產(chǎn)教融合背景下的《工程信號分析與處理》教學(xué)改革實(shí)踐與探索★

高 源，孫智飛

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

引言

《工程信號分析與處理》是自動(dòng)化類專業(yè)必修的一門核心課程，該課程以微積分、無窮級數(shù)等數(shù)學(xué)知識作為理論基礎(chǔ)[1-3]，課程內(nèi)容較為抽象，因此學(xué)生較難掌握。在教學(xué)過程中，學(xué)生易出現(xiàn)對課程理解不夠深入、缺少學(xué)習(xí)興趣等情況，從而不愿去深度學(xué)習(xí)、探究，忽視了該課程在實(shí)際生活中的重要應(yīng)用。但與此同時(shí)，該門課程在工程實(shí)際中的應(yīng)用尤為廣泛，對于工科學(xué)生的重要性顯而易見。因此，對該門課程進(jìn)行教學(xué)改革，從主觀上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)激情顯得尤為重要。顯然，如果在教學(xué)中能夠賦予各種枯燥、抽象的理論知識以形象的認(rèn)知，將其與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，將會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的深度把控和靈活運(yùn)用。針對產(chǎn)教融合背景下該門課程的情況，結(jié)合國家新工業(yè)革命、產(chǎn)業(yè)升級的實(shí)際情況，以培養(yǎng)復(fù)合型人才、為國家新工業(yè)輸送新鮮血液為目標(biāo)，對工程信號分析與處理課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實(shí)踐[4-8]。本文將介紹本課程在教學(xué)方式、實(shí)踐教學(xué)和考核體系等方面進(jìn)行教學(xué)改革的探索與思考。

1 教學(xué)方式的創(chuàng)新與建設(shè)

1.1 學(xué)科大講堂

隨著工業(yè)4.0 時(shí)代的來臨，新工科建設(shè)成為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)提升的關(guān)鍵舉措，在產(chǎn)教融合的背景下進(jìn)行新工業(yè)建設(shè)、培養(yǎng)新工業(yè)人才是主要著力點(diǎn)?；诖吮尘?，本課程決定采用“學(xué)科大講堂”的形式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對知識的綜合實(shí)際應(yīng)用能力。在學(xué)科講堂中，不僅通過校企合作的方式邀請傳統(tǒng)企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員，通過案例講解向同學(xué)們展示了工程信號分析與處理在工程中的具體運(yùn)用，而且對于智能駕駛相關(guān)的企業(yè)也有所涉及。同學(xué)們在學(xué)科講堂中不僅可以掌握本課程的專業(yè)知識，還能對當(dāng)下熱門的工業(yè)方向有所探知，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，開拓專業(yè)視野，提高學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，也為日后同學(xué)們研究國際前沿科技項(xiàng)目打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 注重能力培養(yǎng)和人格養(yǎng)成

1）注重自主學(xué)習(xí)的能力：學(xué)習(xí)過程中要求學(xué)生能夠自行查閱和學(xué)習(xí)與課程相關(guān)的參考文獻(xiàn)、資料手冊、計(jì)算機(jī)輔助軟件等。

2）注重分析和解決問題的能力：課程大作業(yè)的任務(wù)具有較強(qiáng)的專業(yè)性和綜合性，同時(shí)與企業(yè)的結(jié)合較為密切，需要學(xué)生能夠綜合運(yùn)用課程的理論知識分析和解決實(shí)際問題。

3）注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作和組織管理的能力：通過分組的方式由3～5 名學(xué)生共同承擔(dān)課程大作業(yè)任務(wù)，要求學(xué)生能夠進(jìn)行合理的任務(wù)規(guī)劃、時(shí)間管理、沖突管理、溝通協(xié)作等。

4）注重行業(yè)認(rèn)知和未來意識：在校企合作的過程中，學(xué)生會(huì)接觸到行業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)，了解到行業(yè)的前沿技術(shù)，有利于學(xué)生對行業(yè)全面、全新認(rèn)知，為學(xué)生思考未來的研究發(fā)展方向提供了基礎(chǔ)。

2 實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施與強(qiáng)化

2.1 增設(shè)實(shí)驗(yàn)課程

為了加強(qiáng)理論課程與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，本課程針對教學(xué)重點(diǎn)安排了多次實(shí)驗(yàn)。結(jié)合專業(yè)現(xiàn)狀，將課堂教學(xué)一部分變?yōu)槎嗝襟w教學(xué)，盡量將一些理論分析用圖形手段展現(xiàn)出來，以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)知。實(shí)驗(yàn)課主要以Matlab 軟件為平臺，內(nèi)容涉及到卷積、z 變換、對數(shù)字濾波器綜合設(shè)計(jì)和運(yùn)用頻譜分析噪聲濾波等手段進(jìn)行圖像分析與處理。通過實(shí)驗(yàn)課程中的動(dòng)手實(shí)踐，加深了學(xué)生對于理論知識的理解，同時(shí)更加明確了這些知識在工程實(shí)踐中的運(yùn)用。

2.2 基于“產(chǎn)教融合”雷達(dá)信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[9]

在實(shí)驗(yàn)課程中加入了智能汽車毫米波雷達(dá)的信號分析與處理教學(xué)研究實(shí)例。智能汽車對周圍環(huán)境的識別多采用多傳感器組合的方案來實(shí)現(xiàn)，其中毫米波雷達(dá)是智能汽車中遠(yuǎn)距離的主要傳感器。在教學(xué)實(shí)例中，基于K-MC3 型雷達(dá)傳感器進(jìn)行了雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)。在設(shè)計(jì)教學(xué)之初，首先要求學(xué)生進(jìn)行一定量的相關(guān)文獻(xiàn)檢索與閱讀、理解以增強(qiáng)學(xué)生的相關(guān)科研能力；在講解案例程序設(shè)計(jì)的過程中，程序編寫可通過現(xiàn)代比較流行且同學(xué)易接受的網(wǎng)絡(luò)平臺，如MOOC 進(jìn)行，一方面可以提高學(xué)生的興趣，另一方面對于教學(xué)難點(diǎn)，學(xué)生可以多次學(xué)習(xí)直至掌握，大幅度提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。在教學(xué)設(shè)計(jì)的最后，本次設(shè)計(jì)案例將作為大作業(yè)布置給學(xué)生。學(xué)生需分組并完成整個(gè)設(shè)計(jì)流程、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、提交仿真結(jié)果。大作業(yè)的成績將計(jì)入課程考核。

2.3 企業(yè)參觀教學(xué)

在產(chǎn)教融合的背景下，為了加強(qiáng)校企合作，有針對性地培養(yǎng)專業(yè)人才，本課程針對教學(xué)重點(diǎn)安排了數(shù)次企業(yè)參觀教學(xué)。通過企業(yè)參觀日，同學(xué)們能更深入地了解到該課程的實(shí)際意義，深化同學(xué)們對本課程的感性認(rèn)知[10-14]。

產(chǎn)教融合背景下的《工程信號分析與處理》教學(xué)改革如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)教融合背景下的工程信號分析與處理教學(xué)改革

3 考核體系的合理與完善

本課程對傳統(tǒng)的考核體系進(jìn)行了合理與完善，評價(jià)內(nèi)容不局限于單一的平時(shí)成績與期末成績，而是采用多元化的評價(jià)內(nèi)容和考核方式，并獲得了學(xué)生們的一致認(rèn)可。具體內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

1）工作表現(xiàn)。根據(jù)理論授課的出勤率和平時(shí)小組討論與協(xié)作的情況進(jìn)行評分。

2）操作技能。根據(jù)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料的情況、上機(jī)操作的熟練程度進(jìn)行評分。

3）感悟思考。根據(jù)學(xué)生在大講堂、企業(yè)參觀后的思考感悟匯報(bào)文章進(jìn)行評分。

4）成果展示。最終以PPT 講演的形式對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行展示以及必要的陳述，根據(jù)學(xué)生對作品的理解程度、口頭表達(dá)情況和回答問題的情況進(jìn)行評分。

5）期末考試成績。將1）～4）項(xiàng)的評價(jià)內(nèi)容按照適當(dāng)?shù)谋壤C合計(jì)算評分。

4 結(jié)語

通過對工程信號分析與處理教學(xué)改革的探索與思考，本課程的教學(xué)改革成果顯著，在學(xué)生間獲得了大量的認(rèn)可，深度激發(fā)了學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)了學(xué)生在企業(yè)層面對于本課程的理解，提高了學(xué)生在實(shí)際工程中對本課程的應(yīng)用能力。今后仍會(huì)結(jié)合產(chǎn)教融合，繼續(xù)對本門課程進(jìn)行改革建設(shè)，進(jìn)一步探索教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方式、加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐、完善考核體系，努力推進(jìn)校企結(jié)合，力爭讓學(xué)生們學(xué)以致用，力求為國家的新工業(yè)輸送更多的新鮮血液。