项目引导多任务驱动在数字信号处理教学中的应用
项目引导多任务驱动在数字信号处理教学中的应用 张峰 石现峰 赵黎 西安工业大学电子信息工程学院 摘 要： 项目引导和任务驱动是以认知主义、构建主义和行动学习理论为基础的教学方法, 对培养创新意识、工程应用意识及自主学习习惯有积极作用。为解决电子信息相关专业“数字信号处理”课程教学过程枯燥、学习难度大、学生应用能力欠缺的问题, 论文将两种方法融合, 结合工程项目“旋转机械振动信号分析”和合理任务设计应用于课程教学。关键词： 项目引导; 任务驱动; 数字信号处理; 研究性学习; 创新意识; 作者简介：张峰 (1979-) , 男, 硕士, 河南南阳人, 西安工业大学副教授, 研究方向:信号与信息处理、嵌入式技术应用及电力载波通信。收稿日期：2017-04-27基金：西安工业大学 2015 年重点教研项目 (项目编号:15JGZ03) 阶段性成果:基于任务驱动的数字信号处理研究性教学模式改革Application of Program Guidance and Multi-task Driven in Teaching of Digital Signal ProcessingZHANG Feng SHI Xian-feng ZHAO Li Xi'an Technological University School of Electronic Information Engineering; Abstract： Program guidance and task driven are the teaching methods that are based on cognitive learning theory, constructive learning theory and action learning theory, which have a positive effect on the cultivation of innovative consciousness, engineering application consciousness and the habit of autonomous learning.Keyword： program guidance; task driven; digital signal processing; inquiry learning; innovative consciousness; Received： 2017-04-27一、项目引导下的多任务驱动教学法1. 项目引导教学。项目引导教学法建立在认知主义学习理论基础上, 是对“先理论、后实践”的传统教学方式的变革。这一教学方式把实际问题的解决作为教学目的, 在教学中以解决实际问题为动机达到知识的获取和能力的培养目的。在工科专业的专业基础课及专业课中, 以项目为引导组织并开展教学, 通过将理论与实际工程项目和应用的有机结合, 能够培养学生的工程意识, 加强对理论知识的理解, 并激发学习兴趣。2. 任务驱动教学法。任务驱动教学方法是建立在构建主义理论基础上的互动式教学方法, 以完成任务为线索, 把教学内容隐含在精心设计的任务中, 让学生通过对任务的分析和实施去发现问题、寻找解决问题的方法, 从而培养创新意识、创新能力、工程应用意识以及自主学习习惯。任务驱动教学法对课堂教学由教师为中心的传统模式向以学生为中心的研究性教学模式转变有很好的促进作用。3. 项目引导与多任务驱动的结合。项目引导下的多任务驱动教学把项目引导与任务驱动教学有效融合, 以工程项目为载体, 将项目目标转化为一系列相对独立的任务, 以具体任务实施作为项目目标实现的手段, 能更好地发挥二者在教学中的作用。而多个任务的引入, 一方面把整体项目目标化整为零, 具有更好的可实施性;另一方面精心设计的多个任务对课程理论知识的覆盖更全面, 避免单一任务的不足;同时, 多任务便于教学过程中的分组实施, 培养团队合作解决实际问题的能力。二、项目引导多任务驱动用于数字信号处理教学1. 课程特点分析。“数字信号处理”是电子信息相关专业重要的专业基础课, 课程内容丰富, 与专业课结合紧密, 但原理抽象、公式繁杂, 涉及数学知识多、程度深。从“数字信号处理”课程实践性和应用性强的这一特点出发, 将项目引导下的多任务驱动教学方法引入到课程教学中, 通过实际的工程项目和合理设计的任务, 可激发学生的学习兴趣, 促进理论内容与工程应用之间的联系, 培养学生应用数字信号处理的原理解决实际工程问题的能力, 提高教学质量, 实现研究性教学模式的转变。2. 项目引导促进课程原理与应用结合。根据电子信息相关专业的特点, 在课程教学中以工程项目作为引导, 可以促进课程理论与实际应用的结合。针对信号处理技术在工业现场故障诊断领域的应用, 选择实际科研项目“汽轮机振动在线监测系统”作为实施课程项目引导教学的项目基础。完整的汽轮机振动在线监测系统的总体结构与方案如图 1。整个系统属于集散型结构, 由若干在线监测系统、服务器、通信接口及通信线路组成, 采用上、下位机同步工作的方式。下位机由在线监测装置组成, 位于汽轮机组附近, 是系统中的数据采集与分析设备, 完成数据采集、处理及分析任务, 并将数据以数字形式通过网络传送给上位机;上位机属于故障诊断系统, 以工控机作为服务器, 负责和下位机数据通信、存储、历史数据分析、故障判断及 web 发布等工作, 还可将系统的控制参数发送给下位机的各个在线监测系统, 以调整工作状态和参数。上位机服务器还负责将分析结果发布到厂内局域网或广域网上, 所有的数据通信都通过网络进行。结合课程性质及数字信号处理教学的实际内容, 选择系统中的核心内容之一, 即振动信号的分析与处理作为实施课程项目引导教学实施的具体项目。图 1 汽轮机振动在线监测与故障诊断系统 下载原图3. 多任务驱动实现研究性教学模式转变。以“旋转机械振动信号分析”这一项目为引导, 通过对整体功能及技术指标的分析, 并结合课程内容安排及知识模块, 将整个项目的实施划分为三个具体任务, 如图 2:图 2 项目引导下的任务划分与设计 下载原图三个任务相对独立, 基本原理对应了信号采样 (任务 1) 、信号频域分析 (任务 3) 及滤波器设计 (任务 2) 这三个课程核心知识模块, 便于根据课程进度分阶段实施;同时任务间又有一定联系与接口, 组成了整个项目的核心内容, 保证项目目标实现的完整性。合理的项目分解与任务设计, 可有效激发学生的学习兴趣, 培养工程应用意识和创新能力。在具体教学中, 学生通过对项目的认识、任务的分析和对任务的实施去发现问题、寻找利用课程理论知识解决实际问题的方法, 能够实现课程教学模式向研究性教学的转变, 在一定程度上解决了课程教学难度大、学习难、学以致用能力欠缺和工程应用能力不足的问题。4. 实施与效果评价。由上述分析及项目与任务的关系可看出, 项目引导多任务驱动教学以任务驱动教学的具体实施作为实现基础。根据任务驱动教学法的相关理论以及课程的特点, 采用如图 3 所示的任务驱动教学实施方案:图 3 任务驱动教学的实施方案 下载原图这一实施方案以学生为中心, 强调发现并解决问题能力的培养;而教师主要对任务进行合理设计, 并在实施过程中对学生进行指导。实施方案中, 好的任务设计是任务驱动教学的基础, 由任课教师根据项目进行设计;任务分解结合课程内容及知识模块分阶段进行;任务实施以学生为中心自主进行, 指导教师提供必要指导;效果评价结合任务完成过程、作品及实际项目指标进行, 评价结果一方面作为课程考核的一项指标, 另一方面作为任务调整及完善的依据。具体的教学实践表明, 项目引导下的多任务驱动教学能够较充分地调动学生的学习积极性、学习兴趣和课堂参与度, 在项目的引导和任务要求的驱动下完成设计方案制定及具体任务实施, 并提交作品, 达到锻炼研究能力的目的。同时, 实施过程中反馈机制的引入, 保证了教学效果、任务设计的质量以及这一教学方法的有效实施。三、总结论文将项目引导和任务驱动两种教学方法进行了融合, 并结合实际工程项目和合理的任务设计应用于电子信息相关专业“数字信号处理”课程教学中。实际项目的引导培养了学生应用数字信号处理的相关理论、原理及方法解决实际问题的应用能力;而多个任务的有效驱动则培养了学生的创新意识, 锻炼了解决问题的能力, 促进了研究性学习品质的形成。以项目引导多任务驱动为基础的课程教学方式经实践取得了良好的教学效果, 提高了“数字信号处理”课程的教学质量, 对相关专业应用型和研究型人才培养目标的实现起到了积极作用。参考文献1唐进, 龙瑜.基于“项目引导任务驱动”的课程教学模式应用研究J.职业时空, 2010, (03) :128-130. 2吴静.项目教学法与任务驱动教学法的异同比较J.北京工业职业技术学院学报, 2011, (03) :79-82.
