對標“金課”標準探索數字信號處理課程考核改革

江漢 徐以濤 程云鵬

摘? 要：針對數字信號處理課程傳統考核過程中存在的重理論輕實踐、重結果輕過程等，該文以“強化基礎、注重能力、啟發創新”為理念，對標“金課”標準，從優化考核內容、突出過程評價、創新考核方式三個方面開展課程考核改革。充分發揮學生的主體作用，形成過程考核與實踐考核相結合的新的課程考核模式，從而實現課程的高階性、創新性、挑戰度，為面向應用型人才培養的數字信號處理課程建設提供新思路。

關鍵詞：金課；數字信號處理；課程考核改革；人才培養；考核模式

Abstract： In view of the deficiencies in the traditional examination process of digital signal processing course， such as emphasizing theory over practice， emphasizing results over process， etc.， this paper takes the idea of "strengthening the foundation， emphasizing ability， inspiring innovation" as the ideal， carries out the examination reform of the course from three aspects： optimizing the examination content， reorganizing the examination opportunity and innovating the examination method， so as to give full play to the main role of students. A new course examination mode combining process examination with practice examination has been formed to realize the high-order， innovative and challenging course， and to provide new ideas for the construction of digital signal processing course for application-oriented personnel training.

Keywords： golden course; Signal Processing Course; curriculum assessment reform; personnel training;? appraisal mode

數字信號處理是高等院校通信工程、電子工程、自動控制、雷達工程和測繪導航等專業的骨干基礎課程，也是本校戰場機動通信技術與指揮專業的一門重要專業背景課程，在新制定的人才培養方案中已將其列入大綱核心課程[1]。

根據教育部提出的“金課”的“兩性一度”標準[2]，即在教學過程體現創新性和高階性，培養學生創新性解決復雜問題的綜合能力，訓練塑造高階性思維習慣，要求課程內容具有一定的挑戰度[3]。要達到“金課”培養目標，課程考核標準自然就提高了，考試內容必須具有一定的挑戰度[4]，因此注重過程評價、設計多元化的評價方式是“金課”建設不可或缺的一部分。

結合面向新工科的本科院校辦學定位，各大高校均在積極探索電類專業必修課數字信號處理課程改革途徑。數字信號處理課程傳統考核過程普遍存在重理論輕實踐、重結果輕過程的現象，本文在分析傳統考核存在的問題和弊端的基礎上，提出了從優化考核內容、突出過程評價、創新考核方式三個方面開展課程考核改革的思路，結合實施效果的評估，對標“金課”標準的高階性、創新性、挑戰度。

一? 傳統課程考核存在的問題

課程考核是檢查教學效果、改進教學方法、督促教學目標實現的重要手段，也是培養創新型人才的重要環節。傳統的課程考核辦法大多是“平時表現（30%）+期末考試（70%）”的簡單化綜合評定成績，這種方案考核內容筆記化，僅僅能反映學生對該課程主要重點和難點知識的掌握程度，難以覆蓋數字信號處理大量的新概念、新變換及數字濾波器新設計等內容。考核時機固定，不利于反饋教學效果，難以引導學生積極主動學習。考核方式單一，采取重理論輕實踐、重記憶輕能力的閉卷筆試方式，不利于學生綜合思維和綜合運用能力的培養。具體表現如下。

（一）? 考核內容主要以基礎性、分散的知識點為主，無法綜合衡量學生的工程實踐能力和創新能力

該課程以前的考核題型以計算為主，另有填空、選擇、判斷等題型，答案是“唯一性”的標準答案。這種題型只是單一考查學生的計算能力和知識記憶能力，無法考查學生解決實際問題的綜合素質，學生在做題時是朝著“標準答案”來思考，學生很難進行思維拓展、自主設計創新，無法綜合衡量學生的工程實踐能力和創新能力。

（二）? 考核形式主要為閉卷筆試，考核手段單一，且考核時機固定，無法全面及時評價教學質量

以前的考核體系存在理論考試多，動手考察少；閉卷考試多，開卷考試少；具備標準答案的試題多，注重分析綜合能力考核的開放性試題少。考核的重點在理論知識的復現，容易誤導學生死記硬背，無法引導學生開展綜合分析，延伸拓展。考試時間固定，基本放在期末，無法反映學生平時的學習效果，更無法反饋教學過程中存在的問題。容易出現平時松懈、考前突擊的不良學風，考核成績對教學的反饋作用幾乎為零，難以全面及時地評價教學質量。

二? 課程考核改革思路和舉措

針對以上問題，結合實際教學經驗，從優化考核內容、突出過程評價、創新考核方式三個方面開展課程考核改革，充分發揮學生的主體作用，形成過程考核與實踐考核相結合的考核模式，提升教學效率、提高教學質量。

（一）? 優化考核內容，突出綜合運用能力

本門課程授課內容同時具備理論性強和面向工程實踐明顯的兩大特點。教學內容涵蓋眾多的數學公式和符號，定理和性質都有嚴密的數學推導過程，理論性較強；同時很多數字信號處理算法是直接運用于工程實踐，涉及到工程實現的技術細節較多[5]。因此本課程的教學目標不僅僅是幫助學生掌握知識概念、推導數學公式，更是為了幫助學生解決在今后學習和科研中碰到的工程實踐問題[6]。因此考核的重點是知識的綜合應用能力，而不是零碎知識的簡單記憶，僅由一張試卷作為終結性考核內容的做法已經遠遠不能全面評價學生對課程知識體系的分析對比能力、工程實踐能力、綜合運用能力。改革后的終結性考核包括三部分：課題論文、綜合性實驗和閉卷考試，具體實施舉措如下。

1）課題論文：基于課程知識體系結構，結合通信工程專業背景，提煉出典型的教學案例，設計凸顯通信特色的論文題目。比如：FFT/IFFT在正交頻分復用（OFDM）中的應用、FIR濾波器和通信中多徑信道建模、基于低通濾波器的相干解調設計等。課程開始之初，老師發布論文選題，讓學生在課程學習期間撰寫課題論文。

2）綜合性實驗：圍繞重要知識點，結合通信工程應用背景，老師構建相應的綜合性實驗案例庫，學生從中隨機抽取仿真實驗題目，結合課程的理論知識，采用MATLAB仿真工具以分組的形式開展團隊作業。

3）閉卷考試：依托已建成的課程試題庫，科學設定知識點分層要求，依據試題庫出卷系統，科學組卷出題。并適當增加體現實踐能力測試的題型，考察學生綜合利用平時所學知識解決信號處理問題的能力。

（二）? 突出過程評價，反饋調整課堂教學

本門課程包含離散時間信號與系統的時域和頻域分析、信號的變換及經典數字濾波器的設計方法，所涉及到的知識點范圍廣泛，內容層層遞進。前面離散時間信號與系統知識是后面濾波器設計的基礎，課程前半部分的知識掌握不牢必然會影響后續內容的學習。如果能開展階段性測試，對已學的單元知識點進行及時考核，一方面可以趁熱打鐵加深學生對該知識點的掌握深度，拓寬課程考核知識點的范圍，提升考核內容的全面性，避免學生在學習過程中產生問題堆積效應導致厭學情緒；另一方面，教師可以根據學生的階段性考核結果及時調整授課內容難度，改進教學方式。改革后的考核以課堂提問、專題匯報、單元測試等過程性考核，貫穿在整個教學過程之中，做到隨學隨考、及時總結、及時反饋。具體舉措如下。

1）課堂提問：根據課堂教學情況隨機提問，檢驗學生對知識的掌握情況，有效吸引學生注意力，提高學生課堂專注度。例如，對連續信號抽樣，在連續信號的最高頻率未知的情況下，應如何確定抽樣頻率？為何時域抽樣定理要求信號的頻帶有限？頻域采樣定理要求信號的時間長度有限？課堂結束后留下幾個問題讓學生課后準備，在下次上課時提問檢驗，促使學生課前預習，課后復習。

2）專題匯報：按照數字信號處理的知識體系，選取了12個重要知識模塊，形成專題讓學生利用課外時間查閱資料，研究形成報告；輪流指定一些學生提前制作PPT 課件，在課堂上匯報，并接受學生的提問和質詢，教師對匯報的學生逐一點評，按照評分表給出形成性成績。匯報專題選題見表1。

3）單元測試：課程教學內容包括離散時間信號與系統的時頻域分析、離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）、數字濾波器基礎及其設計方法等三大知識體系和9個章節，在學習完每部分知識體系后進行一次階段性考試，共分為三次單元測+一次期中測試，依據階段性考試成績，學生可以及時補缺補差，教師也可以及時調整后續的教學。

（三）? 創新考核方式，體現多元化評價

弱化傳統應試教育中形式單一、重記憶輕能力的閉卷考試，積極探索多樣化的考核手段。結合通信專業背景，注重實踐和理論的結合，老師以典型工程案例庫為基礎制定研究小論文、綜合性實驗等選題，并布置給學生完成，采用團隊作業+上機實驗+質詢答辯方式進行考核，實現對學生知識和能力全方位多角度的考察。具體舉措如下。

1）實踐考核：與通信工程案例相結合，設計開放性實驗，逐步提高綜合性、設計性、自主性實驗的占比。實驗內容分布見表2。

2）評價標準：依據考核標準，在學生上機匯報、質詢答辯的基礎上，以小組互評、學生評分等形式實現評價標準的多元化，注重知識和能力綜合評定，激發學生的內生學習動力。

三? 課程考核改革實施效果

考核改革后的成績評定加大了形成性成績和實踐環節的比重，更強調對學生綜合應用能力和工程實踐能力的考核，強化學生自主創新和設計能力的培養。改革前后課程成績評定對比表見表3。

其中，課堂表現包括隨機提問、主動質疑等環節，綜合實驗采取小組成員相互合作團隊作業的方式開展，成績評定由答辯時學生互評、答辯質疑、答辯過程和項目實現結果組成。

（一）? 學生評教反饋

課程組所在學院的教務機構每學期會組織學生從教學態度、目標、內容、方法和效果五個方面對所在期班的任課老師進行獨立評價，形成評教數據。2019—2021年的評教數據分布如圖1所示。

從評教數據可以看出，學生對授課老師態度、課程內容、教學方法和總體認可度均有很大程度的提高。

（二）? 考核成績對比

經過三年的教學實踐，形成的考核成績如圖2所示，無論是優秀率（90分以上）、良好率（80～90分）都有較大程度的提高，同時不及格率（60分以下）降至0，說明考核方式改革已經初見成效。結合形成性階段考核結果來看，課程考核改革有效杜絕了平時不學習、不聽課，到期末通過死記硬背達到優良的現象發生，使學生更注重平時的表現，積極參與課堂的討論，積極回答問題，并認真思考每一個知識點在實際中的應用。通過綜合實驗和課程論文的鍛煉，應用數字信號處理的實踐教學平臺，教學期班中有多名學生參加學員科技創新活動，并獲得大學卓越杯競賽一等獎。

四? 結束語

課程考核改革必將促進教學改革的進一步深化，有助于形成完整的課程考核體系，建立起科學的考核標準，使教、學雙方進入良性循環。本門課程改革后的考核方案突出了形成性考核，形成性考核的本質目的不是評價學生學得好與差，更不是把學生“考倒”，而是以考核來引導學生牢固掌握基礎性知識，培養學生如何應用所學知識解決實際問題的能力，將考核壓力變為學生自主學習的動力。當然，考核改革方案在具體實施中也出現了一些新問題：團隊作業考核中個體區分度不高，綜合實驗展示是以學習小組的形式來進行，雖然制定了同組互評、現場表現、課下貢獻和質疑答疑評分標準，但實際考核過程中仍然存在同組學生考核成績區分度不高的情況，需要進一步改進。

參考文獻：

[1] 徐以濤，江漢，童曉兵，等.聚焦“四力”培養的“數字信號處理”課程教學改革[J].電氣電子教學學報，2021，43（6）：42-47.

[2] 吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9．

[3] 吳巖.勇立潮頭，賦能未來——以新工科建設領跑高等教育變革[J].高等工程教育研究，2020（2）：1-5.

[4] 余建波.如何構建金課標準？[J].中國教育網絡，2019（11）：76.

[5] 江漢，徐以濤，沈良.線性卷積與循環卷積的教學研究[J].電氣電子教學學報，2016，38（4）：72-75.

[6] 張玉明，童曉兵，徐以濤.“數字信號處理”課程中插值實現的探討[J].電氣電子教學學報，2019，41（2）：41-44.