李燦 周作建

[摘 要] 當(dāng)前我國高校正在并大力推行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式改革。課堂教學(xué)離不開“教”與“學(xué)”的互動，教學(xué)的最終目的是將知識應(yīng)用于實(shí)踐。如何將教與學(xué)進(jìn)行良好結(jié)合是以學(xué)生為中心教學(xué)的基本準(zhǔn)則，也是后期知識應(yīng)用于實(shí)踐的前提。通過實(shí)際參與“生物醫(yī)學(xué)信號處理”課程的講授，觀察學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)，以及與教師的互動等，筆者深刻感受到課堂教學(xué)離不開教與學(xué)的互動，教師如何將教與學(xué)良好結(jié)合是以學(xué)生為中心這一教學(xué)模式能否順利實(shí)施的關(guān)鍵。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)改革;以學(xué)生為中心;教學(xué)模式探索

[基金項目] 2018年度國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“中醫(yī)現(xiàn)代化研究專項”（2018YFC1704400）

[作者簡介] 李 燦（1989—），女，江蘇豐縣人，博士，南京中醫(yī)藥大學(xué)人工智能與信息技術(shù)學(xué)院講師，主要從事生物醫(yī)學(xué)信號傳感研究;周作建（1976—），男，江蘇連云港人，博士，南京中醫(yī)藥大學(xué)人工智能與信息技術(shù)學(xué)院研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事服務(wù)推薦、物聯(lián)網(wǎng)與智能醫(yī)學(xué)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）32-0095-04? ? [收稿日期] 2020-12-21

一、引言

對中醫(yī)院校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的學(xué)生來說，“生物醫(yī)學(xué)信號處理”是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)好這門課非常重要。然而，中醫(yī)院校學(xué)生的知識基礎(chǔ)與工科院校學(xué)生相比存在一定差距，如缺少“信號與系統(tǒng)”課程的深入學(xué)習(xí)，對相應(yīng)模擬信號的處理方法了解較少。“生物醫(yī)學(xué)信號處理”是以生物醫(yī)學(xué)信號為處理對象的課程，最終的應(yīng)用主要是處理各種醫(yī)學(xué)信號，其所依托的理論方法均來自“數(shù)字信號處理”這門課。眾所周知，“數(shù)字信號處理”是一門理論性很強(qiáng)的課程，具有內(nèi)容抽象、公式繁多、理論性強(qiáng)及應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)[1]。在教學(xué)過程有限的課時內(nèi)，教師很難將復(fù)雜的概念和理論講解透徹，如單位抽樣響應(yīng)與卷積和、不同形式的傅里葉變換、IIR濾波器和FIR濾波器的設(shè)計等，學(xué)生也很難有效掌握這些復(fù)雜的理論知識，更難說加以利用。退一步講，就算教師在理論講授過程中做到概念清晰明了，但理論知識與具體應(yīng)用還存在一定差距，在學(xué)生具體應(yīng)用時極大可能出現(xiàn)不知如何利用所學(xué)理論知識和方法解決信息處理中的實(shí)際問題的現(xiàn)象。此外，在將數(shù)字信號處理應(yīng)用于科學(xué)研究和工程時，大量煩瑣的計算造成數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用出現(xiàn)工作量龐大的問題。

迄今為止，很多研究者提出了將Matlab應(yīng)用于課程的教學(xué)研究[2]，旨在通過Matlab的信號仿真功能輔助教師的教學(xué)，幫助學(xué)生更生動、形象、直觀地理解理論知識的原理。但這些研究主要針對“數(shù)字信號處理”課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)部分涉及較少?！耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)在課堂上突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，教師發(fā)揮引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)和管理。針對“生物醫(yī)學(xué)信號處理”課程，可綜合多種教學(xué)方法，為課程的講授提供指導(dǎo)與方向指引，保證學(xué)生學(xué)習(xí)效果的同時，注重學(xué)生實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

二、理論講授實(shí)施策略

1.結(jié)合課程特點(diǎn)，針對課程中的不同內(nèi)容，可通過設(shè)計不同的授課思路，以期取得較好的效果。根據(jù)因材施教和以應(yīng)用為導(dǎo)向的原則進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，授課時淡化公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)物理意義、設(shè)計方法和應(yīng)用領(lǐng)域，注重課程思政的融入，課前或課后通過線上教學(xué)平臺推送重點(diǎn)和難點(diǎn)知識的講解視頻，使學(xué)生結(jié)合學(xué)習(xí)現(xiàn)狀按需取用，或者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)慕課視頻，取長補(bǔ)短，將知識點(diǎn)講解較為透徹的慕課推送給學(xué)生課后加強(qiáng)學(xué)習(xí)，從而旨在做到理論知識概念、物理意義、設(shè)計應(yīng)用的多點(diǎn)并重。

2.根據(jù)進(jìn)度和學(xué)情，對學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段采用對應(yīng)的授課方式。如剛開始課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)時，學(xué)生缺乏關(guān)于數(shù)字信號的實(shí)際理解與接觸，對知識的理解相對困難。比如，進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時，學(xué)生不容易掌握要領(lǐng)。對此，授課時一定要通過實(shí)例和圖形化的方式進(jìn)行說明，讓學(xué)生體會現(xiàn)實(shí)信息與處理過程中表示方式的不同，在操作時將會面臨什么樣的問題。本課程主要面向大三年級學(xué)生，這一階段學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和專業(yè)水平差距逐漸增大，部分學(xué)生獨(dú)立思考的能力較強(qiáng)，可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)活動。有些學(xué)生習(xí)慣于被動接受知識，缺乏主觀能動性，需要教師主動提問，且學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平存在差異，因此在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和作業(yè)布置中應(yīng)注意難易結(jié)合，呈現(xiàn)階梯形狀態(tài)。對學(xué)有余力的學(xué)生，可適當(dāng)提出更深層次的問題，拓展學(xué)習(xí)思路;對能力較差的學(xué)生，要加強(qiáng)督促與課外輔導(dǎo)，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣。針對具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，要善于采用適合的方式方法，如對“數(shù)字信號處理”課程中的整數(shù)倍插值內(nèi)容，可先介紹整數(shù)倍插值理論，進(jìn)一步推導(dǎo)和分析整數(shù)倍插值與實(shí)際應(yīng)用插值之間的區(qū)別和聯(lián)系[3]，加深學(xué)生對基本概念和理論理解的同時，分析實(shí)際應(yīng)用方法存在的優(yōu)勢及實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決具體問題的能力。又如，“數(shù)字信號處理”課程涉及幾種重要信號的變換：不同形式的傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換，是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。對此，可通過由簡到繁、由淺入深的方式，對幾種變換的關(guān)系進(jìn)行分析和研究，明確其內(nèi)在關(guān)系，從而使學(xué)生進(jìn)一步掌握課程體系和理論知識框架，為知識的應(yīng)用奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。在內(nèi)容的講授和演繹過程中，板書是一種不可或缺的手段，通過板書羅列幾種變換之間的相互關(guān)系，可以促進(jìn)學(xué)生更好地理解相關(guān)知識。

3.課堂教學(xué)中也要考慮引入思想政治教育元素，通過介紹數(shù)字信號的加密操作簡單、保密性好的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到信號處理與傳輸安全在國家安全體系中的重要性，建立維護(hù)信息安全和國家安全的責(zé)任感與使命感。另外，根據(jù)不同內(nèi)容，添加相應(yīng)的思想政治教育內(nèi)容，把握好“教書”與“育人”兩者之間的關(guān)系，在潤物無聲的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)思想教育，而非為了思想教育去專業(yè)化、去知識化。如講解緒論課時，通過講授課程專業(yè)方向、學(xué)習(xí)方法、行業(yè)發(fā)展、航天故事、校史、雷達(dá)、AI芯片、名人故事等，弘揚(yáng)愛國主義教育，進(jìn)行理想信念教育、道德情操教育、“三觀”教育、工程思維教育、就業(yè)創(chuàng)業(yè)教育等。講解具體內(nèi)容時，可借助科學(xué)大家的故事，對學(xué)生予以理想信念教育、艱苦奮斗的情操教育、“三觀”教育等。具體到知識點(diǎn)，如典型序列里的確定信號、隨機(jī)信號、混沌信號等，可借助老子《道德經(jīng)》里的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”啟示學(xué)生：所有東西的生成過程都遵循從“無”到“有”、從“簡”到“繁”的規(guī)律，體會初值敏感性與“失之毫厘，謬以千里”的聯(lián)系，堅持工匠精神可以增強(qiáng)我們的文化自信。在講授系統(tǒng)的線性與因果性時，融入環(huán)境保護(hù)、孝親、奮斗等思想政治教育元素，提示人類要保護(hù)環(huán)境，要想有穩(wěn)定、良好的家庭和社會環(huán)境，人的心胸、格局要大。學(xué)習(xí)DTFT相關(guān)內(nèi)容時，通過展示任何一個信號都可以表示成簡單的相互正交的函數(shù)的線性組合，給學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的方法論教育：遇到復(fù)雜的問題，不妨分解成一些簡單的問題去考慮。另外，可通過介紹傅里葉的故事，給予學(xué)生理想信念教育、艱苦奮斗的情操教育、“三觀”教育。在講授DTFT性質(zhì)中的“把卷積運(yùn)算轉(zhuǎn)換成矢量內(nèi)積運(yùn)算”這一知識點(diǎn)時，也可引入一些思想政治教育元素，如互聯(lián)網(wǎng)思維與方法論之簡約思維：將復(fù)雜問題簡單化，將簡單問題程式化，有助于問題的快速解決。同時，啟發(fā)學(xué)生思考問題時，要善于從不同的角度去考量，對學(xué)生的知識教育和思想政治教育相輔相成，做到潤物細(xì)無聲。