信號(hào)處理課程群多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)和教學(xué)方法改革

蔣俊正，劉慶華，歐陽寧

(桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院，廣西桂林，541004)

引言

理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科電子信息類專業(yè)教育兩個(gè)相輔相成的部分。近年來，隨著電子信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子信息類專業(yè)的人才培養(yǎng)更加注重實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。然而電子信息類專業(yè)信號(hào)處理課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期存在體系層次單一、教學(xué)方法匱乏等問題，制約了該專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。因此，需要對(duì)信號(hào)處理課程群實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)方法進(jìn)行改革，以適應(yīng)新時(shí)代電子信息行業(yè)對(duì)人才的需求。［1－3］為此，本文將闡述我校電子信息類專業(yè)信號(hào)處理課程群近幾年來所推進(jìn)的多層次實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)和教學(xué)方法的改革。

一、信號(hào)處理課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系建設(shè)

電子信息實(shí)驗(yàn)室是電子信息工程專業(yè)對(duì)應(yīng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，為配合專業(yè)建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程體系、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法等方面進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)與改革，使電子信息工程專業(yè)信號(hào)處理課程群的實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了持續(xù)的提高，形成了自己的特色。實(shí)踐教學(xué)以“知識(shí)、能力、素質(zhì)”的培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)和著眼點(diǎn)，結(jié)合理論課程教學(xué)，優(yōu)化和組合電子信息工程基礎(chǔ)課和專業(yè)課的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。

(一)根據(jù)電子信息專業(yè)的特點(diǎn)，建立多層次的實(shí)驗(yàn)課程體系

電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展為實(shí)驗(yàn)課程提供了豐富的內(nèi)容，應(yīng)該在不忽視基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和掌握的基礎(chǔ)上，有選擇地將現(xiàn)代電子信息技術(shù)領(lǐng)域先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)技術(shù)及時(shí)地融合和補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)課程體系中，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力。實(shí)驗(yàn)課程體系上形成三級(jí)技能培訓(xùn)體系，即以“信號(hào)與系統(tǒng)分析”“數(shù)字信號(hào)處理”等課程實(shí)驗(yàn)為代表的基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)，以“DSP原理與應(yīng)用”“圖像處理”“語音信號(hào)處理”“數(shù)字視頻信號(hào)處理”等課程實(shí)驗(yàn)為代表的綜合性應(yīng)用平臺(tái)實(shí)驗(yàn)，以課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為代表的綜合技能訓(xùn)練。［4］通過實(shí)驗(yàn)課程體系對(duì)學(xué)生進(jìn)行由低層次到高層次的循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于專業(yè)發(fā)展的需要，專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課也應(yīng)設(shè)置綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，組織實(shí)驗(yàn)教師與理論課教師共同撰寫綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、教學(xué)指導(dǎo)書，并組織教師對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的必需性和可行性進(jìn)行論證。

多層次實(shí)驗(yàn)課程體系如圖1所示［5］:

圖1 多層次實(shí)驗(yàn)課程體系

(二)針對(duì)不同層次的實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建靈活多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

1.“變面向結(jié)果為面向過程”的基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn):重在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論課中所涉及的單元電路，如模電中重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)分立元件的靈活應(yīng)用，而不是一味地訓(xùn)練學(xué)生使用各種集成電路。理論課中，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代化教學(xué)手段，借助虛擬軟件，仿真實(shí)現(xiàn)各種電路模型，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)如何按步驟實(shí)現(xiàn)仿真的數(shù)據(jù)。

2.“變輔導(dǎo)解答為引導(dǎo)啟發(fā)”的系統(tǒng)綜合型實(shí)驗(yàn):在每門專業(yè)基礎(chǔ)課中均開設(shè)一個(gè)4學(xué)時(shí)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)具有中等難度，是對(duì)本門課程所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用。采用“實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)解答為實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)啟發(fā)”的方法，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完1個(gè)課時(shí)后，要求每位學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提出一個(gè)問題，教師針對(duì)問題給出一個(gè)原理性的解答而不是直接講授問題的答案，以此引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，解決實(shí)際問題。

3.“變單一方法為多元實(shí)現(xiàn)”的設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn):以往的課程設(shè)計(jì)多由教師給出參考圖，學(xué)生進(jìn)行制作，實(shí)現(xiàn)方法單一。對(duì)此類課程改為教師只給出題目名稱，實(shí)現(xiàn)方法由學(xué)生自主選擇。如模電中給出一個(gè)濾波器的帶寬和增益，數(shù)電中設(shè)計(jì)一個(gè)8路搶答器，高頻電路設(shè)計(jì)一個(gè)振蕩器等，這種面向任務(wù)、多元實(shí)現(xiàn)的教學(xué)方法能夠給予學(xué)生最大的發(fā)揮空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段

(一)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由易到難，包含從驗(yàn)證性到綜合設(shè)計(jì)性多個(gè)實(shí)驗(yàn)層次，讓學(xué)生循序漸進(jìn)經(jīng)歷認(rèn)知、實(shí)踐、探索全過程;學(xué)生在完成基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可選擇難易不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可自行設(shè)計(jì)方案，通過實(shí)驗(yàn)探索更多問題。獨(dú)立設(shè)計(jì)和實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)逐漸增多，通過這些引導(dǎo)，大量的學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室，對(duì)多方位的內(nèi)容進(jìn)行探索和實(shí)驗(yàn)。結(jié)合我校實(shí)踐教學(xué)手段，具體闡明實(shí)驗(yàn)教學(xué)由易到難的四個(gè)實(shí)施步驟:

1.科普講座，提興趣

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于大一新生而言十分陌生，為此，組織專業(yè)教師將所做的研究?jī)?nèi)容(尤其是具有專業(yè)特色的硬件類產(chǎn)品)，為新生開展科普講座和產(chǎn)品演示，要求教師要用淺顯易懂的科研實(shí)例來闡述深?yuàn)W的理論和方法，旨在讓學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)，激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)做好鋪墊。

2.簡(jiǎn)易制作，聚人才

科普之后要提高學(xué)生的能動(dòng)性，如組織大一所有新生開展課外科技制作，選擇容易實(shí)現(xiàn)、觀賞性較強(qiáng)、聲光展示效果好的簡(jiǎn)單電路(如兩個(gè)三極管組成的發(fā)光振蕩電路、搶答器、音樂門鈴等)，并安排大三學(xué)生手把手指導(dǎo)大一新生判斷元件好壞、焊接、調(diào)試等環(huán)節(jié)，盡量做到試做即成，以此來培養(yǎng)初學(xué)者的成就感，同時(shí)從參加活動(dòng)的學(xué)生中擇優(yōu)送入開放實(shí)驗(yàn)室，以完成從“盲”到“懂”的轉(zhuǎn)變。

3.課程設(shè)計(jì)，拔技術(shù)

大二學(xué)生已具備一定的電路基礎(chǔ)、數(shù)字信號(hào)處理等方面的專業(yè)知識(shí)，可以依托開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)課外課內(nèi)互補(bǔ)，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)。教師所組織學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)，題目覆蓋面要廣，難度適中，重在基礎(chǔ)。側(cè)重訓(xùn)練模擬單元電路的實(shí)現(xiàn)而不盲目采用各類集成電路(如分立元件實(shí)現(xiàn)的音頻功放);數(shù)字電路的基礎(chǔ)培養(yǎng)以單元器件、中規(guī)模集成電路為主(如用常規(guī)數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)器、密碼鎖、數(shù)字鐘、頻率計(jì)等)。積極發(fā)揮大四學(xué)生的作用，以老帶新，根據(jù)研究方向組建學(xué)生團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)人(老)對(duì)人(新)的輔導(dǎo)，盡早完成由“懂”到“通”的過程。

4.電子競(jìng)賽，提能力

歷年的電子競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽均以大三、大四學(xué)生為主力，為此，配備電子競(jìng)賽培訓(xùn)基地和組建經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，采用真題歷練、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、教師講評(píng)等手段，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。經(jīng)過電子競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽的磨煉，使學(xué)生基本實(shí)現(xiàn)由“通”到“精”。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)鍛煉上的投入程度、重視程度，直接影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。為引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)清實(shí)驗(yàn)的重要性，電子信息工程系通過對(duì)桂林高新區(qū)多家企業(yè)、公司實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研活動(dòng)，集中廠家的一些想法與需求，再綜合其他途徑得到的信息，分列成各種類型的課題，然后與學(xué)生進(jìn)行交流，讓學(xué)生了解當(dāng)前社會(huì)對(duì)自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)的要求，使學(xué)生能夠認(rèn)清自己的學(xué)習(xí)方向，認(rèn)清自己需要掌握的技能，同時(shí)結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有目的地去學(xué)習(xí)。另外，根據(jù)科研和教改成果，在課程設(shè)置、課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行改革，著力加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

三、結(jié)束語

構(gòu)建“理論基礎(chǔ)”和“工程訓(xùn)練”互相融合的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，課程設(shè)置模塊化、多層次化，有利于全面實(shí)施選課制和學(xué)分制教學(xué)管理，有利于因材施教，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。單獨(dú)開設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，增列素質(zhì)教育模塊，增加課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)和工程應(yīng)用能力培養(yǎng)。本科生在24小時(shí)開放的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，配備最優(yōu)秀的教師來對(duì)他們進(jìn)行動(dòng)手能力訓(xùn)練。實(shí)踐證明，以科研資源和平臺(tái)為載體，開展分層次的本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力訓(xùn)練，是一條適合本專業(yè)的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)道路。

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