“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”優(yōu)化整合的實踐與探索

趙婷婷 等

摘要： 近年來，隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展及超大規(guī)模集成電路和計算機(jī)的普遍應(yīng)用，新的信號處理和分析技術(shù)不斷涌現(xiàn)。有關(guān)信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理的概念、理論和分析方法不斷發(fā)展，使用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。鑒于信息類專業(yè)兩大核心課程《信號與線性系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》知識結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容存在的問題，針對當(dāng)前三類本科院校學(xué)生的特點(diǎn)，提出了構(gòu)建新的教學(xué)體系，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，并對相關(guān)課程進(jìn)行了實踐及探索。以教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方式，實驗教學(xué)，考核方式等為主體思路，進(jìn)行兩課的優(yōu)化整合。

Abstract： In recent years， with the rapid development of information technology and the widespread application of very large scale integrated circuit and computer， a new signal processing and analysis technology is constantly emerging. The idea， theory， and analysis method of signal and system and digital signal processing continuously develop， and the applied field is also growing. Aiming at the problems in knowledge structure and teaching content of Signal and Linear System and Digital Signal Processing， according to the characteristics of students of independent colleges， the paper puts forward the suggestions， including building new teaching system， optimizing and integrating teaching content， and makes exploration and practice. The author puts the optimization and integration of two courses from teaching content， teaching method， experiment teaching， and assessment methods.

關(guān)鍵詞： 信號與線性系統(tǒng)；數(shù)字信號處理；優(yōu)化整合

Key words： signal and linear system；digital signal processing；optimization and integration

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0171-02

0 引言

兩課為本院信息工程系電子信息工程與通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課。改革優(yōu)化前兩課的教學(xué)各自為政，存在授課內(nèi)容重復(fù)、銜接不合理、綜合度不夠等問題，而這些問題又隨著教學(xué)計劃的修改和課時的減少而更加突出。因此兩課的優(yōu)化整合勢在必行，我們嘗試著進(jìn)行教學(xué)改革，針對信息類專業(yè)兩門核心課程《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》建立新的課程體系，利用新的教學(xué)方法和思想，使三本學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿?，同時提高工程實踐應(yīng)用能力。

1 建立兩課的課程體系

《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)內(nèi)容都比較成熟和經(jīng)典，但在課程開設(shè)時，為了保證各自的課程完整性，必然有部分教學(xué)內(nèi)容重復(fù)。因此我們?yōu)榱诉_(dá)到最佳的課程銜接及教學(xué)效果，首先確?！缎盘柵c線性系統(tǒng)》的主體基礎(chǔ)地位不動搖，因為《信號與線性系統(tǒng)》課程是《數(shù)字信號處理》理論基礎(chǔ)，《數(shù)字信號處理》是《信號與線性系統(tǒng)》課程在離散域中的深入擴(kuò)展。其次，強(qiáng)調(diào)《數(shù)字信號處理》課程的應(yīng)用技術(shù)層面，綜合運(yùn)用學(xué)生已掌握的各門課程的相關(guān)專業(yè)知識基礎(chǔ)上，結(jié)合信息采集、信息傳輸、信息處理和信息應(yīng)用等數(shù)字信號技術(shù)特點(diǎn)與計算機(jī)和相應(yīng)專用實驗器件，系統(tǒng)全面的介紹數(shù)字信號處理的概念、原理、相關(guān)軟硬件知識及技術(shù)應(yīng)用。使三本學(xué)生脫離繁重的抽象理論計算，在具體的實踐中掌握數(shù)字信號處理基本理論和實現(xiàn)方法。為此，我們把《數(shù)字信號處理》的48學(xué)時修改為64學(xué)時，其中包括32學(xué)時的上機(jī)實驗（比改革前的《數(shù)字信號處理》課程實驗增加了24學(xué)時）而《信號與線性系統(tǒng)》仍保持72學(xué)時的理論學(xué)時。

2 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的改革

在《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》兩門課程中，有許多抽象的數(shù)學(xué)、物理、工程等概念，既不好教也不好學(xué)，傳統(tǒng)的單一板書授課方式顯然已不適和，而恰恰多媒體綜合教學(xué)手段（CAI課件及電子教案）可以令這些枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，抽象的物理意義活靈活現(xiàn)在學(xué)生面前。目前的實驗大多數(shù)是驗證性實驗，且完成效率低，學(xué)生在做實驗前并不清楚為何要做，導(dǎo)致多數(shù)實驗流于形式何談開拓與創(chuàng)新。當(dāng)今軟件仿真能力很強(qiáng)，隨著計算機(jī)運(yùn)算速度日益增長，完全可以用軟件來完成以前必須用硬件才能完成的實驗。Matlab就是一款很好的強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，也是當(dāng)前國外信號處理最為流行的仿真軟件之一。這樣一來把課堂搬到實驗室，更生動更直接的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及設(shè)計能力。

3 考試方法和考試內(nèi)容的優(yōu)化與探索

長期以來《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》課程的不及格率居高不下，被學(xué)生冠以“大掛”課程之首，究其原因無外乎學(xué)生對抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式掌握不好，考前一味的背公式，做習(xí)題，卻忽略物理意義及各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，考試中一旦對于某個公式的記憶中斷，便導(dǎo)致發(fā)揮失常。而長期的低通過率嚴(yán)重影響學(xué)生的心理壓力，對考試逐漸喪失信心等惡性循環(huán)。除了學(xué)生的這些主觀因素外客觀因素是可以通過課程的考核改革降低不及格率的。具體做法：《數(shù)字信號處理》課程在考核方式上采取加大平時成績的比重，由原來的30%增加到50%，其中實驗成績占40%，另10%是傳統(tǒng)的平時成績（包括出勤率，課堂測驗和作業(yè)等）同時考試采取開卷形式，考前發(fā)一張專用紙，可以讓學(xué)生把認(rèn)為需要的公式理論等都寫在上面帶進(jìn)考場，這樣學(xué)生就不會單一的認(rèn)為考試就是考公式考計算，自然學(xué)習(xí)的重點(diǎn)就會轉(zhuǎn)移到實驗應(yīng)用能力上。同時，試卷考題也將注重計算轉(zhuǎn)移到注重分析和綜合上，在保證傳統(tǒng)客觀題的基礎(chǔ)性和全面性的前提下，適當(dāng)增加創(chuàng)新與拓展題（不超過10%），既使考試成績有層次性，又比較全面的檢驗學(xué)生對課程了解的深淺程度。考核方式的改革對素質(zhì)教育的革新和工程實踐能力的培養(yǎng)非常有利。

4 兩課的初期實踐與探索

針對三本學(xué)生數(shù)學(xué)功底薄弱，理論分析基礎(chǔ)差這一現(xiàn)狀，《信號與線性系統(tǒng)》強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)方法層面，大膽丟棄數(shù)學(xué)理論已詳細(xì)完成的公式理論推導(dǎo)和純數(shù)學(xué)運(yùn)算，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)公式的物理概念和工程意義的理解。《數(shù)字信號處理》強(qiáng)調(diào)應(yīng)用技術(shù)層面。

考慮到兩課教學(xué)分屬兩個學(xué)期，為了課程的連貫性和知識結(jié)構(gòu)的完整性，兩課有關(guān)離散信號和離散系統(tǒng)以及Z域分析部分等內(nèi)容有必要重復(fù)，但側(cè)重點(diǎn)不同。《信號與線性系統(tǒng)》側(cè)重離散信號與離散系統(tǒng)的基本概念、物理意義及Z域分析的各種方法而《數(shù)字信號處理》則突出講授以數(shù)字信號與系統(tǒng)的應(yīng)用分析為核心和目的的離散問題，以實用性為目標(biāo)，用盡可能少的學(xué)時，以內(nèi)容回顧和補(bǔ)充的形式安排這部分內(nèi)容，避免重復(fù)過多，同時淡化兩課繁復(fù)的理論數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，統(tǒng)一相關(guān)概念的物理意義和符號標(biāo)注。

在新的課程體系和知識架構(gòu)下，編寫與之相應(yīng)的實驗教材，實驗指導(dǎo)書本方便學(xué)生掌握和理解《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》的理論和分析方法并能很好的解決實際問題的原則，力求信號處理知識的完整性、邏輯性、連貫性。

5 結(jié)束語

目前，我院已初步實現(xiàn)了《信號與線性系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》的課程體系與知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化整合，并在新的課程體系指導(dǎo)下，編寫了具有三本院校特色的實驗指導(dǎo)教材，并制作了基于課堂的理論和實驗多媒體CAI課件。經(jīng)過三年的教學(xué)實踐推廣，基本達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果，取得了一些成績，兩課的不及格率也有所降低。在此新教學(xué)體系架構(gòu)下，以本院教授許慶山的教材《電路、信號與系統(tǒng)》為藍(lán)本，正在積極努力的編寫適應(yīng)三類本科院校的兩課教材。但教學(xué)改革及課程整合優(yōu)化是一個系統(tǒng)工程，非一朝一夕即刻見效的，要協(xié)調(diào)各項可利用資源，包括實驗室建設(shè)，師資人員培養(yǎng)，教學(xué)管理等才能取得最好的教學(xué)效果。教育以人為本，國家教育發(fā)展也當(dāng)教改先行。

參考文獻(xiàn)：

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