信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程的優(yōu)化整合研究

摘要 信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理是電子信息工程、通信工程類專業(yè)基礎理論的核心課程。本文以研究型教學為目標，對這兩門課程進行整合研究，在建立新的課程體系，對教學內容、教學方式、實驗教學、考核方式、師資隊伍建設等方面進行了改革的嘗試。

關鍵詞 信號與系統(tǒng) 數(shù)字信號處理 研究型教學 課程整合

信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程是國內外許多工科類大學通信和電子信息類專業(yè)的兩門關系最緊密、最活躍、最具生命力的專業(yè)基礎平臺課程，起著承上啟下的核心作用。一直以來信號與系統(tǒng)作為數(shù)字信號處理的先修課程，信號與系統(tǒng)中有8～10個學時用來學習離散時間信號的基礎知識，而在數(shù)字信號處理的開始部分，又要對這部分內容進行學習。這種用重復學時來學習重復內容的做法存在缺陷，不能夠適應教學改革和全面壓縮課時的需要，也不符合新世紀創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的要求。因此，國內外許多高校都對這兩門課程的優(yōu)化整合進行了探索和實踐。研究型教學是目前國際上普遍認同和實施的一種新的教學模式，已經(jīng)成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。為了適應研究型教學的需要，高校課程的設置也進行了相應的改革。本文試以哈爾濱工程大學為例，從教學體系、教學內容、教學方法、實驗教學等方面對信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理兩門課程的教學進行探索，以適應高等教育改革的多樣化、特性化的發(fā)展趨勢以及高等教育課程改革的綜合化發(fā)展趨勢。

一、調整課程教學目標，強調創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)課程強調知識的傳遞與復制，課程的實現(xiàn)過程以培養(yǎng)學生系統(tǒng)知識為教學的中心。這種守成教育鍛煉了學生的博聞強記能力，卻未能培養(yǎng)出具有創(chuàng)造能力的高素質人才。推行素質教育，開展研究型教學，課程目標的實現(xiàn)過程必須轉變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為中心。

二、應用型課程體系結構的建設，體現(xiàn)課程的系統(tǒng)性、科學性和創(chuàng)新性特點

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展越來越需要多學科的協(xié)同與融合，因此導致了跨學科研究領域的出現(xiàn)和新學科的產(chǎn)生。這種科學與技術的綜合化趨勢，反映到高等教育，就是設置綜合課程。在這兩門課程的改革上的思路是：使課程設置改縱向深入型為橫向寬廣型，并注重學科間滲透。確保信號與系統(tǒng)課程的基礎地位，數(shù)字信號處理教學應做好銜接和過渡，在數(shù)字信號處理課程的教學中，應以實踐性和應用性為教學實施的主要目的，通過適當?shù)拇胧﹣硖岣邔W生的動手能力。應實現(xiàn)兩門課程目標、教學與操作內容(包括例子、練習等)、學習手段等課程要素之間的互相滲透、互相補充，制定新的教學大綱。

三、兩課教學內容的優(yōu)化整合

信號與系統(tǒng)課程的特點是理論性、概念性較強，涉及的數(shù)學運算和理論推導較多。在信號與系統(tǒng)課程教學中，應強化連續(xù)時間信號分析和處理的數(shù)學概念、物理概念、工程概念，把物理問題與數(shù)學表述緊密結合，使學生了解信號與系統(tǒng)的工程背景，淡化其數(shù)學技巧和運算。特別要強調三大變換(傅氏變換、拉氏變換和z變換)的數(shù)學概念、物理概念和工程概念。在保證分析方法和解決問題的系統(tǒng)性和完整性的基礎上，有意識地加強離散時間信號的分析，為學習離散時間信號分析與數(shù)字系統(tǒng)設計奠定堅實的基礎。

在數(shù)字信號處理課程教學中，應做好銜接和過渡，對與信號與系統(tǒng)課程重復的內容，在避免重復教學的同時，突出講授以數(shù)字信號與系統(tǒng)的分析為核心和目的的離散問題，以實踐性和應用性為教學實施的主要目的，增加數(shù)字信號處理的軟硬件實現(xiàn)方法，達到理論和實踐相結合的目的。

在實驗教學環(huán)節(jié)中，同樣應根據(jù)兩門課程相互融合的特點，對實驗的內容進行統(tǒng)一的合理安排。兩課建立課程體系之后，實驗課在信號與系統(tǒng)課程階段，注重安排驗證性實驗，使學生充分認識理論課中的結論和實驗結果的統(tǒng)一。而在數(shù)字信號處理課程實驗中，就應以設，計性和綜合性實驗為主，學生自己動手完成系統(tǒng)的設計和仿真，拓展傳統(tǒng)意義上的實驗的深度和廣度，以利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力及設計能力。

四、教學手段的優(yōu)化整合，使系統(tǒng)的知識學習與研究實踐相結合

為實現(xiàn)研究型教學的目標，可采用“多媒體課件+板書+討論+網(wǎng)絡輔助教學”的形式。板書與多媒體結合運用，利用大量生動的工程應用實際案例，激發(fā)學生興趣，引導學生思考。使用網(wǎng)絡課程，把全部的課堂內容和擴展內容上網(wǎng)，突破課堂的時空限制，使課程從“課內”向“課前”、“課后”延伸，彌補了教學中課堂人數(shù)過多，師生溝通不便，學生自學通道不暢等問題，使學生學習的主動性加強，網(wǎng)絡答疑和討論更是激發(fā)了學生學習的興趣和參與性，也給師生之間建立了更方便的溝通平臺。

五、考核方式的優(yōu)化改革

設立開放的評價標準，實現(xiàn)形成性評價與終結性評價相結合、課內教學評價和課外自主學習評價相結合、基本的質量要求和開放的評價標準相結合的新的綜合評價模式。

在考核方式上，可以采用開卷、閉卷、半開卷及筆試、口試、寫小論文、動手操作等多樣化的形式。注重平時學生的知識積累、考核學生的綜合設計能力。

在考核內容上，將注重計算轉移到注重分析和綜合上，在強調考核基本內容、基本概念以及知識的綜合應用的同時加大綜合與分析型試題的比重，并設計部分創(chuàng)新與拓展題(占10％)。這樣在保證試卷適于大多數(shù)學生的同時，也拉開了成績的分布，能夠比較客觀地考察學生的學習情況。

可以吸收學生參與制定課程考核的評價方案，讓學生及時了解他們在自我構建知識體系的過程中的進展和取得的成績，使考核評價成為一個繼續(xù)學習的過程，充分體現(xiàn)學生在自主學習中的主體地位。

六、師資隊伍的建設

兩課的改革對教師提出了更高的要求。對此，首先要提高教師的學術研究水平，教師要多接觸實際科研和生產(chǎn)實踐，積累應用案例和實踐問題，使得課堂教學內容有深度、有新意；其次要建立兩課的課程組，建立健全課程體系的研究和討論機制，并做到分工明確，以保證兩課教學改革的實施。主講教師要了解國內外相關領域的發(fā)展趨勢，教學經(jīng)驗豐富，對兩門課程的前修和后續(xù)課程都有較深入的了解。同時還要特別注重培養(yǎng)青年教師參與課程建設，鼓勵他們在教學的同時，積極從事科研項目的研究和開發(fā)工作，積極參加教學方法研究，以提高學術水平，掌握最新的相關領域的理論和技術，使教改能夠持續(xù)地進行。

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