電子信息類專業信號處理課程群的建設研究

張文 蔡燕

摘要：文章探討電子信息類專業信號處理課程群的建設，對課程群的內涵及意義進行闡述。基于課程群的兩種不同理解，通過信號處理課程群的大量教學實例，對課程群體系、教學內容改革、教學方法和實踐體系的建設提出改革舉措。實踐證明，課程群的建設，有利于教學質量的提高。

關鍵詞：課程群;電子信息類;建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）36-0195-02

一、引言

1990年，北京理工大學在課程建設中創造性地提出“課程群”的建設思想。目前，課程群建設已成為高校教學研究的熱點，并且被若干國家級、省級專業教學指導委員會所認可。近年來，隨著本科教學工程項目的實施，人們看到高校人才培養并不是以一門課程建設就能解決的，而是要通過課程群，著力于學科課程體系建設的本土化。

二、基于專業的信號處理課程群建設

信號處理課程群應包括信號與系統、數字信號處理、DSP原理與應用、語音信號處理、數字圖像處理五門課程，其中，信號與系統、數字信號處理在目錄中被列為核心知識領域。目前，較多高校缺乏課程群概念，僅僅以課程為單位，沒有考慮到群內各課程知識間的相似性特點，任課教師各自為政，造成相關課程學時設置不合理，不同課程在教學中顧此失彼，存在內容銜接不合理和重復的現象。

信號處理課程群建設應整合課程，優化教學內容，打破課程界限，以突出實踐應用為原則，將某些內容重復或交叉的課程、理論與實際結合緊密的課程進行優化組合，圍繞專業培養目標，以能力培養為導向，建立應用型本科模塊化課程體系，模塊與模塊之間層層遞進、相互支撐、有機結合。根據課程定位、培養計劃、前后課程關系、學時安排等進行探討。相近專業之間不應過于強調自身的系統性和完整性，應針對專業總體培養目標有選擇性地構建基礎模塊，這也有利于按大類招生的學生在專業領域間進行專業轉換。

信號處理課程群中，“信號與系統”、“數字信號處理”是兩門關聯性很強的專業基礎課，是信息類專業的骨干核心課程，屬于課程群中的基礎理論部分。其中，“信號與線性系統”突出理論基礎;“數字信號處理”以信號處理算法研究為主線，突出探究性學習方法;“DSP原理與應用”突出信號處理算法在工程中的硬件實現，是理論聯系實際的硬件平臺，所以，“數字信號處理”和“DSP原理與應用”組成理論實踐模塊。五門課程的關系如圖1所示。

“語音信號處理”和“圖像處理”是信號處理理論和實踐的具體應用，組成應用模塊。“語音信號處理”突出以軟件實驗優勢、“圖像處理”突出采用軟件演示仿真、多媒體視聽技術等展示信息處理綜合技術。3個模塊縱向傳承，橫向交疊互補。其中，“數字信號處理”在前兩個模塊中有交織，也體現了“數字信號處理”課程的重要地位。協調各課程間的關系，打破課程與課程間傳統的單維關系，互為補充，相互關聯，以“點”形成“面”，形成逐層遞進、整體優化的體系化結構，使課程體系更加符合信息社會對學生知識結構和能力結構的要求。

三、基于學科的信號處理課程群建設

針對應用型本科特點，可以將應用型高校的培養規格歸納為：基礎適度、重視應用。制訂培養方案時，應打破課程、教材以及知識體系的界限，以問題為導向，為學生提供綜合性的課程和實際工程項目。樹立理論與實際相結合的觀念，培養學生用科學知識解決實際問題的能力以及在實際工作環境下的思維方式和行為方式。

按照現代工程教育提倡的“厚基礎、寬口徑、能力強、素質高”的人才培養目標，信號處理課程群建設可按相近專業設置學科基礎課程，主要包括電路基礎、信號與系統、電路、模擬電子技術基礎、數字電路與邏輯設計、數字信號處理、電磁場與電磁波、射頻電路基礎等。這樣設置有利于拓寬專業口徑，增強適應性。在搭建學科基礎課程平臺過程中，既要注重各門課程間的重復，又要適度把握課程間的交叉和滲透，反映學科的知識組織結構、發展特點和內在規律，突出學科特點，保證學術深度和課程間的相互銜接。

信號處理課程群建設應著重基本概念、基本原理的闡述及各概念間的相互聯系，既重視原理、概念和算法的講解，保持課程知識體系的完整性和系統性，又重視算法的實現和實踐。在保證基礎理論不減少的前提下，可適當壓縮課內學時，所有課程理論與實踐都圍繞一個整體的電子信息與通信系統構建，體現“做中學”的理念，將原來相近的課程統一整合優化，精練教學內容，合理劃分各部分應講授的內容，進行總體設計、分步驟實施。如將信號與系統、數字信號處理、自動控制原理整合重組為“信號、系統與信號處理”，將信號與系統、MATLAB、數字信號處理、DSP原理及應用進行有機組合，將理論和實際有機結合起來，深入分析各課程間的相互關系，將MATLAB課程去掉，將內容及仿真滲透到信號與系統數字信號處理中去，讓學生自學MATLAB。

專業方向課程設置應套餐化。根據電子信息技術發展最新趨勢，專業方向課程中，每個方向由4-5門限選課程組成，形成套餐，學生可根據自己的興趣及專業定位，選擇相應的方向課程。如通信工程專業設置2個方向：無線通信理論和技術、通信網絡理論和技術;電子信息工程專業設置4個專業方向：電子系統、信息處理、空間電子技術、電磁場和微波技術等。

四、信號處理課程群的教學改革

（一）教學方法改革

1.將仿真研究引入理論課堂，創建形象化課堂。對抽象、理論性較強的課程，如信號理論分析，適宜將MatIab仿真研究引入課堂，在課堂上直接演示重難點問題的仿真結果，讓學生領會基本概念、基本原理，從而激發學習興趣。

2.多種授課方式融合。整合課堂板書、多媒體教學和網絡教學三種方式，對一些基本原理方法的推導，可采用課堂板書，學生緊跟教師思路，板書也會給學生留有足夠的思考時間;對于一些需要形象理解、圖示舉例以及演示的部分，采用多媒體互動教學;針對課后復習、相關背景知識學習以及課堂內容的擴展，應充分利用網絡、在線課堂、微課等。

3.培養學生的創新探究能力。圍繞課程中的某個知識點，依照提出問題、選擇探究方向、組織探究、搜集并整理資料、得出結論的步驟開展探究性學習，達到增強學生創新探究能力的目的。如“數字信號處理”理論課結束時，讓學生提交基于MATLAB軟件仿真的探究性研究報告;在“DSP原理與應用”課程結束時，讓學生提交基于CCS軟件平臺仿真實現的報告，這需要學生花費大量的時間查閱資料，綜合所學課程知識，創新性地開展研究，這在無意中培養了學生系統工程技術能力，特別是項目的構思、設計、開發和實施能力。

（二）實驗體系改革

實驗室建設方面，目前普遍存在各課程實驗室孤立、缺乏拓展性跨學科的實踐教學中心。課程群建設應建設三大實驗中心：一是驗證中心，相關設備統一集中管理，將純教室上課改為教室+機房+實驗室上課;二是綜合實驗中心，借助實驗箱、示波器等相關設備進行教學;三是設計性實驗中心，即開放中心，綜合單片機、FPGA、ARM運用軟硬件平臺進行分析和設計的實驗，以項目形式培養學生的工程實踐能力。實踐體系建設應簡化驗證性實驗，強化綜合性實驗，增強設計性實驗。目前，由于課外實驗時間少，學生自主學習時間少，因而在專業訓練方面的必要性尤其突出。

五、結論

我國課程群經歷照搬、模仿、完善、自我更新的過程。課程建設是課程體系建設在目標層面的具體化，是建設特色專業、體現人才培養特色的基礎。各高校要建立一套符合本校學生認知規律、具有地方特色，又可與重點大學教學體系接軌的課程群。