前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的数字信号处理课程抛锚式教学方法研究，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
【摘要】本文针对学生在“数字信号处理”课程中自主学习热情不高、畏难情绪较重的问题，提出了抛锚式教学法。通过情境设置解决了学什么、何处用、如何用等几个学生最为关切的问题，有效实现了“做中学、乐中学”的效果。
【关键词】教学改革；建构主义；抛锚式教学法；能力培养
1课程地位、作用与特点
“数字信号处理”是国内外高校为电气信息类专业本科生开设的一门专业基础课，也是信息与通信工程学科硕士研究生入学必考课。该课程能帮助学生建立起数字信号的基本概念，学会数字信号的时域和频域处理方法，对信号处理系统中的重要单元—数字滤波器建立起基本概念并学会数字滤波器的设计、实现方法。“数字信号处理”是一门理论性、工程应用性都很强的专业基础课程。无论是从本院学生的调查问卷看还是从国际互联网专业论坛上的提问看，学生对该课程的普遍印象是理论多、涉及面广、内容枯燥、课程内容难以应用到实际等。学生的这种直观感受直接影响到他们学习这门课的兴趣与效果。
2抛锚式教学法的内涵与锚的特点
2.1抛锚式教学法的内涵
“抛锚式”教学是基于建构主义的一种情境教学模式。以“锚”（问题）为主线，以教育技术为基础，以“脚手架”（知识、信息源）为支撑，以镶嵌问题为补充，以合作学习为途径，以解决问题为目的的一种教学模型（范式）[1]。建构主义认为，知识不是通过被动接受而获得的，而是由求知者在一定的条件下，借助他人的帮助，主动建构起来的；知识的建构是个体在与环境的交互中，通过新旧经验的相互作用而实现的。可见，建构主义学习理论强调学生学习的主动性和情境性。
2.2锚的特点
根据建构主义学习理论，设计锚或设置情境是建构主义学习理论中教师工作的核心，设置的情境至少应具备如下3个特点。（1）设置的情境必须服务于教学目标。无论采用什么样的教学方法，其目的都是实现教学目标，抛锚式教学方法也不例外[2]，设置的情境通常是实现教学目标的背景或引子。因此，设置的情境或“锚”应涉及教学目标所要求的主要内容，至少从设置的情境能很顺利地推演到教学目标所要求的内容。（2）设置的情境必须考虑到学生已有的知识。为保证通过协作学习、会话交流、意义建构等环节能达到教学目标的要求，设置的情境除应紧贴教学目标要求外，还应尽量选择学生熟悉的场景，至少概念或流程是熟悉的。目的是从心理上降低自主学习的难度，同样也是为了在有限的时间内实现教学目标。也就是说，需要综合课程学习目标和学生已有经验设置情境，既要让学生有认知冲突，又不能给学生无从下手的感觉。（3）设置的情境任务要能给学生带来获得感。当学习一个新的知识时，学生最自然想到的几个问题包括这是什么、能用在哪儿、如何用。其实这几个问题往往能在典型工程应用中找到满意的答案。若他们在学习过程中能完成具体的工程项目，哪怕是一个简单的重现，也会让学生感受到很大成就感或满足感，也容易激发他们的求知欲和自主学习热情。
3抛锚式教学方法在课程中的应用
离散傅里叶变换（DiscreteFourierTransform，DFT）是数字信号处理中非常重要的一个内容，包括DFT定义、性质、应用和快速算法等知识[3]。一般教材中，这部分的呈现形式就是公式接公式。一见到这些，按照学生自己的说法就是一个头两个大，更没有学懂、会用的信心.就DFT的应用，笔者设置了这样一个锚—“你拨的号码我知道”[4]，具体来说，就是要用DFT实现双音多频（DualToneMultipleFrequency，DTMF）信号的检测。
3.1电话网中DTMF信号简介
DTMF不仅能用于传输电话拨号，还广泛应用于交互控制中，如语音菜单、语音邮件、电话银行和ATM终端等，因此是学生非常熟悉的一种应用。图1为一个完整的电话键盘布局，有10个数字6个符号，通常所用电话键盘没有最后一列。键盘上每个数字（符号）在发送和接收时都用两个单频（单音）信号表示，如数字6在拨号中用频率770Hz和1477Hz的两个单音表示。CCITT中规定，接收/发送率为每秒10个DTMF信号，代表数字（符号）的音频信号至少持续45ms，但不得超过50ms，电话信号的抽样频率为8kHz。
3.2锚的设定
DFT专题设置了“你拨的号码我知道”这样一个锚，具体来说就是要用DFT实现DTMF信号的检测。要检测电话网络中任一时刻传送的电话号码，就要用DFT检测出此时信道中传输的是哪两个单频信号。要完成上述功能，需要掌握DFT含义、DFT分析信号频谱的可行性、频率分辨率、截断效应等相关知识，并能进行合理运用，最终回答是什么、何处用、怎么用的问题。
3.3支撑信息的获取
分析出了任务需求以及要突破的理论和技术难点，辅以适宜的获取形式，便为任务的完成奠定了坚实的基础。DFT的含义及性质由教师通过精讲帮助学生们建立基本的概念，如DFT分析信号频谱的可行性、频率分辨率含义及决定因素、包括截断效应在内的DFT分析信号频谱时误差呈现的形式与原因等相关知识，学生通过教师提供的教学微视频进行自主学习。
3.4情境任务—综合大作业
DTMF信号检测的实现软件由学生以小组为单位合作完成，并在课堂进行现场演示。用DFT实现DTMF信号检测的软件功能要求包括[4]：①能按照CCITT标准生成键盘上所有数字和符号对应的DTMF信号；②能对生成的DTMF信号进行频谱分析，并从频谱上印证DTMF信号与键盘阵列的对应关系；③能根据DFT分析出的频谱自动实现数字和符号的识别；④能演示信号截取长度与频率分辨率的关系；⑤能接受外部键盘输入，并能播放对应DTMF信号声音。
3.5学习效果验收在这个专题的最后一次课，会安排各个小组依次对他们的程序进行演示，以此作为自主学习积极性和效果的成绩评定依据。汇报演示是由各小组派代表的形式进行的，汇报内容主要是分享他们在软件功能理解、算法设计和程序编制与调试中的心得、遇到的问题、攻克困难的途径等。任课教师会对学生的汇报情况、学生提问情况、同组人员帮助解答情况进行详细登记，作为课堂参与情况的评分依据。同时，任课教师会根据课堂汇报演示、讨论的情况，对重点概念、好的做法进行评价和强调。
4抛锚式教学法给教师带来的挑战
从上述锚的设置和教学组织实施过程可以看出该方法在促进学生自主学习、知识建构和能力培养方面的优势。而为保证这样教学方法的顺利实施，任课教师要面对挑战如下。
4.1锚的设置与情境任务编制
教材内容通常是按照知识点逻辑关系呈现的，为帮助学生建立系统化知识体系，往往需要打破教材原有的编写体系，通过对课程教学内容按照框架体系化划分，并以专题的形式呈现。根据专题内容涉及知识点在工程实践中的典型应用设置锚（提出有助于知识点学习的问题应用），并编制详细具体的情境任务[5-7]；根据内容特点确定各知识点的学习形式，如精讲、自主学习等。
4.2参考程序编制
通过编制参考程序实际检查情境任务是否合理、实现复杂度是否超过学生目前知识能力、课程内容涵盖情况等内容，为进一步提高教学质量提供依据。
4.3考试方法改革
抛锚式教学法使得学生不再是知识的简单接收者，还促进了他们资料搜集能力、综述能力、设计方案搭建平台解决实际问题能力、数据分析能力、同学之间协作能力的提高。因此需要设置更为合理的考核指标，以对学生进行综合客观的评估，促进学生发现问题、用理论解决实际问题等能力的全面提升。教学实践中学习的验收手段，通常包括书面作业、算法研讨、仿真结果演示、文献综述等，更能体现对学生的学习能力和综合素质的全面考核。
5试用效果与总结
在最近几个期班的教学实践中，力求通过设置尽可能贴近工程实际的鲜活情境任务，让学生在项目实现过程中领悟到本门课程学之有用、学之能用、学之好用，并且从中奠定坚实的理论基础，培养基本的科学研究和工程实践的能力。除了在DFT专题学生自主实现了DTMF信号的自动检测外，他们还在序列基础专题学习中实现了立体声的构造：滤波器设计专题，干扰方同学在一段语音上混叠不同类型的噪声，被干扰方要分析出噪声类型并设计相应的滤波器来还原声音。整个过程以需求为牵引，以解决实际问题为目标，激发学生学习兴趣和解决问题的斗志，也明显看到他们做中学，乐中学的热情。从项目验收和学生反馈的信息看，知识点掌握更为牢固，理解更为深刻，知识应用能力和编程能力明显增强，达到了预期的教学方法改革目标。
【参考文献】
[1]姜小存．抛锚式教学的性质讨论[J]．科技创新导报，2012（6）：164-164．
[2]张会舍．“抛锚式”教学模式在任职教育理论课教学中的运用探究[J]．装甲兵技术学院学报，2016，32（4）：1-5．
[3]段艳丽，王敏，林永照，等．数字信号处理[M]．北京：电子工业出版社，2015．
[4]林永照，黄文准，李宏伟，等．数字信号处理实践与应用—MATLAB话数字信号处理[M]．北京：电子工业出版社，2015．
[5]林江勇，魏农建，段明明．项目教学：应用型教学模式的选择[J]．中国大学学报，2010（10）：33-35．
[6]郑伦楚，刘建清．基于研究的课堂教学模式改革实践[J]．中国大学教学，2010（10）：56-58．
[7]聂希芸．Matlab在数字信号处理教学中的应用[J]．玉溪师范学院学报，2011，27（4）：69-71．
作者:林永照 张群 樊昌周 梁佳 单位:空军工程大学信息与导航学院