信號處理課程群多層次實驗教學體系建設和教學方法改革

蔣俊正，劉慶華，歐陽寧

(桂林電子科技大學信息與通信學院，廣西桂林，541004)

引言

理論教學和實驗教學是本科電子信息類專業教育兩個相輔相成的部分。近年來，隨著電子信息、計算機技術的迅猛發展，電子信息類專業的人才培養更加注重實際工程應用能力和創新能力的培養。然而電子信息類專業信號處理課程群實驗教學長期存在體系層次單一、教學方法匱乏等問題，制約了該專業的發展和人才培養質量的提高。因此，需要對信號處理課程群實驗課程體系和教學方法進行改革，以適應新時代電子信息行業對人才的需求。［1－3］為此，本文將闡述我校電子信息類專業信號處理課程群近幾年來所推進的多層次實驗課程體系的建設和教學方法的改革。

一、信號處理課程群實驗教學課程體系建設

電子信息實驗室是電子信息工程專業對應的專業實驗室，為配合專業建設，實驗室對實驗教學的課程體系、教學方式、教學內容、實驗方法等方面進行系統的建設與改革，使電子信息工程專業信號處理課程群的實驗教學得到了持續的提高，形成了自己的特色。實踐教學以“知識、能力、素質”的培養為出發點和著眼點，結合理論課程教學，優化和組合電子信息工程基礎課和專業課的內容和結構。

(一)根據電子信息專業的特點，建立多層次的實驗課程體系

電子信息技術的飛速發展為實驗課程提供了豐富的內容，應該在不忽視基本實驗技能的訓練和掌握的基礎上，有選擇地將現代電子信息技術領域先進的電子設計技術及時地融合和補充到實驗課程體系中，增強學生學習的興趣，培養學生的創新精神和能力。實驗課程體系上形成三級技能培訓體系，即以“信號與系統分析”“數字信號處理”等課程實驗為代表的基礎仿真實驗，以“DSP原理與應用”“圖像處理”“語音信號處理”“數字視頻信號處理”等課程實驗為代表的綜合性應用平臺實驗，以課程設計、生產實習、畢業設計等實踐教學環節為代表的綜合技能訓練。［4］通過實驗課程體系對學生進行由低層次到高層次的循序漸進的實驗教學。由于專業發展的需要，專業課、專業基礎課也應設置綜合性、設計性實驗，組織實驗教師與理論課教師共同撰寫綜合性、設計性實驗教學大綱、教學指導書，并組織教師對綜合性、設計性實驗的必需性和可行性進行論證。

多層次實驗課程體系如圖1所示［5］:

圖1 多層次實驗課程體系

(二)針對不同層次的實驗，構建靈活多樣的實驗教學體系

1.“變面向結果為面向過程”的基礎驗證型實驗:重在培養學生對專業基礎知識的掌握，通過實驗驗證理論課中所涉及的單元電路，如模電中重視培養學生對分立元件的靈活應用，而不是一味地訓練學生使用各種集成電路。理論課中，強調現代化教學手段，借助虛擬軟件，仿真實現各種電路模型，實驗環節強調如何按步驟實現仿真的數據。

2.“變輔導解答為引導啟發”的系統綜合型實驗:在每門專業基礎課中均開設一個4學時綜合設計實驗。設計實驗具有中等難度，是對本門課程所學知識的綜合應用。采用“實驗輔導解答為實驗引導啟發”的方法，實驗進行完1個課時后，要求每位學生對設計環節提出一個問題，教師針對問題給出一個原理性的解答而不是直接講授問題的答案，以此引導學生開拓思維，解決實際問題。

3.“變單一方法為多元實現”的設計創新型實驗:以往的課程設計多由教師給出參考圖，學生進行制作，實現方法單一。對此類課程改為教師只給出題目名稱，實現方法由學生自主選擇。如模電中給出一個濾波器的帶寬和增益，數電中設計一個8路搶答器，高頻電路設計一個振蕩器等，這種面向任務、多元實現的教學方法能夠給予學生最大的發揮空間，培養學生的創新思維能力。

二、創新實驗教學方法和手段

(一)實驗教學方法

實驗內容由易到難，包含從驗證性到綜合設計性多個實驗層次，讓學生循序漸進經歷認知、實踐、探索全過程;學生在完成基本實驗基礎上，可選擇難易不同的實驗內容，還可自行設計方案，通過實驗探索更多問題。獨立設計和實踐的教學環節逐漸增多，通過這些引導，大量的學生進入開放實驗室，對多方位的內容進行探索和實驗。結合我校實踐教學手段，具體闡明實驗教學由易到難的四個實施步驟:

1.科普講座，提興趣

實驗教學對于大一新生而言十分陌生，為此，組織專業教師將所做的研究內容(尤其是具有專業特色的硬件類產品)，為新生開展科普講座和產品演示，要求教師要用淺顯易懂的科研實例來闡述深奧的理論和方法，旨在讓學生了解所學專業，激起學生學習興趣，為后續的實驗教學做好鋪墊。

2.簡易制作，聚人才

科普之后要提高學生的能動性，如組織大一所有新生開展課外科技制作，選擇容易實現、觀賞性較強、聲光展示效果好的簡單電路(如兩個三極管組成的發光振蕩電路、搶答器、音樂門鈴等)，并安排大三學生手把手指導大一新生判斷元件好壞、焊接、調試等環節，盡量做到試做即成，以此來培養初學者的成就感，同時從參加活動的學生中擇優送入開放實驗室，以完成從“盲”到“懂”的轉變。

3.課程設計，拔技術

大二學生已具備一定的電路基礎、數字信號處理等方面的專業知識，可以依托開放實驗室實現課外課內互補，夯實基礎知識。教師所組織學生開展課程設計，題目覆蓋面要廣，難度適中，重在基礎。側重訓練模擬單元電路的實現而不盲目采用各類集成電路(如分立元件實現的音頻功放);數字電路的基礎培養以單元器件、中規模集成電路為主(如用常規數字器件實現的步進電機驅器、密碼鎖、數字鐘、頻率計等)。積極發揮大四學生的作用，以老帶新，根據研究方向組建學生團隊，實現人(老)對人(新)的輔導，盡早完成由“懂”到“通”的過程。

4.電子競賽，提能力

歷年的電子競賽、挑戰杯課外學術競賽均以大三、大四學生為主力，為此，配備電子競賽培訓基地和組建經驗豐富的指導教師團隊，采用真題歷練、現場測試、教師講評等手段，提高學生動手實踐能力。經過電子競賽等學科競賽的磨煉，使學生基本實現由“通”到“精”。

(二)實驗教學手段

學生在實驗鍛煉上的投入程度、重視程度，直接影響到實驗教學的效果。為引導學生認清實驗的重要性，電子信息工程系通過對桂林高新區多家企業、公司實際情況進行調研活動，集中廠家的一些想法與需求，再綜合其他途徑得到的信息，分列成各種類型的課題，然后與學生進行交流，讓學生了解當前社會對自己所學專業知識的要求，使學生能夠認清自己的學習方向，認清自己需要掌握的技能，同時結合專業實驗教學有目的地去學習。另外，根據科研和教改成果，在課程設置、課堂教學、實驗教學、課外創新實驗方面進行改革，著力加強學生專業基礎和實踐動手能力的培養，提高學生就業競爭力。

三、結束語

構建“理論基礎”和“工程訓練”互相融合的實驗課程教學體系，課程設置模塊化、多層次化，有利于全面實施選課制和學分制教學管理，有利于因材施教，調動學生的積極性。單獨開設基礎實驗課程，增列素質教育模塊，增加課程設計項目，加強學生素質和工程應用能力培養。本科生在24小時開放的本科實驗教學平臺上自主進行實驗，配備最優秀的教師來對他們進行動手能力訓練。實踐證明，以科研資源和平臺為載體，開展分層次的本科生創新實驗實踐能力訓練，是一條適合本專業的研究型實驗教學道路。

［1］朱冰蓮，印勇，方敏，等.電子信息類專業信號與信息處理課程群建設［J］.高等理科教育，2008(5):47－49.

［2］王懷平，林剛勇.電工電子類課程群實驗教學改革與實踐［J］.中國電力教育，2011(2):117－118.

［3］馮根良，鄭青根.多層次電子電工實驗教學體系建設與實踐［J］.實驗室研究與探索，2009(3):80－82.

［4］陳后金，胡健，薛健，等.我校“信號與系統”課程的改革與建設［J］.電氣電子教學學報，2004(6):30－33.

［5］王艷芬，張劍英，張曉光，等.信號處理課程群實驗教學體系的構建［J］.實驗室研究與探索，2013(4):132－134.