地方院校信號處理課程群的建設論文

時間：2022-10-09 06:15:07 通信工程畢業(yè)論文我要投稿

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地方院校信號處理課程群的建設論文

　　地方院校信號處理課程群的建設論文從分析目前信號處理課程群教學中存在的主要問題入手，通過信號處理課程群的課程體系建設，網(wǎng)絡教學平臺及虛擬實驗室建設，基于“講、讀、議、練”對分課堂的教學模式建設，實踐教學體系建設等手段，有效完成了地方院校信號處理課程群的建設與探索。

地方院校信號處理課程群的建設論文

　　地方院校信號處理課程群的建設論文【1】

　　[摘要]信號處理課程群在電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)中具有重要的作用。

　　[關鍵詞]信號處理;課程群;課程體系;教學模式;講、讀、議、練

　　信號處理類課程是電子信息工程專業(yè)的核心課程，是信號與信息處理學科和碩士點建設發(fā)展的基礎支撐課程。

　　其中信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理課程是學生考取信息處理類專業(yè)碩士研究生的主要專業(yè)課程。

　　可以說，沒有信號處理類課程的建設，便沒有信號與信息處理學科的建設。

　　由于信號處理類課程之間關聯(lián)度較高，可采用信號處理課程群的模式對其進行建設。[1] [2] [3]

　　我校信號處理類課程包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、DSP原理與應用、數(shù)字圖像處理四門課程，組成信號處理課程群。

　　上述四門課在教學時間安排上前后順接(后兩門課程可以安排在同一學期并行)，且在內(nèi)容上承上啟下，相互關聯(lián)。

　　其中信號與系統(tǒng)課程要求學生掌握信號與系統(tǒng)分析的基本原理與基本方法，理解信號處理的數(shù)學概念、物理概念及工程概念，是信號分析的基礎課程，為后續(xù)的數(shù)字信號處理、DSP原理與應用、數(shù)字圖像處理等課程的學習打下良好的理論基礎。

　　數(shù)字信號處理課程主要針對離散時間信號，采用數(shù)值計算的方法完成對信號的分析和處理。

　　DSP原理與應用是將數(shù)字信號處理的基本理論和算法付諸硬件實現(xiàn)，是理論聯(lián)系實際的硬件平臺。

　　數(shù)字圖像處理則是將信號從一維分析上升到二維分析，是信號處理理論和實踐的具體應用。

　　上述課程既相互交叉重復，互不相同，卻又具有不可分割的內(nèi)在聯(lián)系。

　　一、目前信號處理課程群教學中存在的主要問題

　　(一)各課程間相對獨立，融合度不夠

　　在上述信號處理類課程的講授過程中，為保證每門課程體系的完整性，知識點的重復性和不相關性問題比較嚴重，授課內(nèi)容缺乏統(tǒng)籌安排，各課程主講人授課內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，既浪費了學時，又加重了學生學習負擔。

　　(二)信號處理類課程理論性較強，較抽象難懂

　　由于信號處理類課程中數(shù)學公式和推導較多，僅僅通過課堂上的講授，學生無法較好地消化和理解課程中的概念與理論，從而也導致對課程的學習喪失興趣和信心。

　　比如信號與系統(tǒng)容易被當成數(shù)學課來教學，體現(xiàn)不出課程在學科中的意義。

　　(三)課程以教師課堂講授為主，學生參與性較差

　　目前信號處理課程群課堂教學中，多采用傳統(tǒng)的教學方式，即教師以多媒體或板書等形式進行課堂講授，偏重于對概念與理論的講授。

　　因而，學生參與性較差，很難能調(diào)動其學習的主動性與積極性，從而影響了學生對課程的掌握和理解程度。

　　(四)實踐教學體系不完善，實踐教學模式單一

　　目前信號處理類課程群中每門課程的實踐環(huán)節(jié)只是針對本門課程，沒有形成循序漸進、前后有機銜接、系統(tǒng)貫穿的專業(yè)技能培養(yǎng)鏈條，沒有樹立工程意識，培養(yǎng)學生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的環(huán)境不完善;實踐教學內(nèi)容設計以驗證性實驗居多，綜合性、設計性實驗較少，學生多在模仿中被動接受知識學習和技能訓練。

　　二、信號處理課程群建設

　　針對上述問題，考慮到信號處理課程群的特點，以優(yōu)化課程體系建設、推進課堂教學模式改革、提升學生的學習主動性和積極性為目標，我們采用了如下的實施方案和方法，將“自主、協(xié)同、互動”的教學理念具體落實。

　　(一)信號處理課程群的課程體系建設

　　在深入研究信號處理課程群中課程的相互聯(lián)系及實踐環(huán)節(jié)的前提下，在確保課程群體系完整性和系統(tǒng)性的同時，從信號處理基本內(nèi)容出發(fā)，對課程內(nèi)容重新規(guī)劃、設計，刪除課程間內(nèi)容的重復，實現(xiàn)課程內(nèi)容的優(yōu)化整合，從而達到節(jié)約課時、提高教學效率的目的。

　　如信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理兩門課程中都包含離散信號與系統(tǒng)的時域、Z域分析，可以把這部分內(nèi)容歸到數(shù)字信號處理課程中，避免重復授課。

　　在課程群建設過程中，經(jīng)過課程群內(nèi)容重新定位與整合，整合后各課程的學時及基本內(nèi)容如下：

　　信號與系統(tǒng)課程共48學時，本課程主要在時域、頻域、復頻域(三個域)針對連續(xù)時間信號和連續(xù)時間系統(tǒng)(兩個對象)進行分析，要求學生掌握最基本的信號與系統(tǒng)理論及分析方法。

　　數(shù)字信號處理課程共64學時，本課程主要針對離散時間信號和系統(tǒng)，利用傅里葉變換、離散傅里葉變換、Z變換等方法進行分析，以及利用IIR和FIR數(shù)字濾波器等手段進行信號處理。

　　課程安排中包括了16個學時的實驗，主要利用Matlab進一步深化課堂上學到的有關數(shù)字信號處理的基本概念、基本原理以及基本的信號處理操作及濾波器設計方法，幫助學生加深對相關理論和方法的理解。

　　DSP原理與應用課程共48課時，以美國TI公司的16位定點處理器TMS320C54x系列DSP為對象，講授DSP的原理、結(jié)構(gòu)及開發(fā)應用，掌握DSP開發(fā)工具的使用及DSP匯編語言及C語言編程方法，熟悉TMS320C54x的硬件設計等。

　　數(shù)字圖像處理課程共48課時，要求學生掌握數(shù)字圖像的概念、類型，掌握數(shù)字圖像處理的基本原理和基本方法：圖像變換、圖像增強、圖像編碼、圖像的復原和重建，并利用Matlab實驗幫助學生加深理解數(shù)字圖像處理的基本原理。

　　(二)信號處理課程群的網(wǎng)絡教學平臺及虛擬實驗室建設

　　建設課程群網(wǎng)絡教學平臺，實現(xiàn)課程群資源共享，為學生自主學習提供平臺。

　　網(wǎng)絡教學平臺中主要包含課程理論教學大綱、實驗教學大綱、電子課件、教學錄像、例題及習題解答等，同時設有自我檢測、自由討論等功能，幫助學生進行自主學習和自我評價，并通過這種互動、探究的學習過程，提高學生的學習效率，提升學習效果。

　　同時針對信號處理課程群理論性較強，較抽象難懂的特點，利用Matlab和Labview等工具，構(gòu)建可視化GUI演示系統(tǒng)，通過交互式演示，幫助學生更好地理解信號處理課程群中抽象的概念、原理及分析方法。

　　目前，我們已初步完成基于Matlab的信號處理課程群GUI演示系統(tǒng)[4]，包括信號的基本運算、連續(xù)信號的卷積積分運算、離散信號的卷積和運算、連續(xù)時間及離散時間線性時不變系統(tǒng)分析、采樣定理、周期信號的傅里葉級數(shù)展開、濾波器設計等內(nèi)容。

　　同時我們利用Labview實現(xiàn)了信號處理虛擬實驗系統(tǒng)，主要包括基本信號的產(chǎn)生、信號的運算、采樣定理、圖像處理、聲音采集以及濾波器設計等信號處理課程相關的實驗。[5]

　　(三)基于“講、讀、議、練”對分課堂的教學模式建設

　　“講、讀、議、練”對分課堂教學模式，是在“讀、議、練”教學模式[6] [7]的基礎上，根據(jù)學生的實際情況進行了改進，將“讀、議、練”放在教師的“講”之后，采取對分課堂的形式[8]，以教師為主導，以學生為主體，強調(diào)學生對知識的內(nèi)化和吸收，將課堂的一部分時間分給學生進行討論，構(gòu)建有利于學生自主學習和師生互動的教學模式，把教師課堂教學和學生課外自主學習有機結(jié)合，培養(yǎng)和增強學生學習的自主性和探究性，提高學生對課程學習的投入時間。

　　在“講、讀、議、練”對分課堂教學模式中，首先教師按照課程大綱和課程進度的安排，采取多媒體課件與板書相結(jié)合的方式，對課程的相關知識點內(nèi)容和重點進行講解，以理清知識體系為主，側(cè)重對重點難點的講解。

　　教師完成講授以后，將與所講授課程內(nèi)容相關的閱讀材料告知學生，并指導學生進行有效閱讀。

　　“讀”還包括借助現(xiàn)有的MOOC平臺，如Coursera、Udacity、EDX等平臺;以及5-10分鐘內(nèi)就一個知識點進行針對性講解的音頻或視頻，即微課;另外還有一些微視頻，如TED、Khan、MITX等網(wǎng)站提供的微視頻等。

　　這些新的教學平臺和手段，都可以讓學生在“讀”的階段去進一步接觸和消化教師所講的知識點。

　　在學生“讀”的基礎上，將學生按一定的人數(shù)進行分組，開展課堂討論，通過抽簽的方式確定一組學生進行講解，其他各組學生進行提問，由學生相互討論解答一些問題，其他共同的問題則由教師給出解答，進行生生互動、師生互動。

　　最后是“練”，包括課堂練習如口頭回答和書面練習，以及課后練習如實驗操作和綜合性作業(yè)，撰寫讀書報告等。

　　(四)信號處理課程群的實踐教學體系建設

　　根據(jù)為學生規(guī)劃的工程項目以及具體的工程技術要求，根據(jù)課程群內(nèi)課程的特點，建立系統(tǒng)貫穿的多層次實踐教學體系，有目的的設計各層次的實踐教學內(nèi)容，使學生能力的培養(yǎng)有一個循序漸進的過程，逐步達到工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面的鍛煉目標。

　　信號處理課程群包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、DSP原理及應用、數(shù)字圖像處理課程，除此之外，實踐體系還把學科競賽、學生開放實驗室項目、短學期的課程設計包括進來，根據(jù)課程特點，將整個體系分成三個層次：第一層次為工程認知訓練層，第二層次為綜合技能訓練層，第三個層次為創(chuàng)新訓練層。

　　對于工程認知訓練層，合理設計驗證性試驗項目，增大設計性試驗項目比例，如信號的基本運算、采樣定理等;綜合技能訓練層的實踐教學內(nèi)容是整個工程項目的核心組成部分，在教學環(huán)節(jié)設計上充分利用好兩周時間的短學期做好課程設計，進行圖像處理、語音處理等綜合性的實驗，積極組織學生申請學生開放實驗項目，系統(tǒng)規(guī)劃信號處理類課程的實踐教學內(nèi)容。

　　創(chuàng)新訓練層是學生個人能力、工程意識、人際團隊能力以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最終體現(xiàn)，因此其重點落在學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)上，使學生能利用所學過的信號處理課程群的知識，運用創(chuàng)新性思維，解決實際生產(chǎn)生活應用中所出現(xiàn)的問題。

　　三、信號處理課程群建設的特色之處

　　(一)課程體系優(yōu)化

　　在確保課程群體系完整性和系統(tǒng)性的同時，以培養(yǎng)學生的分析應用能力為目標，從信號處理基本內(nèi)容出發(fā)，協(xié)調(diào)各門課程的教學內(nèi)容與重點，實現(xiàn)課程體系的優(yōu)化，充分體現(xiàn)課程群的相關性和整合性。

　　(二)理論問題可視化

　　通過網(wǎng)絡教學平臺、GUI演示系統(tǒng)、虛擬實驗室建設，將信號處理類課程群學習中理論性較強、數(shù)學推導較多的問題可視化、形象化，提高學生對這些問題的理解和掌握，調(diào)動學生學習積極性和主動性。

　　(三)教學模式多樣化

　　通過“講、讀、議、練”對分課堂的教學模式，借助MOOC、微課、微視頻平臺，引導學生主動參與、獨立思考，鼓勵學生自主學習，培養(yǎng)學生的鉆研問題和探究創(chuàng)新的興趣和能力。

　　(四)實踐教學體系工程化

　　建立完善的、階梯式前進的、符合工程素質(zhì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)規(guī)律的實踐教學體系，形成完整的實踐技能培養(yǎng)鏈條，規(guī)劃實踐教學內(nèi)容，改變實踐教學內(nèi)容，為學生工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)建立良好的實踐教學平臺。

　　四、總結(jié)

　　本文通過信號處理課程群的建設與探索，完善了信號處理課程群的課程體系建設，解決了現(xiàn)有課程教學中各課程彼此割裂、部分內(nèi)容相互重疊的問題;通過網(wǎng)絡教學平臺、虛擬實驗室建設，解決學生在信號處理類課程學習中因理論性較強、數(shù)學推導較多而使學生學習的積極性和主動性不夠的問題;通過“講、讀、議、練”的教學模式。

　　利用MOOC、微課、微視頻等平臺，解決目前課程教學中以教師為主體、采用課堂講授這一單一教學組織方式的問題，引導學生主動參與、獨立思考，培養(yǎng)學生的自主學習、鉆研問題、探究創(chuàng)新的興趣和能力;通過建立完善的、階梯式前進的、符合工程素質(zhì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)規(guī)律的實踐教學體系，解決課程之間實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)、沒有形成完整的實踐技能培養(yǎng)鏈條、不利于培養(yǎng)工程意識的問題。

　　[ 注釋 ]

　　[1] 歐陽繕，歐陽寧，劉慶華.信號處理課程群的建設與改革實踐[J].大眾科技，2008(11)：185-186.

　　[2] 李素文，王鳳隨，邵芬，楊一軍.電氣信息類專業(yè)信號處理課程群的建設[J].淮北煤炭師范學院學報(自然科學版)，2010(4)：80-82.

　　[3] 周小微，金寧，胡建榮.信號處理課程群教學改革的實踐與探索[J].中國電力教育，2011(1)：86-87.

　　[4] 李秀梅，董文，賈中云.基于Matlab的信號與系統(tǒng)課程GUI演示系統(tǒng)[J].大學教育，2014(9)：78-79.

　　[5] 吳湖青，李秀梅，孫晨林.基于Labview的信號處理虛擬實驗平臺[J].杭州師范大學學報(自然科學版)，2014(13)：669-672.

　　[6] 何菊芳，季誠鈞.“讀、議、練”教學模式：基于應用型人才培養(yǎng)的財政學課程教學改革[J].中國大學教學，2011(9)：59-60.

　　[7] 李秀梅，賈中云，董文.“讀、議、練”教學模式在“數(shù)字信號處理”課程中的應用[J].工業(yè)和信息化教育，2014(5).

　　[8] 張學新.對分課堂：大學課堂教學改革的新探索[J].復旦教育論壇，2014(5)：5-10.

　　面向卓越計劃的信號處理課程群的教學研究【2】

　　摘要：信號處理課程群是通信與信息處理類專業(yè)的基礎課程，目前主要以理論教學為主，實踐環(huán)節(jié)深度不夠。

　　根據(jù)“卓越計劃”的要求，從實踐教學和工程應用培養(yǎng)方面進行改革，建設信號處理課程群，突出工程應用。

　　實踐表明，該課程群能形成持續(xù)高效的培養(yǎng)體系，教學效果得到了學生的一致好評。

　　關鍵詞：工程應用;課程群;信號處理;教學研究

　　卓越工程師教育培養(yǎng)計劃(簡稱為“卓越計劃”)是教育部基于國務院《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》內(nèi)容在2010年6月啟動的，其目的是全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。[1-3]

　　信號與信息處理是信息與通信工程領域一個發(fā)展和更新最快的學科之一。

　　特別伴隨著微電子技術的突飛猛進，數(shù)字信號處理器(DSP)的更新步伐也越來越快，使得信號與信息處理理論與技術為通信、計算機應用提供了基礎理論、基本方法、實用算法和實現(xiàn)方案，其應用擴展到軍事、工業(yè)、通信等諸多領域，成為現(xiàn)代化技術的重要組成部分。

　　信號處理課程群是相關專業(yè)卓越工程師必須掌握的核心技術。

　　目前，在“卓越計劃”方面，各高校根據(jù)自己的條件和環(huán)境進行了一些試點，但處于探索和嘗試階段，還沒有成熟、通用的成功經(jīng)驗能夠借鑒。

　　桂林電子科技大學(以下簡稱“我校”)信息與通信學院各專業(yè)的教學目標是培養(yǎng)通信與信息處理類高素質(zhì)工程應用人才。

　　通過承擔廣西區(qū)新世紀教學改革工程項目，已經(jīng)基本建立了信號處理課程群的框架，初步理順了各課程之間的關系。

　　但該群各方面大多還是以理論教學為主，實踐環(huán)節(jié)深度不夠，學生并未能真正接觸到信號處理的工程應用，對于信號處理與應用主要知識的切身體會還不夠直接和深入，培養(yǎng)的學生不能夠適應實際企業(yè)生產(chǎn)的需求，更不能體現(xiàn)“卓越計劃”的培養(yǎng)目標。

　　因此需要對實踐教學和工程應用培養(yǎng)模式進行改革和建設，進行課程結(jié)構(gòu)體系調(diào)整，突出工程應用。

　　分別從課程群培養(yǎng)方案、理論教學和實踐教學方面進行探討和實踐，通過多方位、各個環(huán)節(jié)的努力，建立一個培養(yǎng)高素質(zhì)的應用型人才的持續(xù)、可靠、高效的培養(yǎng)體系。

　　一、信號處理課程群體系結(jié)構(gòu)

　　通過梳理課程在人才培養(yǎng)方案中的地位和作用，分析課程的性質(zhì)、相互關系以及課程間內(nèi)容的銜接，構(gòu)建“2+2”信號處理課程群結(jié)構(gòu)，見圖1。

　　其中，第一個“2”是指專業(yè)基礎必修課“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”;第二個“2”是指專業(yè)限選課“DSP原理及應用”和專業(yè)必修實驗課“信號分析處理實驗”。

　　信號與系統(tǒng)分析課程為56學時，主要內(nèi)容為連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析、周期信號的傅里葉級數(shù)、連續(xù)時間信號的傅里葉變換、拉普拉斯變換、系統(tǒng)的頻域和復頻率分析、離散時間系統(tǒng)的時域分析、z域分析等。

　　數(shù)字信號處理課程為48學時，主要內(nèi)容為離散時間信號的傅里葉變換、離散傅里葉變換、FIR和IIR濾波器的設計等，采用的是外文教材。[4]

　　信號分析處理實驗為24學時，主要以MATLAB仿真為主，內(nèi)容涉及信號分析與處理、系統(tǒng)分析與設計、信號處理應用三部分，[5]包括的主要實驗項目為基本信號的產(chǎn)生、序列的基本運算、抽樣定理、連續(xù)系統(tǒng)分析、離散系統(tǒng)分析、利用DFT分析信號頻譜、IIR數(shù)字濾波器設計、FIR數(shù)字濾波器設計、噪聲消除等。

　　DSP原理及應用課程為32學時，主要內(nèi)容涉及硬件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)、開發(fā)工具和環(huán)境CCS軟件的使用。

　　實驗包括DSP系統(tǒng)定時器及其應用、信號的采樣與回放、實時濾波、頻譜動態(tài)分析、語音信號的增強、圖像信號和視頻的處理等。

　　該課程群結(jié)構(gòu)中，通過前后銜接、左右結(jié)合，建立縱向傳承、橫向互補的課程體系;突出理論基礎、工程應用、系統(tǒng)綜合的課程主線。

　　基礎課程側(cè)重于研究信號與信息的獲取、基本分析方法等，為應用課程打下基礎。

　　應用課程側(cè)重于信號與信息的處理實現(xiàn)技術及其在圖像、聲音、視頻等方面的應用。

　　基于MATLAB的信號分析處理實驗則貫穿其他三門課程。

　　二、課程群培養(yǎng)方案的制訂

　　制訂培養(yǎng)方案，為學生提供信號處理應用的良好實踐環(huán)境，并拓展學生就業(yè)途徑。

　　通過深入企業(yè)調(diào)研，了解市場需要：嵌入式軟硬件開發(fā)工程師、銷售工程師、技術支持和培訓師等，能基于DSP及相關平臺進行技術開發(fā)設計，實現(xiàn)圖像、語音及視頻信息處理、嵌入式軟硬件件維護、調(diào)試以及產(chǎn)品技術說明書的編寫;算法工程師、管理工程師等，能應用信號處理知識實現(xiàn)圖像、語音、視頻(機器視覺)信號與信息處理算法編寫等。

　　將企業(yè)需求反饋到課程群培養(yǎng)方案、教學大綱、教學計劃。

　　該課程群精選了四門課程，構(gòu)成了信號與信息處理技術的基石。

　　在此基礎上，開設了圖像處理技術、數(shù)字視頻技術、GPS導航等課程。

　　這些課程考察信號處理技術實際應用和相關產(chǎn)品的研發(fā)，是課程群的延伸。

　　三、課程與教學資源的建設

　　課程與教學資源的建設上要體現(xiàn)基本理論和實際物理意義相結(jié)合，融入與理論相關的實驗仿真和實際應用的例子。

　　1.課程內(nèi)容的調(diào)整與重組

　　全面理順各課程的關系，將“信號與系統(tǒng)分析”、“數(shù)字信號處理”的課程內(nèi)容進行調(diào)整，提供給學生一個清楚明了的知識結(jié)構(gòu)。

　　以傅里葉變換為主線，從連續(xù)信號的傅里葉變換開始到快速離散傅里葉變換，涉及四個變換。

　　相應的硬件設備從模擬頻譜分析儀到計算機MATLAB仿真、DSP實時實現(xiàn)。

　　2.課程中心的建設

　　“課程中心”是成果展示、課程管理、課程建設和師生互動的中心，包括課程介紹、教學大綱、教學團隊介紹、教學安排、教學內(nèi)容、多媒體配套課件、學習資源、外文教材教學、習題測試、實踐教學、軟硬件參考資源庫等、工程實踐素材庫等，并開展作業(yè)、討論等網(wǎng)絡互動教學。