“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”優(yōu)化整合的研究與探索

李洪璠+劉柏峰+汪源

【摘要】本文對電子信息類專業(yè)的兩門重要課程從課程內(nèi)容、課程體系、輔助工具、現(xiàn)代教學(xué)手段、教學(xué)方法、師資隊伍建設(shè)等方面進行優(yōu)化整合的研究與探索。對新課程體系“信號與系統(tǒng)的分析與處理”的建立起到重要指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】信號與系統(tǒng) 數(shù)字信號處理 課程體系 虛擬仿真 優(yōu)化整合

【基金項目】海南省教育廳教學(xué)改革項目（Hnjg20162D-20）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）28-0253-01

引言

隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信號處理理論及實現(xiàn)方法成為重要研究內(nèi)容，并被廣泛應(yīng)用于語音處理、圖像處理、模式識別、自動控制等領(lǐng)域[1]。一直以來以“工程數(shù)學(xué)”為理論基礎(chǔ)的“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”理論知識點相互銜接非常緊密，并且具有實踐性強的特點。因而，將兩門課程獨立進行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化及教學(xué)方法的改革都是不切合實際的，不但浪費時間，而且還淡化了課程特點，造成學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下、動手實踐及創(chuàng)新能力弱等后果[2]。整合前兩課的教學(xué)各自為政，存在授課內(nèi)容重復(fù)、銜接不合理、綜合不夠等問題，這些問題隨著教學(xué)計劃的修改和課時的減小而更加突出[3]。對此，本文從“兩門課程實際教學(xué)中存在的問題出發(fā)，對師資隊伍建設(shè)、教學(xué)方法和手段、課程內(nèi)容、教學(xué)輔助工具等方面進行優(yōu)化整合。

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合

“信號與系統(tǒng)”與“數(shù)字信號處理”是我院電子、通信、海洋等專業(yè)的核心課程。根據(jù)我院現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方案，對其課程進行合并，創(chuàng)建新的課程體系。要求對兩門課程的學(xué)時做重新的調(diào)整和規(guī)劃，突出理論和實踐并重。對此，需要對兩門課程內(nèi)容進行整理、歸納。主要是去掉課程中重疊的內(nèi)容，突出重點內(nèi)容，取兩門課程的精髓，經(jīng)過有效合理的優(yōu)化整合，科學(xué)構(gòu)建新的課程體系。

（1）在課程內(nèi)容的選擇上，將現(xiàn)有的兩門課程知識點進行重新梳理，歸納為信號分析處理、系統(tǒng)分析綜合這樣兩大部分。即一部分講信號分析與處理。從物理意義和數(shù)學(xué)表達方面對各種信號進行詳細分析；一部分講系統(tǒng)分析與綜合，以系統(tǒng)綜合為目的，闡述系統(tǒng)分析和設(shè)計。綜合課程為《信號與系統(tǒng)的分析與處理》，即學(xué)完信號再學(xué)系統(tǒng)，把所學(xué)知識有機結(jié)合起來。整合后連貫的課程內(nèi)容也進一步提高教學(xué)質(zhì)量。

（2）在教材體系上，整合后教材配備同步實踐教程。編寫適合我院學(xué)生特點的基礎(chǔ)性實驗和具有設(shè)計性、創(chuàng)新性的課程設(shè)計指導(dǎo)書。目前，我院單門課程的網(wǎng)絡(luò)視頻資源都已建設(shè)完成，下一步加強兩本課程的綜合性實驗、實踐網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)和使用。要想把這兩門課程建成體系，還必須加入DSP技術(shù)，為學(xué)生開設(shè)以實驗為主要內(nèi)容的“DSP技術(shù)”課，讓學(xué)生在良好的環(huán)境里，有效的把理論和實踐結(jié)合起來，并能在工程環(huán)境得以實現(xiàn)。

（3）在輔助工具上，注重計算機仿真軟件的運行，充分利用教材所提供的例題和習(xí)題，要求學(xué)生熟練地使用MATLAB或者LabVIEW這一類虛擬仿真軟件，對課程所要求的內(nèi)容，進行實驗和仿真，在上機課時可以對其進行反饋。或者教學(xué)中可以采用一些為課程量身訂做的課程套件。如由NI開發(fā)的針對信號處理、信號與系統(tǒng)、通訊原理等課程的“信號處理實驗室”（Signal Processing Lab-C），包含大部分基礎(chǔ)到高級的信號處理知識點的演示程序。有助于教學(xué)演示使用，幫助學(xué)生理解枯燥的理論，更注重基本理論、概念、方法的分析和處理，進一步提高學(xué)習(xí)興趣和效果。

2.注重枯燥理論性課程教學(xué)中教學(xué)方法的多樣化

（1）類比歸納法：這兩門課程實際是分別對模擬及數(shù)字信號與系統(tǒng)進行介紹，模擬和數(shù)字總是可以互相轉(zhuǎn)換，又相互關(guān)聯(lián)。因此，在教學(xué)中需把課程中具有一定相關(guān)性的內(nèi)容進行整理、歸納、類比教學(xué)。讓學(xué)生在比較、歸納中學(xué)習(xí)新知識，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，易于學(xué)生接受新的教學(xué)內(nèi)容，同時又復(fù)習(xí)和鞏固學(xué)過的知識點，能達到較好的教學(xué)效果。

（2）引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)法：在理論性較強的“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門課的教學(xué)中應(yīng)注重對學(xué)生的引導(dǎo)和啟發(fā)。比如在間接法設(shè)計IIRDF中討論雙線性變換法和脈沖響應(yīng)不變法性能里應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過H（z）收斂域（極點在Z平面單位圓內(nèi)）確定與Ha（S）收斂域（極點在S平面左半平面）對應(yīng)關(guān)系。

（3）項目式教學(xué)法：這兩門課程的大部分習(xí)題特點是理論計算為主，從習(xí)題求解的反饋上可見，死套公式和抄襲現(xiàn)象嚴重。為提高學(xué)生興趣，采用項目的形式給學(xué)生布置任務(wù)。把學(xué)生3-4人分成一組，教師可以直接給出項目，也可以學(xué)生自主收集與本課程內(nèi)容相關(guān)、與實際問題相結(jié)合的課題。小組內(nèi)研究、討論，進行程序編寫調(diào)試、分析解決問題、給出結(jié)論、最后教師點評總結(jié)。這種項目式教學(xué)法可以增長學(xué)生的見識，加強學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的團隊合作精神，促進理論和實際結(jié)合。

總之，教學(xué)方法是多樣化的，應(yīng)根據(jù)學(xué)生理解知識的能力和特點，靈活采用教學(xué)方法，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

3.積極采用現(xiàn)代教育手段

（1）利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，把收集的教學(xué)資料與自身的教學(xué)經(jīng)驗進行融會貫通，創(chuàng)建適合我院學(xué)生特點的一套教學(xué)資源，包括教學(xué)大綱、電子課件、授課視頻、課后習(xí)題講解、歷年考試真題等等。

（2）任課教師創(chuàng)建自己主頁，在網(wǎng)上發(fā)布電子教案，提供參考書目，進行答疑和討論，提交和批改作業(yè)，發(fā)布實驗及其安排，刊登歷年的考試題和答案，披露問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果，等等[4]。

（3）有效利用計算機。例如信號濾波部分，若一味的講理論、公式，學(xué)生很難形象的理解。如果能利用MATLAB或者LabVIEW這類的虛擬仿真軟件進行編程、仿真，通過實際波形進行演示，可以讓學(xué)生更透徹的理解濾波的本質(zhì)，也能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

現(xiàn)代教育技術(shù)，僅僅是手段，而不是目的。教師在教學(xué)過程中應(yīng)認真總結(jié)、反復(fù)實踐，有效合理地利用現(xiàn)代教育手段提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)效果。

4.師資隊伍整合建設(shè)

新課程體系要求授課教師均講授過這兩門課程，對課程內(nèi)容了如指掌，這樣才能對新課程把握的游刃有余。為保證兩課的優(yōu)化整合改革，要建立新課程體系課程組，具有良好的比例的職稱結(jié)構(gòu)體系，分工明確，各負其責(zé)。

具體措施：

（1）定期進行課前討論，討論教學(xué)大綱和教材內(nèi)容的取舍、教學(xué)內(nèi)容的組織和安排。

（2）每周進行教學(xué)方法研究和討論，互相觀摩教學(xué)。

（3）確定“教學(xué)公開活動日”，課前向同學(xué)們介紹本課程的意義、學(xué)習(xí)方法、教材、選課的建議；課中及時了解同學(xué)的意見與建議。

（4）一輪授課結(jié)束后課程組教師通過試卷成績及學(xué)生問卷調(diào)查進行教學(xué)總結(jié)。

5.結(jié)束語

本文根據(jù)我院電子、通信、海洋類專業(yè)人才培養(yǎng)方案的特點，對“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”兩門課程從課程內(nèi)容、教材體系、教學(xué)輔助工具、教學(xué)手段及方法、師資隊伍建設(shè)等方面提出了優(yōu)化整合建議，對新課程體系“信號與系統(tǒng)的分析與處理”的建立有著重要的指導(dǎo)作用。

參考文獻：

[1]徐天成，李或晟，谷亞林.信號分析與處理類課程整合優(yōu)化的研究與實踐[J].高教探索，2007，6：134-136

[2]黃鄉(xiāng)生.《信號與系統(tǒng)》重點建設(shè)課程群的若干問題探討[J].東華理工學(xué)院學(xué)報：社會科學(xué)版，2007，26（4）：418-421

[3]宮玲.關(guān)于“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革的探討[J].高等教育研究學(xué)報，2000，22（3）：19-21

[4]蔡竟業(yè).國家精品課程《數(shù)字信號處理》的建設(shè)與實踐[J].電子科技大學(xué)學(xué)報（社科版），2005.S1.52-54endprint