高校信號分析與處理課程教學(xué)改革與思考

摘要：文章圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程評價(jià)對信號分析與處理課程教學(xué)改革提出建議，并針對信號分析與處理課程理論性強(qiáng)、原理概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多的特點(diǎn)，通過適當(dāng)引入研究式教學(xué)法、討論式教學(xué)法、案例式教學(xué)法等教學(xué)方法，提高課程教學(xué)方法的適用性和適配性，同時(shí)在教學(xué)考核中，通過優(yōu)化考核比例，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)考評比重，旨在為廣大高校信號分析與處理課程改革提供參考幫助。

關(guān)鍵詞：高校；信號分析與處理課程；教學(xué)改革

信號分析與處理課程作為電子信息類專業(yè)課程的重要組成部分，在高校信息類專業(yè)課程中發(fā)揮著承上啟下的重要作用，課程主要以通信、控制系統(tǒng)的應(yīng)用為背景，對信號傳輸、信號處理等基本理論進(jìn)行教學(xué)。

信息技術(shù)為我國社會(huì)發(fā)展與建設(shè)提供了有力支撐，在信息化時(shí)代背景下，社會(huì)對信息類專業(yè)的人才需求有了顯著增加，傳統(tǒng)高校信號分析與處理課程教學(xué)已然無法滿足當(dāng)前課程改革的趨勢。如何結(jié)合當(dāng)前社會(huì)對信息類專業(yè)人才的需求，對現(xiàn)有信號分析與處理課程教學(xué)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，成為廣大高校培養(yǎng)應(yīng)用型、實(shí)用型信息類專業(yè)人才的重要方向。

一、高校信號分析與處理課程教學(xué)改革的必要性

（一）深化教育教學(xué)改革的需求

根據(jù)國家教育教學(xué)改革發(fā)展基本要求，圍繞信號分析與處理課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，教師應(yīng)對現(xiàn)有課程教學(xué)結(jié)構(gòu)、課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，并在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生將理論知識與實(shí)踐知識有機(jī)融合，幫助學(xué)生全面掌握信號分析與處理課程有關(guān)理論知識。學(xué)生學(xué)習(xí)課程基本概念，對信號分析與處理課程基本理論、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探究，有助于全面提高實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)知識遷移，將所學(xué)信號分析與處理課程理論知識運(yùn)用到實(shí)踐場景中。

（二）培訓(xùn)新時(shí)期所需要的信息類專業(yè)人才

如今，學(xué)生的綜合能力和實(shí)踐水平?jīng)Q定了學(xué)生的就業(yè)能力與競爭力。立足于信息化時(shí)代對信息類專業(yè)人才的需求，教師應(yīng)對信號分析與處理課程進(jìn)行改革與創(chuàng)新，將科研與教學(xué)內(nèi)容深度融合，在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析問題、解決問題能力的同時(shí)，促使學(xué)生自覺提高自身專業(yè)素養(yǎng)，從而為學(xué)生科技創(chuàng)新能力發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

（三）推動(dòng)一流課程建設(shè)發(fā)展

2019年，教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，對高校一流課程建設(shè)發(fā)展提出了新的要求。教師應(yīng)立足課程建設(shè)理念，積極促進(jìn)信號分析與處理課程改革創(chuàng)新，通過優(yōu)化信號分析與處理課程教學(xué)評價(jià)，實(shí)現(xiàn)信號分析與處理課程教學(xué)質(zhì)量的全面提高。同時(shí)，教師要優(yōu)化信號分析與處理課程教學(xué)改革，圍繞《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》給出的指導(dǎo)方案，全面革新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式，保障信號分析與處理課程教學(xué)符合國家教育標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)發(fā)展趨勢。

二、高校信號分析與處理課程教學(xué)改革思路

（一）教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

當(dāng)前，高校信號分析與處理課程結(jié)構(gòu)單一，教學(xué)模式和教學(xué)方法落后，部分教師在授課階段仍采用傳統(tǒng)“理論式”“灌輸式”的授課模式，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中處于被動(dòng)地位，實(shí)踐能力不強(qiáng)。信號分析與處理課程內(nèi)容較為抽象，知識體系相對廣泛、復(fù)雜，涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較多。?？茖W(xué)生由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，在信號分析與處理課程學(xué)習(xí)中對于公式計(jì)算、概念理解上存在一定的問題。如信號分析與處理課程的教學(xué)大綱規(guī)定60學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)完“時(shí)間信號和系統(tǒng)”的內(nèi)容，其中，離散時(shí)間信號和系統(tǒng)分析內(nèi)容涉及“無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)”“有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)”等，教學(xué)難度較大，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)極易陷入困境。對此，教師應(yīng)合理調(diào)整與優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，在保障教學(xué)內(nèi)容符合信號分析與處理課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，將復(fù)雜問題簡單化處理，抽象內(nèi)容具象化處理，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力與負(fù)擔(dān)。

從本質(zhì)角度來看，信號分析隸屬系統(tǒng)分析需要的范疇，以信號分析為核心，增加部分適用性差、抽象性高的理論知識，著重圍繞信號分析與處理的基本概念、基本原理、基本方法進(jìn)行教學(xué)。信號分析與處理課程涉及的分析方法相對較多，連續(xù)信號分析有“時(shí)域法”“傅立葉變換”“拉普拉斯變換”等計(jì)算方法，離散信號分析有“時(shí)域法”“離散傅立葉變換”“快速傅立葉變換”“z變換”等計(jì)算方法，面對如此多的計(jì)算方法，部分?jǐn)?shù)學(xué)基礎(chǔ)差的學(xué)生會(huì)對信號分析與處理課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理。對此，在信號分析與處理課程內(nèi)容調(diào)整上，教師應(yīng)重點(diǎn)講授概念的認(rèn)知與界定，減少數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)內(nèi)容，并適當(dāng)簡化處理求解過程，根據(jù)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)選擇不同的公式推導(dǎo)方法，構(gòu)建層次化、個(gè)性化的課程教學(xué)內(nèi)容，讓信號分析與處理課程教學(xué)內(nèi)容更加科學(xué)、合理。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)模式

針對信號分析與處理課程理論性強(qiáng)、原理概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多的特點(diǎn)，教師應(yīng)對現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，摒棄傳統(tǒng)一板一眼的理論化課程教學(xué)，圍繞學(xué)生最近發(fā)展區(qū)及信號分析與處理課程的不同教學(xué)模塊，引入研究式教學(xué)模式、討論式教學(xué)模式、案例式教學(xué)模式，以此提高課程教學(xué)方法的適用性、適配性。這對于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性、拓展學(xué)生思維發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

1.研究式教學(xué)模式

研究式教學(xué)模式是當(dāng)前高校信號分析與處理課程中相對常見且實(shí)用的教學(xué)方法。這一教學(xué)模式要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下選擇適當(dāng)?shù)恼n題（問題）進(jìn)行研究，經(jīng)過收集、歸納、統(tǒng)計(jì)、分類、處理、分析后，根據(jù)教師提出的問題進(jìn)行系統(tǒng)性探究，有助于提高問題分析能力和問題解決能力，對于促進(jìn)實(shí)踐能力的發(fā)展具有實(shí)質(zhì)意義。

基于研究式教學(xué)模式的信號分析與處理課程教學(xué)，教師主要按照“確定問題—分析問題（求證階段）—討論問題（分析解決）—驗(yàn)證問題（歸納總結(jié)）”的研究范式進(jìn)行授課。值得注意的是，教師應(yīng)保障問題可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生根據(jù)自身的認(rèn)知能力、研究能力和已有知識水平檢索資料，進(jìn)而歸納、整理研究資料，并在課堂中開展小組討論、課堂討論。最終，教師給出結(jié)果性總結(jié)，讓學(xué)生對研究過程、研究思路進(jìn)行歸納與整理，以此加強(qiáng)學(xué)生對信號分析與處理課程知識點(diǎn)的理解。

2.討論式教學(xué)模式

討論式教學(xué)模式與研究式教學(xué)模式的基本范式相同，但討論式教學(xué)模式的話題相對固定，即教師提出任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生定性、定量進(jìn)行研究。如在講授“連續(xù)周期信號的傅里葉變換”時(shí)，教師要求學(xué)生從不同的角度對兩種不同形式的傅里葉變換展開討論，并分析兩種形式是否一致。討論式教學(xué)方法可以加強(qiáng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)散。

3.案例式教學(xué)模式

案例教學(xué)是以現(xiàn)實(shí)問題為牽引，引領(lǐng)學(xué)生對隱藏于其中的疑難問題進(jìn)行研討，從而培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識和解決問題的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。“雙音多頻信號語音識別”作為信號分析與處理課程中極具代表性的研究案例，該案涉及“傅立葉變換”“濾波器”等知識點(diǎn)。教師在組織學(xué)生討論與分析案例的過程中，介紹工程背景、工作原理，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式進(jìn)行分析，讓學(xué)生在案例討論中運(yùn)用所學(xué)知識解決案例中的問題。

（三）考核方式改革

以信息技術(shù)為載體的教學(xué)模式拓展了學(xué)生獲取知識的渠道，讓信號分析與處理課程的考核方式產(chǎn)生了一定變化。從信號分析與處理課程考核方式來看，傳統(tǒng)課程考核方式過于單一，以結(jié)果性、導(dǎo)向性的考核方式為主，且在考核方式上多側(cè)重于試題，加之信號分析與處理課程考核答案固定化，造成整體考核內(nèi)容、考核方式和考核指標(biāo)過于單一，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的提高。

為進(jìn)一步提高信號分析與處理課程考核質(zhì)量，對學(xué)生理論知識、實(shí)踐能力進(jìn)行全方位考核與檢驗(yàn)，教師應(yīng)降低信號分析與處理課程考試成績在考核中的比重，通過引入過程性考核機(jī)制，如運(yùn)用學(xué)習(xí)評價(jià)、論文評比、學(xué)科競賽積分等方式完成信號分析與處理課程考核。具體指標(biāo)和評價(jià)方法如表1所示。

上述考核內(nèi)容，將原有試卷成績占比從100%下調(diào)為35%，可以從多個(gè)層面檢驗(yàn)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)成績。

綜上所述，本文探討了高校信號分析與處理課程教學(xué)改革與優(yōu)化，對當(dāng)前高校信號分析與處理課程教學(xué)改革的必要性進(jìn)行分析后，圍繞信號分析與處理課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進(jìn)行了分析，完善了課程資源內(nèi)容建設(shè)，革新了課程教學(xué)方法，制訂了科學(xué)合理的考核方式，以此為學(xué)生運(yùn)用信號分析與處理課程所學(xué)知識解決實(shí)際問題提供參考與幫助。

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基金項(xiàng)目：2019年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“探測制導(dǎo)與控制專業(yè)實(shí)踐體系與平臺構(gòu)建”，基金編號：201901198015。

（作者單位：北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院）