體現兩性一度的數字信號處理金課建設探索*

摘" 要" 數字信號處理課程是電子信息工程專業的重要課程，教學中一些教學方法已經受到當前的技術發展影響。針對數字信號處理課程理論性強、實踐要求高的特點，以打造高階性、創新性、挑戰度高的金課為目標，提出新形勢下課程建設新思路。根據該課程特點以及培養目標，對全面深化教育領域綜合改革、加快實現教育現代化進行深入探索和思考。

關鍵詞" 數字信號處理；金課；教學資源；教學改革；教學體系；課程思政

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）10-0043-04

0" 引言

數字信號處理是具有較強理論性和工程性特點的課程，具體應用在科學技術各個領域和國民經濟建設各行業，應用極為廣泛。該門課程的建設水平直接影響電子信息類學生培養水平，因此，國內外各大學的電子信息類學科和專業都將其列為必修課，并加強課程建設與改革[1]。該門課程建設主要沿著兩條途徑：一是對數字信號處理算法采用MATLAB進行仿真；二是引入DSP器件，指導學生完成算法實時實現。從20世紀90年代起，國外盡量避免復雜的理論公式推導，趨向于應用方面研究，國內教師也不斷把學生興趣和注意力引向概念的理解和技術的應用。

國內高校十分重視這門課程的建設，從2008年起，電子科技大學、西安電子科技大學、南京郵電大學等學校的數字信號處理陸續被列為國家精品課程。電子科技大學選用美國原版教材中英文授課，加強以MATLAB為主要手段的仿真能力；東南大學對課程進行整體優化，華南理工大學重視實踐教學，充分利用網絡平臺。2006年，世界一流大學開始回歸本科教育；2018年，我國開啟“建設一流本科、做強一流專業、培養一流人才”的新征程，吹響中國大學再出發的集結號。圍繞一流課程建設，打造高階性、創新性、挑戰度（“兩性一度”）高的金課[2-3]。在這一形勢下，國內各高校積極探討金課建設路徑，北京交通大學率先進行數字信號處理金課建設。

針對數字信號處理課程理論性強、實踐要求高的特點，課程團隊以“兩性一度”金課建設為目標，始終堅持與時俱進，將科技學術前沿成果引入課堂，通過專題研討、創新實驗、挑戰性項目等方式，促使學生對課程知識深刻理解及靈活運用。授課教師始終注重知識點傳授、理論與實際結合、思維模式訓練，增加知識連貫性和趣味性，同時以工程實踐為例，設置挑戰性的研究型題目，實踐線上線下混合式研究型教學，培養學生獨立解決問題能力和創新能力。該課程已建立起包含專業特色教材、多種教學資源、層次化課程實驗、線上線下混合教學方式在內的完整教學體系。筆者結合多年的教學經驗與團隊的授課經驗，以提高數字信號處理課程教學質量為出發點，以“兩性一度”為目標，對數字信號處理課程教學改革展開探索性研究[4-6]。

1" 數字信號處理課程教學改革思路

1.1" 高素質教學團隊建設

課程教學團隊由一名帶頭人和若干名教師組成。團隊重視隊伍建設，形成合理的隊伍結構：帶頭人是具有豐富教學與科研經驗的老教師，教學效果好，學術水平高，有較強的組織管理和協作能力；中年教師具有該課程的多輪教學經驗，有較強的改革意識和創新精神；青年教師具有較高學歷，積極承擔各項教學任務，有較強的科學素養和奉獻精神。課程教學團隊是一支戰斗力強的高素質教學隊伍。

1.2" 先進的課程教學理念

黨的十八屆五中全會提出創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，為中國特色社會主義教育理論發展和全面深化教育體制綜合改革、加快實現教育現代化，指明了方向和路徑[4-6]。該課程以教學為主，產學研并重，通過建立教師與學生共同探究的教學模式，激勵指導教師將科研項目與學生培養進行有效結合。課程內容設計根據人才培養目標，體現現代教育思想，符合教育科學的規律；教學理論內容與學科最新發展成果以及教改教研成果在教學過程中有機結合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，達到高階性目的。

針對行業技術先進、發展迅速、原始技術文獻資料多為外文的實際情況，可制作部分雙語教學課件，將英文原文呈現給學生，必要時配以中文講解。一方面可以讓學生學習和掌握系統全面的理論與實踐知識，接觸課程最原始的文獻資料；另一方面可以使學生在自主學習過程中閱讀更多的英文科技文獻，為提高學生英文科技文獻的閱讀和理解能力奠定良好的基礎。通過給學生定期安排一些小論文或小項目任務，引導學生帶著問題去查找、整理和分析資料，以促進學生之間的學習討論，使學生從知識的被動接收者成為知識的主動建構者。

1.3" 清晰的課程教學體系建設

課程教學團隊注重課內及相關課程知識點的銜接，優化課程內容，承前啟后構建知識體系。首先梳理出清晰的數字信號處理課程知識點圖譜，作為開篇和結課的總結；然后以典型數字信號處理流程為主線，涵蓋課程主要知識點，構建知識點相互關聯的數字信號處理知識體系，增強知識的連續性和感性認識，培養學生系統觀、創新思維、綜合利用所學知識分析復雜電子系統的能力。同時，在教學過程中將課程思政目標融入其中，促進知識、能力和課程思政教學目標同步有效達成，培養學生精益求精、嚴謹求實、一絲不茍的科學精神。課程教學體系建設思路如圖1所示。

1.4" 課程注重實踐教學，科教融合，培養學生工程能力，教學形式呈現先進性和互動性

針對課程前沿性和工程應用性較強的特點，加強實踐教學建設，凝練5G通信等重大前沿科技中典型數字信號處理應用，建立由基礎性模塊化課程實驗、挑戰性研究型項目構成的層次化數字信號處理實踐教學，培養學生理論分析、工程設計、系統仿真、軟硬件實現的綜合能力。與電子設計基礎訓練、單片機基礎、綜合創新實驗等課程形成層次化實驗實踐體系，同時發揮線上教學和線下教學各自的優勢[7-10]。傳統的課堂教學與“互聯網+”時代的在線教育形式相比，受時間、地點等因素制約較多，而現代化教育可以通過信息技術與教育教學深度融合，以新的方式進入課堂，建立以多媒體、多形態、多功能的教學資源和多種教學服務為內容的立體化全新教學體系，從而帶來更好的教學效果。學生可以根據實際學習情況，利用網絡資源隨時進行自主學習。圖2為教師利用超星學習通上傳的各種教學資源，學生可自行下載，輔助完成課前預習、課后復習等教學任務。

1.5" 教學方法與手段

教學中要做到因材施教，有一套科學的教學方法，教學組織與設計過程重視互動性、參與性、啟發式、案例式等教學方法的運用。在教學過程中，傳授知識、能力培養和提高素質相結合，激發學生學習的積極性和主動性；以精講多練、啟發思維為原則，引導學生提出問題、獨立思考、積極探索，開發學生的個性化創造潛能；教學手段豐富多樣，針對課程本身理論部分抽象、難懂的特點，開發完善適合教學的多媒體輔助資源，如利用Flash等工具制作動畫，將抽象的概念感性化，以形象生動的圖像、動畫來展示理論內涵，啟發學生的思維，培養學生的學習興趣，實施形象教學，活躍課堂氣氛，寓教于樂；秉持精講多練、啟發思維的原則，充分開發學生的個性化創造潛能，結合課程特點恰當地使用現代化教學手段，在增強教學效果方面成效顯著。

應充分發掘教學素材，課程內容確保前沿性和時代性，教書育人，增強學生自信。以5G通信、北斗導航、航天探測等我國科技成就為實例，培養學生的民族自豪感。如以5G調制方式、北斗信號形式引出傅里葉變換、FFT等知識點，以身邊實例，加深學生對抽象理論知識的認識，增強學生的愛國情懷，激發學生的學習動力，培養學生的自信心。

1.6" 教學設計

構建課前發布任務、自主調研，課中設疑互動、知識講解，課后學習探究、拓展延伸的教學設計流程。如在講授離散傅里葉變換的定義及應用時，首先向學生發布課前（線上）任務單，讓學生通過觀看教師錄制的微課視頻，對本次課程的核心知識點有初步認識和了解，并完成自助調研任務，尋找離散傅里葉變換在工程和生活中的應用實例。讓學生通過自助調研任務，認識科學研究對國家發展的重要性，激發學生學習和創新的原動力。課中以“聽音識曲的原理”導入課程，激發學生的學習興趣和好奇心，進入學習狀態。通過設疑互動，使學生回顧學習內容，提煉關鍵知識點，梳理知識脈絡，構建知識體系。課后向學生提供資源網址，提出“DFT在AI領域的探索”等學習探究問題，使學生充分利用學習資源，自主探索和學習，提高學習能力，增強學習過程的探究性和個性化。

1.7" 教材選用與編寫

根據教學內容、教學大綱選擇合適的教材，教材應該符合教學內容和教學大綱的要求，具有通俗易懂、條理清晰、反映學科技術的發展趨勢等特點。選用優秀教材（含國家和國外高水平自編教材），豐富課件、案例、習題等相關資料，為學生學習提供相關資料，配套齊全實驗教材，滿足教學需要。

1.8" 考核評價體系建設

積極進行考核評價方法改革，實施一套行之有效的考核辦法，考核方式靈活多樣。確保命題科學與教學內容協調，具有思考性和啟發性，側重考核學生對基本知識的掌握和分析問題、解決問題的綜合能力，有嚴格的考核要求和評價標準，評判公正規范。考核形式必須多樣化，即根據專業特點，結合課程的性質和內容，采用課后作業、課堂表現、考勤情況、期末作業和實踐操作能力考核等靈活多樣的方式進行組合考核。

1.9" 教學資源建設

在學校網絡教學平臺中建立教學資源豐富、功能齊全、運行良好的課程網站，并能有效共享。一般提供課程的教學大綱、教學進度表、授課方案、習題、實踐指導、參考文獻目錄等材料，鼓勵教學錄像上網。學校設有多個大型計算機機房，軟件安裝齊全，有利于學生上機編程調試；學校圖書館藏書豐富，有大量數字信號處理技術相關參考書籍，可供學生借閱；學院實驗室設有相關實驗平臺，可提高學生的動手實踐能力。

1.10" 教學管理建設

具有完整、規范的課程教學檔案和教學過程材料，教學進度表、教師講稿、考試試題及評分標準、試卷及成績分析總結等齊全，經常開展教學研究、觀摩教學及試講等活動。

2" 結論

課程教研團隊基于國家對新時代電子信息人才多元化的要求和學生個性化發展的需求，始終注重教書育人、課程建設、教學探索與改革，致力于信號處理課程與實驗體系的建設和完善。具體來說，在國家級一流本科課程建設基礎上，突出“兩性一度”特色，針對新工科知識交叉等特點，結合5G、

AI等信號處理前沿領域，依托學校實驗教學中心，完善課程實驗教學資源，建設數字信號處理層次化實驗教學體系，支撐課程教學；利用先進的信息技術手段實現課堂教學的信息化、智能化，構建智能化的課堂教學環境；將數字信號處理課程的優勢資源、建設經驗以及教學理念拓展到更多學校，擴大受益學生，為培養更多高質量的電子信息人才和優秀的青年教師提供支持。

參考文獻

[1] 鄒德旋，李洪美，王曉燕.“數字信號處理”課程教學研究[J].電氣電子教學學報，2021，43（4）：89-93.

[2] 畢楊，楊曉濛.應用型本科院校對標“金課”標準實現“數字信號處理”課程改革[J].教育現代化，2019，6（33）：43-45.

[3] 叢培欣，崔爽，陳孟澤.新時代“兩性一度”高職線上“金課”應用模式整體構建的研究探索[J].牡丹江大學學報，2021，30（9）：61-65.

[4] 徐媛媛，孫健華，顧海，等.基于“兩性一度”的機械設計課程的混合式教學改革研究[J].現代職業教育，2021（33）：20-21.

[5] 宋專茂，江波.課程教學“兩性一度”評價的指標建構與實施方法探索[J].上海教育評估研究，2021，10（2）：62-67.

[6] 李智，趙豫西，魏玲麗.“兩性一度”思維下的應用型本科精品在線開放課程建設[J].應用型高等教育研究，2020，5（4）：75-80.

[7] 許強，覃驪蘭.線上線下混合式中藥學“金課”教學改革初探[J].廣西中醫藥大學學報，2021，24（2）：111-113.

[8] 劉會衡.數字信號處理混合式教學中的課程思政[J].福建電腦，2021，37（7）：124-127.

[9] 范迪，高潔，楊光，等.基于“一平三端”的《數字信號處理》混合式教學模式實踐[J].中國多媒體與網絡教學學報，2021（7）：26-28.

[10] 曹玉東，周城旭，王冬霞，等.信息技術在線上線下混合教學中的應用探索：以數字信號處理課程為例[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2021，23（3）：113-115.

*基金項目：華北理工大學教育教學改革研究與實踐基金重點建設項目“體現‘兩性一度’的數字信號處理金課建設研究與實踐”（項目編號：ZJ1905）；河北省高等學校科學技術重點研究項目（項目編號：ZD2020152）；華北理工大學研究生教學質量工程項目（項目編號：SFK202201）。

作者：黃曉紅，華北理工大學人工智能學院，教授，研究方向為數字信號處理；崔東艷，華北理工大學人工智能學院，講師，研究方向為智能信息處理；高雪飛，華北理工大學人工智能學院，副教授，研究方向為通信工程；趙麗莉，華北理工大學人工智能學院，講師，研究方向為電子科學與技術；馮英翹，華北理工大學人工智能學院，講師，研究方向為電子信息工程（063210）。