关于数字信号处理课程教学改革的研究与实践

　　一引言
　　近些年，辩论式教学模式越来越受到人们的青睐，因为文科具有不明确答案的学科特点，便于应用辩论式教学模式，因此辩论式教学模式被广泛地应用在文科的教学领域。例如，历史课上以辛亥革命是否成功了作为辩题展开讨论，政治课上提出小悦悦事件折射的是法律的不完善还是还是人性的丑陋这一辩题等。然而在理科的教学领域，辩论式教学在近些年也已被提出，但多为伪开放性的辩题，即答案仍然唯一确定，而让学生在未了解答案前进行辩论。除此之外，辩论式教学模式在理科教学领域的应用与其在文科教学领域的应用相比，也还是相对少见的，而将辩论赛引入到理科教学当中至今还未见报道。
　　二理科教学引入辩论式教学的意义
　　在我国传统的理科教学模式下，老师向学生传授书本上固定答案的知识，而学生不需要独立的思考和一定程度的理解，接受的是明确答案的培养，也就是传统的应试教育。传统教育模式实施已久，虽有标准化的优势，但仍然存在诸多不足。例如，在2015年7月的第56届国际奥林匹克数学竞赛中，中国选手获得了4金2银的好成绩，其实自我国1985年参加国际数学奥林匹克竞赛以来，比赛成绩一直名列前茅，位冠亚之列。然而，直至27年后的2012年才有中国人获得诺贝尔奖，30年后的2015年才有中国人获得诺贝尔科学奖。为何标准化的竞赛成绩如此之好，而创新研究性的诺贝尔奖来的却如此之晚？这样的结果值得我们深思。原因很简单，奥林匹克竞赛是有标准的，有唯一明确的答案，而诺贝尔奖却是开创思考，发散性的。中国人所欠缺的正是创新性和开放性的思维。当今社会需要高素质和高水平的创新型人才，大学生毕业后的自主择业更是要面临优胜劣汰的残酷现实，所以对大学生发散创新思维的培养已经成为国家高等院校的当务之急，同时，加强对发散创新思维的培养也是对传统教学模式的补充，而将辩论式教学模式引入理科教学当中就是培养大学生发散创新思维的方式之一。
　　三课程教学改革研究
　　数字信号处理是20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速崛起的一门新兴学科。数字信号处理是通信工程、电子信息工程、自动控制工程等专业必修的一门核心基础课程，在整个课程体系当中占据着非常重要的地位，因此加强改革数字信号处理课程具有十分重要的意义。数字信号处理课程主要是研究数字信号处理理论的基本概念和基本分析方法，课程本身理论性较强，涉及的数学公式推导较多，概念比较抽象不易理解。在传统的教学模式下，老师通过建立数学模型和适当的数学分析处理，把课程的重点放在数学分析、公式推导和案例分析部分，以此来展示这些理论和方法的实际应用，便于学生理解复杂的理论和抽象的概念，为后续课程的学习奠定扎实的基础。但是，这种教学方式由于答案的确定性导致知识系统刚性边界，为培养学生发散创新性思维，故将辩论赛引入数字信号处理课程。
　　1主要辅助作用
　　辩论赛前，老师给出一个开放式课题作为辩题，没有标准答案，学生按照前期在课堂上所学的知识以及平时的知识储备做出判断，选择持方。在比赛的前期准备阶段，学生需要完成的是课外的自学过程。整个辩论过程自由而开放，只有在这样更加开放和自由的环境下才能激发出学生的发散创新思维，因此此项活动可以实现对学生发散创新思维的培养，弥补传统教学模式的不足。
　　2次要辅助作用
　　辩论赛这种特殊的形式既可以增加课堂的趣味性，也可以在许多方面促进学生成长。例如，使学生的思维更具逻辑性，语言表达更具艺术性，增强学生的应变能力，提高学生的团队合作能力等。同时，通过辩论赛的方式，老师可以间接检验学生对知识的掌握情况，也可以使老师更好地发现教学过程中是否存在让学生产生误解的地方，因此将辩论赛引入数字信号处理课程可以增进老师对学生学习情况的了解，更是一种很好的检验教学成果的方式。
　　四实践效果
　　此次对东北师范大学物理学院电子电气专业正在学习数字信号处理课程的三年级学生进行了教学模式改革实践。在老师完成正常的教学任务后，向大家提出了进行学术辩论赛的想法，同学们对此充满了好奇与期待，参与的热情也是格外高涨。本次比赛的辩题为模拟技术是否会被淘汰？同学们根据自己的理解，任意选择持方，其中正方四人，观点是模拟技术终将被淘汰；反方四人，观点是模拟技术永远不会被淘汰。因为是学术辩论赛，所以会在经典辩论赛形式和流程的基础上稍作改动。辩论双方各由一辩、二辩、三辩、四辩四人组成，组成环节为一辩陈词、双方攻辩、一辩小结、自由辩论、总结陈词、观众提问六个环节。辩论赛有两周的前期准备时间，在此期间，同学们上网搜索了大量与此相关的资料，例如：模拟技术和数字技术的优势及缺陷；模拟技术及数字技术的应用领域；模拟技术及数字技术在生活中的应用情况，等等，从中摘选出自己所需要的材料，做好充分的准备。
　　比赛当天，担任评委的为两位研究模拟技术的老师、两位研究数字技术的老师以及一位数字信号处理课程的老师，辩手双方各4人，主席1人，工作人员3人，观众（在读学生）30余人。比赛进行过程中，双方辩手几乎完全脱离了事先准备好的纸质材料，展现出自己十足的热情和信心，根据自己理解和体会，整理思路，组织语言，简明扼要地表达并证明自己的观点。其中最为精彩的当属自由辩论环节了，双方辩手各执己见，你来我往，互不相让，可谓是一方攻守兼备，一方滴水不漏。精彩的自由辩论也将比赛推向了白热化阶段。双方四辩总结陈词后，观众们也参与其中，对刚刚比赛中辩手们的观点及论证提出问题，辩手针对观众的提问予以解答。至此，此次学术辩论赛的辩论部分就告一段落了，评委老师根据双方团队在比赛中的表现（陈词、攻辨、攻辨小结、自由辩论、总结陈词、回答观众提问）和综合印象（语言风度、团体配合、临场反应）给出团体分，根据辩手的表现（语言表达、整体意识、辩驳能力、美感风度、综合印象）给出辩手个人得分，以此判定获胜团队及各队最佳辩手。最终，正方以他们完善的知识储备以及完美的团队配合获得了辩论赛的胜利。赛后，评委老师们对本场辩论赛以及此次的教学模式改革给予了极高的评价，他们也在比赛当中看到了同学们在课堂上不曾展现出的专注和热情，并鼓励学生积极参加此类活动。
　　五学生反馈及改进方向
　　几位辩手表示，学术辩论赛的举办非常的新颖，具有趣味性和创新性，本身内容复杂难度高的课程，通过这种方式不仅能快速掌握好课程的基本知识，并且带有思考目的性地阅读大量文献资料也帮助自己获取了许多书本以外的相关知识。这样的活动可以带动学生积极主动地思考，还可以有效地锻炼学生的赛场心态、表达能力和思维组织能力，是一项极佳的思维发散型创新活动。
　　并且几位同学还认为，如果可以同时开办多场，或将更多同学分配进两队，适当调整比赛架构和流程，可以更好地增进交流和学习，让每一位同学都真正地得到锻炼。观众们则表示希望自己也可以得到这样的机会参与到这样的活动中来，这对课程的理解和掌握具有十分重要的意义。总之，综合几位老师和同学们的意见和建议，此次帮助同学们开创发散创新性思维的教学模式改革很成功，一方面帮助同学们通过查阅文献并独立思考、赛场上互相反驳找出问题并寻求解决办法的方式，更好地掌握课程内外所需要的专业知识，增加对于知识理解的思维广度和思考深度，起到培养学生的发散创新思维的作用。另一方面，该活动更可以培养同学们知识以外的个人综合素质，如赛场心态、速想速记、逻辑思维及语言表达能力。并且在汲取了老师及同学们的建议之后，我们将设法用更好的比赛架构和流程及相关规划，争取让更多的同学参与其中，让同学们有更多的时间多学习并思考相关内容，以达到我们帮助同学们培养发散创新思维的目的。