雙創精神引領下的信號處理課程群的建設實踐

任國鳳 付建梅 史慧敏 王若凡

摘要：為了滿足經濟的快速發展，國家經濟建設迫切需要具有創新創業理念的應用型人才，而作為人工智能和大數據時代的排頭兵，電子信息專業的應用性和創新性需求更加凸顯出來。本文在雙創精神的引領下，構建了滿足應用型和創新創業型人才雙重培養要求的立體型信號處理課程群，并開展了教學內容和課程體系的雙重改革。實踐結果表明，建成后的信號處理課程群可以滿足學生的專業能力和創新能力培養需求，對相關應用型專業課程群的建設具有示范性作用。

關鍵詞：創新;創業;信號處理，課程群

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0130-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

自從2015年國務院總理李克強同志發出“全民創新萬眾創業”的號召，全國人民尤其是大學生的創新創業熱情受到了極大的鼓舞。而作為應用性和創新性都極強的電子信息專業也在創新的大潮中不甘落后，涌現出了很多積極創新的典范[1]。然而，創新僅僅靠激情是不行的，還需要有扎實的專業知識和較強的創新能力，這就要求高校電子信息類專業加強學生的專業及實踐動手能力培養，并進一步結合專業特點更新教學內容、緊跟專業發展的步伐。

1 “信號處理”立體型課程群建設理念

1.1課程群建設基礎

忻州師范學院電子系開設“電子信息科學與技術”和“通信工程”專業，其中，電子信息科學與技術專業為山西省特色專業。上述兩個專業開設“數字信號處理”與“信號與系統”及相關課程已經多年，形成了比較完整的課程體系。

1.2課程群建設思路

本課程群的建設立足于尊重學生個體興趣發展，充分激發學生的創新實踐熱情，具體體現在以下幾方面：由核心課程的整合向立體專業課程群的建設延伸;由理論知識的傳授向創新能力的培養轉化;由單一實驗課程的教學向專業實踐能力的培養過渡;由漸進型課程框架向立體型專業模型升華。

1.3課程群的結構

本文旨在建立以“信號與系統”和“數字信號處理”為核心的立體型課程群，具體課程組合情況如圖1所示。根據專業特點及學生興趣發展，該課程群可分別向創新設計型（“DSP原理與應用”“單片機技術”及“EDA”）、信號處理型（“語音信號處理”“圖像信號處理”及“視頻信號處理”）和通信系統型（“現代交換技術”“移動通信”及“衛星通信”）三個方向延伸。同時，三個課程方向之間又相互關聯，互相促進。

1.4教學資源的重構和教學方法的更新

課程群中教學資源的組織是課程群開展教學實踐的基礎。合理規劃課程群內相關課程的知識體系，梳理不同課程間的相關知識點，對不符合創新人才培養、內容重復的知識點進行刪減，增加最新的學科理論及創新理念;同時，深度開展課堂教學改革，引入“虛實結合，內外兼修”的混合式教學方法，將教學延伸到課堂之外，充分利用“MOOC+SPOC”的先進教學理念，全面培養學生的創新實踐能力，提高學生的理論知識水平。

2“信號處理”立體型課程群建設的具體做法

2.1建立立體型課程體系，融入雙創精神理念，整體優化課程內容

課程群建設要求相關課程間緊密聯系，內在的邏輯性很強，所有課程必須是一個有機的整體。在該課程群內，“信號與系統”和“數字信號處理”為關聯性極強的專業基礎課程，是電子信息類專業的骨干課程，為信號處理課程群的理論基礎;“DSP系統與應用”“數字系統設計”“可編程邏輯器件”及“單片機技術與應用”等為實踐類和創新類課程，是信號處理理論的硬件實現及理論聯系實際的落腳點，是創新創業理念的體現之處;“語音信號處理”“圖像信號處理”和“視頻信號處理”是信號處理理論的升華和實踐;“現代交換技術”“移動通信”和“衛星通信”是信號處理理論在通信系統中的應用延伸。

2.2 結合課程群特點，引入混合式教學方法，進一步優化教學方法

針對不同課程的內容特點，在充分利用線上+線下結合的教學方法的同時，優化課程群內各門課程的教學方法，具體來說：

（1）引入混合式教學方法，充分利用線上網絡資源和雨課堂等微信平臺。

將雨課堂App率先引入“數字信號處理”的課堂教學中，通過該App適時引入該課程中的一些前沿性知識和趣味性知識，比如模擬信號與數字信號間的頻域分析異同、帕斯維爾定理的物理意義、數字信號處理和數字信號處理器等。

（2）在理論教學過程中，引入仿真實驗教學，使抽象的理論形象化。

在應用型工科專業中，實踐教學是理論教學的有力補充，是創新型人才培養的重要環節。筆者所在高校采取實驗課和理論課獨立設課的人才培養模式，強化學生實踐動手能力和創新能力的培養。同時，在實踐教學過程中，采用通用型仿真實驗平臺（Matlab、Svstem View等軟件）和專業型仿真平臺（武漢凌特虛擬仿真實驗平臺）相結合的虛擬仿真模式，對理論知識點進行實踐和夯實。這樣的教學模式可以使抽象的理論知識形象化，更好地培養學生的創新思維，提升學生的實踐動手能力。

（3）在“數字信號處理”和“數字系統設計”中引入探究式學習方法和創新性綜合實驗項目，加強學生的探究實踐能力。

分別在理論性和實踐性較強的“數字信號處理”和“數字系統設計”兩門課程中引入探究式教學方法[7]，并在上述兩門課的實踐教學項目中設計創新型綜合實驗題目。其中，“數字信號處理”課程選擇Z變換和離散傅里葉變換[8]進行探究式研究，突出信號處理的理論性和工程性，進而利用信號處理理論實現對音樂信號的去重音分析，通過“探究+創新實踐”的教學模式，為學生搭建起信號處理理論與工程實踐之間的橋梁。

（4）持續加大過程性考核力度，注重學生的理論、實踐和創新能力的綜合評價。

在對學生的學習效果和綜合能力進行考查時，注重對學生學習過程、理論、實踐和創新能力等多方面的綜合考查。具體來說，在閉卷考試型的課程中，過程性考核占比由原來的20%增加到30%;開卷考查型的課程中過程性考核占比由原來的40%增加到60%;在實踐型課程中，將過程性考核占比增加到80%以上，極大地促進了學生的學習熱情，體現了對學生表現的全面考查。

2.3 樹立應用型人才培養目標，構建“虛實結合，以實為主”的實踐教學體系

筆者所在專業為山西省特色專業，其主要特色在于應用型、實踐型人才培養目標的確定和培養方案的實施，分別在15版和19版（將于2020年開始實施）人才培養方案中堅定樹立應用型人才的培養目標，并持續改進實踐教學體系，以提高應用型人才的培養水平。目前，忻州師范學院電子系已經構建了“虛實結合，以實為主”的實踐教學體系，從“基礎實踐動手能力一專業實踐水平一工程創新能力一學科創新思維”的主線培養學生的創新創業能力;同時以五臺山風景區為研究背景，開展復雜通信環境下移動通信信號的處理等研究，提升學生的創新創業綜合能力。

2.4 更新實踐教學方法，引入項目式教學法，提高學生創新能力

筆者所在項目組以“數字系統設計”和“DSP原理與應用”為代表性課程，引入了項目式教學法，采用滾雪球的模式將若干分離的基礎型項目糅合成綜合性的創新型項目，進而在一個工程實踐項目中，多角度培養學生的綜合創新能力。

2.5 建設與課程群體系相配套的教材體系

作為應用型師范院校的非師范專業，要結合自身專業和師資水平建設與課程群體系相配套的教材體系，項目組選用國家“十三五規劃”教材或電子信息行業高引用度教材，并結合應用型工科專業需求，對教材內容進行二次加工，制定了符合專業實際的課程標準和教學大綱。同時，結合理論課教材和創新創業要求，自編了相關實驗課程的實驗指導書，從而構建了“引進+自編”相結合的教材體系。

3 課程群建設效果與思考

筆者所在項目組開展的信號處理課程群建設取得了如下的成效：

（1）在課程群框架構建過程中融入了創新創業理念，整體優化了課程群的知識體系，強化了知識間的有效銜接，并實踐了以混合式教學法為代表的多種教學方法和過程性考核方式，培養了學生探究、實踐、創新和創業能力。

（2）結合課程群建設成果，發表了7篇相關教學科研論文，立項了多項各類教學改革項目。該課程群的建設得到了學生們的認可，學生的滿意度調查結果逐年攀升。

（3）結合通信信號處理理論和五臺山風景區的自然環境及人文環境特點，設計了基于五臺山地貌環境的“多熱點潮汐現象下的通信鏈路分析”虛擬仿真綜合實驗項目，實現了教學和科研的互補，在提高學生基本專業能力的同時，培養學生的創新能力。

4 結束語

近二十年來，信號處理的理論被廣泛地應用于生物醫學、地質探測、遙感遙測，乃至人文領域，對整個社會的發展產生著重要的影響，培養信號處理的應用型專業人才就顯得尤為重要。基于雙創能力培養的應用型人才能夠滿足我國經濟社會發展需要，進一步提高國家的創新競爭力。

參考文獻：

[1]吳杰.卓越工程師“數字信號處理”課程群主題式教學探索[J].中國電力教育，2014（8）：78-79.

[2]莊陵，曹建玲，李強.新移動通信技術背景下的信號處理課程群教學改革與探索[J].課程教育研究，2016（28）：236-237.

[3]李秀梅，董文，賈中云.地方院校信號處理課程群的建設與探索[J].大學教育，2016，5（8）：169-171.

【通聯編輯：李雅琪】

基金項目：山西省高等學校教學改革創新項目（J2019174）;山西省教科規劃課題（GH-17053）;教育部“產學合作，協同育人”項目（201702091017）;忻州師范學院教學改革研究項目（JG201723JG201311）;忻州師范學院科研項目（2018KY15）

作者簡介：任國鳳（1979-），女，山西忻州人，忻州師范學院電子系副教授，博士研究生，主要研究方向：信號處理的理論及實踐。