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在_数字信号处理_课程中培养学生的科学素养

数字信号处理课程教学文档。

在_数字信号处理_课程中培养学生的科学素养

教学改革广

在_数字信号处理_课程中培养学生的科学素养

中国电力教育

2008年12月下 总第127期

在“数字信号处理”课程中培养学生的科学素养

任明荣 王 普

摘要:科学素养由科学知识、科学能力、科学方法、科学意识和科学品质五个要素构成。本文研究了科学素养在本科教育培养中的重要意义,探讨了在数字信号处理教学过程中具体的实施办法。从加强基础知识的培养、加强理论应用实际的能力等方面培养学生的科学素养,提高学生解决问题的能力及方法,培养学生具有高尚的品德、科学的世界观,使之成为对社会有用的人。

关键词:数字信号处理;科学素养;科学能力

作者简介:任明荣(1977-),女,辽宁东港人,北京工业大学电子信息与控制工程学院,讲师,主要研究方向:现代数字信号处理;王普(1962-),男,安徽合肥人,北京工业大学电子信息与控制工程学院,教授,主要研究方向:生产过程自动化。(北京 100022)

1994年,由克林顿签发的科学政策报告《为了国家利益发展科学》中一再强调指出,“为了迎接21世纪的挑战,美国应成为一个科学知识普及的社会”,并认为“良好的国民科学素

[1]

2003年,中国科协进行了养是认识和欣赏现代世界的关键”。

科学素养由科学知识、科学能力、科学方法、科学意识和科学

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在这五个要素中,科学知识起着基础性的品质五个要素构成。

作用,是培养和形成其它要素的载体;科学能力是核心;科学方法是科学素养的重要组成要素;科学意识包含科学的世界观;科学品质主要指科学态度、科学精神以及对科学的兴趣、情感、动机。五个要素互相影响构成一个有机的整体。

二、在“数字信号处理”课程中培养学生的科学素养“数字信号处理”是一门理论性和应用性都较强的一门专业基础课,其教学目标是综合运用所学的理论知识实现对数字信号的滤波及变换等功能。在教学过程中应从如下环节培养学生的科学素养。

1.注重基础知识

培养学生的科学素养,必须使学生具有基本的科学知识,科学知识是科学素养的基础。“数字信号处理”这门课涉及较多的数学推导,彼此之间经常是环环相扣。教师在备课过程中当然不能放过每一个难点、每一个细节,但是在授课过程中必须做到详略得当。通观这门课会发现,尽管书中涉及较多的数学推导,但是好多推导都是建立在“等比级数求和”的基础上,比如,求信号的z变换及收敛域,求信号的DTFT及DFT等都需要利用“等比级数求和”这一基本数学工具。尽管“等比级数求和”在高中就已经学过,但是在几年的教学实践中,笔者发现,多数学生已经把这一基础知识忘得一干二净。因此,在教学过程中,笔者会花相当的时间复习这一基础知识,从有限项级数求和到无限项级数求和,从实数等比到复数等比。学生在已有知识的基础上再开始学习新的知识就不会感到那么难懂,这样的循序渐进过程会使学生从中发现学习的乐趣,也会使学生切实感到基础知识的重要性。而这些基础知识会对今后的学习起支持作用。

2.培养学生的科学能力和科学方法

物理学家劳厄曾经说过:重要的不是获得知识,而是发展思维能力。教育给予人们的无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西就是科学素养。这就是科学教育的意义所在。因此传授基础知识并不是上课的主要目的,也绝不能成为上课的重点,关键是培养学生的科学能力和科学方法。

第五次中国公众科学素养调查,结果表明,公众具备基本科学素养水平的比例为1.98%,2005年比例有所增加,达到3.48%,然而美国在1990年就达到6.9%。大学生作为一个有较高文化修养的群体,虽然其整体科学素养高于普通的民众(2003年为

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但是与发达国家相比还有相当大的差距。文献[3]13.48%),

中所列的数字更是让笔者感到中国大学生科学素养的严重缺乏。

造成大学生科学素养整体水平较低的原因主要是我国的基础教育长期以来受到应试教育的影响,使学生学习的自主性差,学习方法机械、呆板,主要靠掌握某几个知识点应付考试,综合能力比较弱。传统的大学教育一直存在单纯重视科学知识传授而忽视科学方法训练、科学精神培养的问题,这与国际上的通识教育和终身教育理念有很大的差距。在实际操作之中,没有将科学素养的理念融合到日常的课堂教学及知识传授中。

“数字信号处理”这门课理论性较强,具有一定的抽象性,微积分、概率统计、复变函数及积分变换等数学工具都在这门课中有所应用;同时,该课程本身又包含较为丰富的科学方法;应用领域几乎涵盖了生活和生产的方方面面。因此,如何把抽象的理论具体形象化,如何让学生在有限的学时里掌握本门课的精要,又如何让学生通过本门课程的学习提高自身的科学素养,是摆在该课程教师面前的难题。笔者在几年的教学实践中不断深入探索和创新以期培养和提高学生的科学素养。

一、科学素养的内涵

科学素养的英文为Science Literary,从词义上就可以看出科学素养体现科学理性在人格上的内化,体现了科学理想与人文精神的融合。美国《国家科学教育标准》中,将科学素养描述为:了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。我国对科学素养的研究大致借鉴国外的经验,它是指人在处理与自然、社会的关系中应该具备的知识、精神要素(价值观念)和实践能力,即人具有的科学文化知识和利用科学文化知识处理问题的能力。

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