桂林航天工业学院电子信息与自动化学院 唐亚欣

近年来，随着人类社会信息化进程的加快和人工智能的飞速发展，作为人机交互重要手段的语音信号处理技术也得到了更广泛的应用，因此，培养具备语音信号处理技术的人才显得尤为重要。很多高校为了使学生在未来发展中更具有竞争力，电子与计算机类的相关专业为高年级学生开设了语音信号处理课程。我校电子信息工程专业，这门课程从前几级学生人才培养方案中的专业选修课变成2020级学生人才培养方案中的专业必修课，可见该课程在高校相关专业人才培养中的地位越来越高。

语音信号处理课程是语音语言学和数字信号处理技术相结合的交叉学科，它和认知科学、心理学、语言学、计算机科学、信号与信息处理、声学、模式识别和人工智能等学科联系紧密。同时，该课程研究内容繁多，主要包括语音识别、说话人识别、语种识别、语音合成、语音前端处理（包括但不限于语音增强、语音分离、回声抵消、麦克风阵列信号处理等）、语音编码等。由此可以看出，语音信号处理课程是一门内容新、理论性强、实用性广、难度大的课程。因此，如何激发学生的学习兴趣，从枯燥的理论中升华出来，提高该课程的教学质量，是我们高校教师上好这门课程的关键。

一、传统语音信号处理课程存在的问题

（一）教学设置

据了解，目前大部分高校开设的语音信号处理课程总学时数为32学时，其中部分高校理论学时为32学时，实验0学时；还有部分高校理论学时26学时，实验6学时。可见，传统课堂更侧重于理论知识教学，而忽略了学生动手能力与解决问题能力的培养。在以培养应用型人才为目标的大部分高等院校，语音信号处理课程的教学侧重点应该是理论定义与各种处理技术的应用，而非将大部分的上课时间花费在理论公式的推导与定理的证明上。这样不仅会增加学生的学习负担，而且会使学生感到知识的枯燥乏味，丧失学习该课程的兴趣，失去原有的教学意义。因此，为了让学生更多地参与到课堂教学中，增加学生的学习成就感，适当地提升该课程的实验学时比例是上好这门课程的基础前提。

（二）教学内容

很多高校在制订人才培养方案时，为了拓宽大学生的专业知识面，在学生大三、大四学年开设了很多专业课程，因此基本上在每门课程的设置上都有不同程度的教学课时压缩，例如我校语音信号处理课程仅为32学时。此外，大部分高校开设此课程的时间是在大四学年第一学期，学生学习学校安排的课程之余，还面临找工作、复习考研、准备公务员考试等压力，因此学生需要在有限的学时和有限的精力下学习这门内容繁多、理论较深、较难理解的课程是特别困难的。为了提高学生的学习效率，在有限的学时内高质量进行教学设计，合理安排教学内容是上好这门课程的核心所在。

（三）教学手段

该课程知识内容多，课时有限，若单纯采用板书结合PPT的传统教学方式，“填鸭式”被动教学，学生接受知识困难，教学效果也不明显，因此教学模式和教学手段显得尤为重要。随着科学技术在高校教育中的普及，现代教学手段也为教学提供了良好的途径。若能在传统教学手段的基础上，增加学生易于使用的MATLAB仿真平台进行辅助教学，即可以让学生真正意义地参与到这门课程的教学中，也能培养学生的独立思考和创新能力。为了给学生创造主动学习的环境和动手条件，使用现代科技辅助教学是上好这门课的重要手段。

二、项目式教学具体实施

（一）教学内容设计

语音信号处理课程对于普通高等院校的本科生来说较难理解，教师在项目设计时不能拘泥于教材中的纯理论和复杂算法等，要从中升华出学生喜欢的、贴近实际生活的内容，这样既能吸引学生的兴趣，也能促使学生更容易理解知识点。由于该课程课时有限，本文将语音信号处理的教学内容细化成八个项目，如图1所示，每个项目根据学生学习的难易程度合理安排项目周期。例如，项目一是让学生采集自己的声音作为语音数据文件，不仅过程形象生动，而且学生在采集清音和浊音语音样本的同时能够自然学会什么是清音、什么是浊音、各自有什么特点等项目背后涵盖的理论内容，学生学得快、记得牢。在后续的项目中，每位学生均会使用自己采集的语音样本进行基音周期估计，对比清浊音的时域和频域波形特点等操作。这样不仅有效避免了学生的抄袭现象，还带来了探索知识的成就感。

图1 项目设计

（二）教学实施过程

项目式教学的实施过程如图2所示，从图中可以看出学生对每个项目课题的研究主要分为三个阶段，即分析问题、解决问题和总结反思。首先，在课前学生根据下一项目任务，查阅相关资料并分析潜在问题，预先进行设计；其次，课堂上教师根据学生对于该课题所存在的共性问题，结合相应的理论知识内容进行针对性讲解和解答，即给学生解惑，在此期间教师可以根据内容需要采用板书、PPT和MATLAB仿真演示等手段进行教学，然后学生借助MATLAB平台设计编程实现；最后，学生分组验收，每组派学生代表进行这次课题的分享总结。教师在下课前安排下一个项目的任务要求，可以给学生预留足够的时间进行下一项目的预先准备。

（三）课程成绩评价

采用项目式教学成绩评价除考查学生学习的结果之外，还需考查学生参与整个项目的过程，考查学生是否认真积极地参与到课程中，是否主动思考问题并动手解决问题，是否在完成项目并反思总结。因此，语音信号处理课程成绩构成分别占总成绩的比例为项目考核50%，平时出勤、课堂表现20%，期末考试成绩30%。

（四）教学效果评价

本文所采用的项目式教学不同于传统先理论后实验、理论和实验分离的教学模式，而是每个课题都采用理论和实验同步教学的模式进行。学生能够主动参与到每一个课题，在学习理论内容的同时还能设计编程实现，提高了学生的动手实践能力，增加了学生的参与度和成就感。并且不同于传统教师讲、学生听的被动教学模式，每个课题从下达任务到完成的过程中，学生先通过动脑分析问题，锻炼学生的思维能力与分析问题能力；然后针对问题学习知识，运用知识解决问题，增加学生的学习主动性和创造力；最后分小组进行交流分享总结反思，提高学生的表达能力与团队协作力。在整个过程中，教师的角色已经从内容的呈现者转变为学习的教练，学生永远是学习这门课程的主角，是每个项目的第一负责人。

将项目式教学引入语音信号处理课程，给学生创造了一个主动学习和动手实践的平台，学生经过分析问题、解决问题、总结反思这一过程，其角色由传统课堂的接受者转变成积极的探索者。在学习理论知识的同时，学生能获得解决问题的成就感，激发学习兴趣，提高综合运用基础知识的能力和创造能力，大大提高了该课程的教学效果。

图2 项目式教学实施过程