“信號分析與處理”課程群實踐體系構建研究

張虹++張薇++尹維春

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.096

摘 要：根據信號分析與處理課程群的特點，分析了“信號分析與處理”課程群實踐能力培養的重要性， 依托Matlab軟件和DSP硬件平臺，論述了遞進式實踐教學體系的構建思路和實現過程。實踐研究表明構建的課程群體系，加強了學生理論分析能力、實踐能力和工程創新能力的綜合協調發展，對課程群建設起到非常重要的作用，取得了顯著成效。

關鍵詞：信號與系統 實踐教學 遞進式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0096-02

Research on Course Group Construction of Signal Analysis and Processing

Zhang Hong Zhang Wei Yin Weichun

（School of Electrical Engineering，Northeast Dianli University，Chuanying Jilin，132012，China）

Abstract：According to course group characteristic of signal analysis and processing，importance of practice ability training is analyzed.Based on MATLAB software and DSP hardware platform，construction mentality and realization process of progressive practice teaching system was discussed. Research results show that constructions of course group system strengthen studentstheoretical analysis ability，practice ability and innovation ability，which benefits to integrated and coordinated development.It plays an important role in the construction of course group，and has achieved remarkable results.

Key Words：Signal and system；Practice teaching；Progressive

《信號與系統》、《數字信號處理》和《DSP原理及應用》是我校電氣工程及其自動化、電子信息工程、電子信息科學與技術等專業的信號分析處理類課程。它們有各自的理論體系，在教學內容上各有側重。其中《信號與系統》、《數字信號處理》屬于學科的基礎課程，《DSP原理及應用》屬于專業必修課程，屬于工程實現的課程。這3門課程都與信號處理這一核心關聯，且課程之間的內在聯系也非常緊密，具有很強地專業針對性。根據21世紀人才培養目標的要求，打破課程之間的壁壘，依據課程之間內在邏輯和結構的聯系，整合優化課程資源，構建了“信號分析與處理”課程群[1]。

“信號分析與處理”課程群的教學內容理論性強，包含較多數學方面的知識，抽象概念多，而且與工程實踐緊密關聯。經過幾年的課程建設，在注重基礎理論學習的同時，強化工程意識，使學生從工程實踐的角度理解信號分析處理技術顯得非常重要。CDIO工程教育模式，是近年來國際工程教育及應用型人才培養改革提出的全新教育理念和最新成果，它是以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的新型工程教育模式[2]。

該文從CDIO教育理念的角度出發，結合“信號分析與處理”課程群的建設需要，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，通過理論教學與實踐教學的優化重組，從教學設計、實踐教學和課外培養等環節入手，探索培養學生工程實踐能力和創新能力的教學體系。

1 “點—線—面”形式的課程群教學主線

在課程群體系中，《信號與系統》是信號分析處理的基礎課程，同時也是信號分析方面的考研課程。作為主干課程，《信號與系統》課程將信號與系統的數學描述、系統的物理實現等作為主要知識點進行講解，側重于基礎理論學習。《數字信號處理》課程，則重點學習離散傅里葉變換、FFT頻譜分析、數字濾波器設計等內容。《信號與系統》和《數字信號處理》2門課程，以連續信號（系統）分析-離散信號（系統）分析-數字信號分析作為學習的主線。《DSP原理及應用》是將《數字信號處理》的理論算法付諸實踐的途徑和方法，基于DSP硬件平臺實驗是理論算法的延伸和拓展。同時，按知識點的遞進，以“數字信號處理”為核心，以強化基礎理論—軟硬件相結合—突出實踐應用為主線，建立縱向傳承的課程教學體系，如圖1所示。

2 遞進式實踐教學體系構建

2.1 驗證性和設計性實驗

東北電力大學“信號分析與處理”課程群有滿足課程教學需要的固定的實踐基地。其中，“電力系統自動化數字仿真中心”配置有近100臺計算機，負責《信號與系統》和《數字信號處理》課程的實驗工作，學生運用 Matlab仿真軟件進行驗證性實驗和設計性實驗，并在課后開展綜合性課題的探究性學習。“DSP原理及應用實驗室”負責《DSP原理及應用》課程的實驗工作，開設了DSP系統硬件實驗。整個課程群實驗軟硬件并重，形成一個完整的信號分析處理課程群的實驗體系[3]。

2.2 課程群綜合性實踐

綜合性實踐是培養學生綜合運用所學知識，提出問題、分析問題和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。在學習了頻響特性分析、IIR和FIR數字濾波器等相關知識后，經過驗證性和設計性實驗的訓練后，學生們可以進行綜合性實驗項目的學習，進行后續的課程設計工作。

《數字信號處理》課程進行3周的數字信號算法課程設計，基于Matlab軟件仿真進行語音信號的分析和處理。《DSP原理及應用》課程，采用自制的DSP實驗進行課程設計，包括TMS320LF2407A

最小系統設計、A/D轉換系統設計、逆變器控制器設計等設計題目[4]。課程設計提高了學生的動手能力，激發了學生的創新意識，使學生更加深刻地理解數字信號處理的相關知識與技術。

2.3 開展多種實踐教學活動

結合課程群內容，開展豐富多彩的實踐活動。采取電子競賽或科研活動的形式，每年組織大學生參加校級“長通杯”電子競賽，省級大學生電子競賽，飛思卡爾設計競賽等活動。經過前期的學習和動手能力的增加，學生參加競賽的熱情高漲，大學生電子競賽獲獎比例逐年增加，顯示出較好地實踐能力。另外，當學生在大二年級時，組建興趣小組進入信號分析相關的實驗室，依托開放實驗室自主完成項目研究，加強實踐動手能力培養。學生在大三年級時，實行導師負責制，吸收優秀本科生進入導師的課程組，協助導師和研究生開展信號處理有關的科研活動。綜上所述，通過開展服務于課程學習的多種課外培養活動，擴寬了學生們的學習渠道，使教學內容在實踐中得以延伸和發展，教學質量得到顯著提高[5]。

3 結語

融合CDIO理念的“信號分析與處理”課程群建設，形成了“點-線-面”形式的課程群教學體系，通過培養學生實驗技能和綜合性實踐能力的各項舉措，將實踐教學延伸到課內實踐、課外實踐和科研項目活動中，有利于學生實踐能力和創新能力的培養，教學效果顯著。

參考文獻

[1] 沈君鳳，潘永才，楊維明.整體優化的“信號與系統”課程群建設研究及實踐[J].工業和信息化教育，2014，12（5）：71-74.

[2] 黃海，張宏國，劉勝輝，等.集成專業CDIO二級項目建設——基于信號處理課程群構建[J].北方經貿，2013（2）：117-118.

[3] 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，2013，32（4）：132-134，139.

[4] 劉衛東.《DSP原理與應用》實驗教學改革研究[J].實驗科學與技術，2012，10（1）：84-85.

[5] 王天仕，宋純鵬，尚富德，等.構建能力培養型實驗教學新體系[J].實驗室研究與探索，2011，30（5）：97-100.