学应用数学系教授、学科带头人、全国师德先进个人王庚指出:“数学文化是人类文化的重要组成部分。但是长期以来,数学成了一种看不见的文化却是众所周知的。”事实上我们理应“介绍数学发展的历史、应用和趋势,注意体现数学的社会需要、数学家的创新精神、数学科学的思想体系、数学的美学价值,以帮助学生了解数学在人类文明发展中的作用,逐步形成正确的数学观,并使之成为正确世界观的组成部分”。所以举办全校性的数学文化讲座很有必要。

4.举办工科数学学习方法讲座

5.聘请外校的知名数学家讲他们自身学习数学的体会和成才的过程

譬如前年国家数学教学名师马知恩教授来学校作的“怎样做一位受学生欢迎的教师”的报告就十分精彩。

五、结束语

《微积分》精品课程建设是一个系统工程,各重点院校的《微积分》课程的实力都很强,所以我校冲击《微积分》国家级精品课程的道路一定是充满困难和艰辛的,但我们愿意在这个过程中接受考验,体会这个过程给我们带来的挑战、痛苦和快乐,相信一定能获得成功。

对《数字信号处理》课程改革的构想

杨鍊蔡竟业朱学勇

【摘要】《数字信号处理》是相关专业本科生培养中,继《信号与系统》、《通信原理》、《数字逻辑》等课程之后的一门专业技术课。目前在本课程的设置中存在着较明显的理论和实践相脱节的问题,使得学生在学习后无法将从本课程所学知识很好地与具体实践相结合。本文就这个问题展开讨论,并提出一个关于本课程改革的构想。

【关键词】数字信号处理课程设置改革

一、《数字信号处理》课程的现状

本课程是相关专业本科生培养中,继《信号与系统》、《通信原理》、《数字逻辑》等课程之后的一门专业技术课。数字信号处理的英文缩写是DSP,它包括两重含义:数字信号处理技术(Digital Signal Processing)和数字信号处理器(Digital Signal Processor)。

目前我们对本科生开设的《数字信号处理》课程大多侧重在处理技术方面,由于课时安排和其他一些原因,通常的特点是注重理论推导而忽略对具体实现技术的介绍,最后导致的结果就是学生在学习了《数字信号处理》课程之后不能把所学的理论知识与实际的工程应用很好地联系起来。例如,他们在做毕业设计时,可能对学过的相关内容无法用具体的手段来实现,或者由于当时没有与具体实际相挂钩来理解而根本就忘记了。

我们相信,开设本课程的根本目的应该是让学生在熟练掌握数字信号处理基本原理的基础上,能结合工程实际学习更多的DSP实现技术及其在通信、无线电技术中的应用技能,这也是符合DSP本身的二重定义的。学生通过本课程的学习,将来应该能从事数字信号处理方面的研究、开发、产品维护等技术工作。很多学生在大学四年学习过后都有这种反思:到底我在大学学到了什么呢?难道就是一些理论知识吗?我们将如何面对竞争日益激烈的社会呢?

二、课程组在《数字信号处理》课程上所做的工作

课程组在本课程的设置上是本着国家精品课程的建设理念,从“一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理”几个方面入手来进行实施的。

课程组现有教师11人,来自不同的系和重点实验室。职称结构合理,博士生导师1位,教授3位,副教授3位,讲师(工程师)4位,助教1位;年龄结构合理,60岁以上1位,50~59岁1位,40~49岁3位,30~39岁3位,30岁以下2位。全部青年教师都是硕士或(在职)博士。在我们课程组中,既有长期从事教学工作、有丰富教学经验的老教师,也有长期从事科研工作、有丰富科研积累的中年教师,还有极富朝气的年轻教师。合理的课程组结构,在学识、经验、积极性和激情上都起到了很好的互补作用,为搞好课程建设打下了坚实的基础。

其次,在教材选取上,我们认为要保证内容的先进性与科学性,又要有利于双语教学。通过检索和比较,课程组最终决定选用美国加州大学圣芭芭拉分校Mitra教授的《Digital Signal Processing—A Computer Approach(Second Edition)》作为教材(美国McGraw-Hill出版社2001年出版,清华大学出版社同年影印出版)。

在课程教学大纲的制定和教学内容的取舍上,我们结合学校的实际情况并参考了国内外著名大学的做法。课程组一方面组织老师们认真阅读和研究教材,讨论教学大纲和教材内容的取舍、电子教案的制作原则以及实验内容、手段、组织等;另一方面也仔细浏览了国外使用该教材的大学的有关网页,下载了大量的教学资料;并和Mitra教授本人建立了直接联系,得到他的许多帮助。在教学方法上面,我们确定的教学理念是:夯实学生基础,拓宽学生思路,提倡互动、自主研究型学习;注重学生自学能力、工程素养和创新精神的培养,强调教学与实践结合;积极采用现代化教学手段以提高教学效率;在双语教学中按照实事求是的原则,以课程内容的学习作为最基本和最重要的要求。

课程组要求老师们积极采用现代化教学手段,提高教学效率。其中包括:(1)全面采用全英语电子教案,课程组鼓励每位上课教师制作和使用既符合大纲要求、又具有自己特色的电子教案;(2)教学要求和电子教案在网上公布;(3)利用教师的个人主页和邮箱答疑或讨论;(4)利用电子邮件递交和批改作业。课程组还在学校现代教育中心的网络平台上,建立了《数字信号处理》课程网站,开放所有教学资源。通过我们课程组全体老师的不懈努力,《数字信号处理》课程终于在2004年2月被评为首批“国家精品课程”,也算取得了一定的成绩。

三、课程组在《数字信号处理》课程设置上面临的问题

下面就课程组在本课程设置上的一些具体问题再进一步谈谈我们的想法。

课程组在48个学时的课程安排上,对时域离散信号的时域和变换域处理以及两种滤波器(IIR和FIR)设计方法的基本思想进行重点介绍,而后面与实现相关的内容,如有限字长效应及一些有用的数字信号处理算法都作为了选讲部分。我们在每一章中都加入了基于MATLAB软件实现的一些内容,目的是让理论不要变成纯理论,在有限的课时里尽可能地加强学生对实现技术的认识,锻炼他们把理论应用到具体实现中的能力。

我们学校还有一个美国德州仪器公司与电子科大联合建立的DSP培训中心,为弥补《数字信号处理》课程中忽略具体实现技术的缺陷,我们为学生在四年级上期时开设了一门选修课程《DSP技术》。在这门课程中,我们以已有的理论为基础,重点介绍数字信号处理实现平台——数字信号处理器和一些具体可用的实现算法。整个课程课时设置为32个学时,包括22个学时的授课和10个学时的上机实验。学生在这门课程的学习中将加强对以前所学的数字信号处理理论的认识,并有机会接触到很多具体的数字信号处理算法和处理器知识,而且还要动手在数字信号处理硬件平台上编程来实现各种算法。

从上面可以看出,课程组对《数字信号处理》课程的建设还是算比较成功的,是符合这门课程本身的要求的。但是我们通过几年的教学实践发现,在具体操作中仍然存在着很多的问题。

首先,在本身就只有64个学时的《数字信号处理》课程中加入MATLAB实践环节显得比较紧张。我们在教学中发现,因为没有太多的时间在课堂上为学生逐一讲解和演示MATLAB程序,导致学生对MATLAB的应用没有引起足够的重视,所以没有能很好地达到通过运用MATLAB进行实践锻炼的目的。当然,这个问题我们课程组正在努力地通过适当增加课时和提高学生的重视程度加以解决。

其次,使用MATLAB作为加强实践的手段只是一个方面,因为MATLAB毕竟只是一种仿真工具,它距真正的实现还是有一定的距离。要真正加强学生对DSP技术的理解,还得让他们接触可以处理实际信号的数字信号处理系统,通过一些处理算法的实际实现来增强他们的认识。例如在《数字信号处理》课程中介绍了FIR滤波器的设计,书上给出了很多的公式和图表,但是学生却不能建立它与实际信号处理的联系,即使他们通过在MATLAB中编程设计出了FIR滤波器,得出了FIR滤波器的系数,但却很可能不知道这些系数究竟是用来干什么的。

《DSP技术》课程实际上就是用来解决这些具体的实现问题的,通过在本课程中利用实际的数字信号处理平台编程对这些系数加以利用,对实际的信号进行处理并通过一定的手段加以观察,便可以让学生对这些理论有更深刻的印象和认识。但是它的安排却存在两个问题:一是它是一门选修课程,许多学生会因为时间关系或没有能够充分认识到它的重要性等原因而不去选它;二是它的开设时间与《数字信号处理》课程之间相隔太久,学生在选修时可能已经把以前学的理论知识忘记了,而在《DSP技术》课程中是没有时间重复这些知识的。所以可以看出,虽然我们做出了很多努力来达到《数字信号处理》课程的教学目的,但是最后的效果却不尽如人意。

四、对本课程设置改革的构想

关于如何更好地建设《数字信号处理》这门课程,除前面谈到的成功建设经验以外,笔者认为还应该从课程设置上来改变现有的模式。

将《数字信号处理》与《DSP技术》合并成为一门课程《数字信号处理——理论及实现技术》,共设置80~85学时。课程的开始用40~45学时介绍数字信号处理的基本理论;然后用5~10学时介绍如何用MATLAB实现一些基本的算法,如FFT、FIR和IIR滤波器设计等;接下来选择一种数字信号处理器作为实现平台进行介绍,比如TI公司的TMS320C54x系列芯片,包括该处理器的硬件和软件系统,耗时控制在5~10学时左右;最后利用这个硬件平台对前面已经讲解的基本算法进行实现,尽量让学生自己动手做实验,并对实验结果进行分析,从而加深对理论的理解。如果有条件,还可以在后续的课程设计实践中让学生自己动手设计一些比较小型的算法并编程实现。

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