吳 京， 丹 梅， 王 玲， 謝曉霞

(國防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410073)

0 引言

教育部于2005年開展了高校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作，提出了八個方面的建設(shè)內(nèi)容，意在推動高校加強(qiáng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)，這也為高校實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)改革指明了方向。根據(jù)教育部文件精神，結(jié)合我校新時期人才培養(yǎng)的目標(biāo)——為全軍培養(yǎng)具有復(fù)合知識結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型軍事人才，開展《“十一五”教育教學(xué)改革和條件建設(shè)計劃》和《“十一五”公共和本科教學(xué)實驗條件建設(shè)》兩個大型建設(shè)項目。以此為契機(jī)，信號處理實驗室于2010年立項建設(shè)、2011年驗收通過，2012年電子技術(shù)實驗中心子實驗室通過湖南省基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心驗收。通過積極探索和實踐，實驗室從基礎(chǔ)建設(shè)、實驗教學(xué)理念、實驗隊伍建設(shè)、實驗科目與教學(xué)能力提升的協(xié)調(diào)并舉以及可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，進(jìn)行了以加強(qiáng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)為特色的實驗室建設(shè)。

1 實驗室建設(shè)的指導(dǎo)思想

“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“隨機(jī)信號分析與處理”、“自動控制原理”等課程構(gòu)成信號處理系列課程，是高校電子信息類專業(yè)必修的學(xué)科基礎(chǔ)課程。課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握信號處理的基本理論、基本原理和方法，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子、通信、信息處理等課程奠定理論基礎(chǔ)。無論是從課程教學(xué)內(nèi)容還是從教學(xué)目的來看，信號處理系列課程都是理論與實踐相結(jié)合、應(yīng)用性極強(qiáng)的課程。因此，如何與實際工程應(yīng)用相結(jié)合，將抽象的理論變?yōu)閷W(xué)生可接受的感性認(rèn)識，是系列課程面臨的最大挑戰(zhàn)。而實驗是學(xué)生理解理論知識、鍛煉綜合素養(yǎng)和能力的重要手段，實驗室是實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才必不可缺的重要基地，也是開展教學(xué)、科研、生產(chǎn)實踐結(jié)合的重要場所。

信號處理實驗室貫徹以培養(yǎng)軍事指揮創(chuàng)新人才為目的的教學(xué)理念，緊跟信號處理技術(shù)的發(fā)展以及在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用，密切結(jié)合我軍對軍事指揮人才和軍事應(yīng)用人才需求，充分突出信號處理的應(yīng)用性和實踐性，加強(qiáng)工程基礎(chǔ)知識、基本技能的培養(yǎng)，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。依托我院國家一級學(xué)科信息與通信工程和科研力量的優(yōu)勢，科研與教學(xué)相結(jié)合，開展科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)轉(zhuǎn)化開展，貫徹“基礎(chǔ)訓(xùn)練，能力拓展，素質(zhì)提高”的實驗教學(xué)宗旨，構(gòu)建厚基礎(chǔ)、寬口徑、多層次、多樣化的實驗教學(xué)平臺，通過面向?qū)W員的注重基礎(chǔ)性、工程性、自主性、探索性、協(xié)作性和學(xué)科性的實驗項目，切實加強(qiáng)學(xué)生實踐動手能力培養(yǎng)，以實現(xiàn)培養(yǎng)適應(yīng)具有創(chuàng)新精神和協(xié)作能力的高素質(zhì)軍事創(chuàng)新人才的目標(biāo)。

2 實驗室建設(shè)

2.1 構(gòu)建新的實驗教學(xué)體系

信號處理系列課程的實驗教學(xué)，很長時間是依托課程教學(xué)來開設(shè)實驗，自然也就主要以課程為單位來建設(shè)實驗室。如我校20世紀(jì)90年代建立了“信號與系統(tǒng)”實驗室，十五期間又建立“數(shù)字信號處理”實驗室，依托這些實驗室來完成各課程的實驗教學(xué)。各課程教學(xué)基本按照各自的教學(xué)大綱，實驗教學(xué)與理論教學(xué)基本同步。隨著信號處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的知識、新的學(xué)科、新的專業(yè)不斷產(chǎn)生，上述實驗教學(xué)模式帶來了新問題。①各課程獨立建設(shè)，很難建立完整的知識結(jié)構(gòu)體系。在我校人才培養(yǎng)方案制定時雖從專業(yè)方向考慮，力求做到知識結(jié)構(gòu)完備，課程開設(shè)的先后順序也基本能保證比較合理。但在執(zhí)行過程中，各課程的授課教師往往不注意培養(yǎng)計劃所希望的各個目標(biāo)，體現(xiàn)在實驗教學(xué)上容易立足本課程的實際，更多的關(guān)注課程知識點，對課程間的相關(guān)聯(lián)系一般不深入思考。造成課程學(xué)了不少，整體知識結(jié)構(gòu)體系并沒有建立，制約了學(xué)員潛力的發(fā)展。②重復(fù)建設(shè)，設(shè)備、資金的利用效率不高。按照課程來建設(shè)實驗室最大的好處在于方便操作、管理。這種思路對于專業(yè)課程實驗來講也許問題不是很突出，但對于信號處理系列課程，很多測試設(shè)備是共用的，DSP發(fā)展太快，芯片升級周期縮短，要跟上技術(shù)發(fā)展，又要購進(jìn)新的儀器。有的實驗儀器也能滿足多門課程的實驗教學(xué)，只著眼于課程本身來思考，就造成重復(fù)投資、儀器利用率又不高。

信號處理實驗室在建設(shè)時，打破傳統(tǒng)的依托課程來建設(shè)實驗室，而著眼系列課程的教學(xué)內(nèi)容在理論與實踐中存在的密切的內(nèi)在聯(lián)系，利用這些聯(lián)系科學(xué)地構(gòu)建信號處理系列課程實驗教學(xué)體系，通過搭建若干個實驗教學(xué)平臺來完成各課程的實驗，達(dá)到以信號分析為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析為橋梁，處理技術(shù)為手段，系統(tǒng)綜合為目的的教學(xué)目標(biāo)。以信號處理教學(xué)目的為整體來構(gòu)建實驗教學(xué)體系，通過若干個實驗平臺完成實驗科目，達(dá)到課程間資源共享，相互融合，相互補(bǔ)允的目的，從整體上提升學(xué)員的實踐能力和綜合素質(zhì)，并達(dá)到減少重復(fù)投資，使有限的實驗資源發(fā)揮出最大效益。

在實驗課程設(shè)置時，采用“課內(nèi)實驗鞏固、課程論文探索、課程設(shè)計提高、課程實習(xí)拓展”的實踐教學(xué)模式。除在課程體系中設(shè)置實踐性課程外，主干課程都安排有課內(nèi)實驗。同時每門課程都要求設(shè)置課程論文研究環(huán)節(jié)。此外還通過其它學(xué)科競賽、科技創(chuàng)新試驗計劃等拓展實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。通過多年的建設(shè)，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)(見圖1)不斷完善，學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力不斷提高。

圖1 實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)示意圖

2.2 加強(qiáng)實驗平臺及科目建設(shè)

根據(jù)我校人才培養(yǎng)目標(biāo)，信號處理實驗室搭建立以下幾個實驗平臺:信號與系統(tǒng)平臺、DSP平臺、隨機(jī)信號平臺、綜合設(shè)計平臺和創(chuàng)新實驗平臺。平臺建設(shè)按功能劃分，課程的實驗可在一個平臺或不同平臺上完成。如“信號與系統(tǒng)”課程實驗通常會安排“抽樣與恢復(fù)”科目，這個實驗即可在信號與系統(tǒng)平臺上完成，也可在DSP平臺上完成，但兩者之間是有區(qū)別的，前者采用模擬電路實現(xiàn)，后者用數(shù)字電路完成，這樣授課教員可根據(jù)授課對象的專業(yè)、培養(yǎng)目標(biāo)等因素來選擇實驗科目的平臺。

實驗科目的設(shè)定以課程知識點的深入理解，處理技術(shù)手段的培訓(xùn)，創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)。不僅為課程提供仿真演示驗證、設(shè)計實驗，而且能夠開設(shè)信號處理從仿真、演示驗證、設(shè)計，到硬件實現(xiàn)整個過程的綜合實驗，結(jié)合信號處理發(fā)展技術(shù)和我校科研成果，設(shè)計創(chuàng)新實驗科目。如實驗科目“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號處理及應(yīng)用系統(tǒng)”，就是以科研為依托，將我院重大科研成果提煉而轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)，該科目以北斗軍民應(yīng)用為背景，提供北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的演示驗證和創(chuàng)新設(shè)計實驗功能，通過實驗加深學(xué)員對典型電子系統(tǒng)中信號處理方法的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新思維和軍事應(yīng)用能力。

2.3 強(qiáng)化實驗教學(xué)隊伍建設(shè)

開拓與創(chuàng)新精神突出、知識與學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理的實驗教學(xué)隊伍是實驗室建設(shè)的核心目標(biāo)，也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證。我校在信號處理系列課程建設(shè)方面具有較好的基礎(chǔ)，該系列課程中已有兩門課程“信號處理與系統(tǒng)”和“隨機(jī)信號分析與處理”是國家精品課程，教學(xué)團(tuán)隊已入選國家級教學(xué)團(tuán)隊，依托建設(shè)的電子科學(xué)與工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)科是國家一級學(xué)科，充分運(yùn)用這豐富的教學(xué)資源，以系列課程責(zé)任教授和各課程負(fù)責(zé)人組成實驗教學(xué)規(guī)劃小組，由主講教師參與實驗設(shè)計并負(fù)責(zé)實驗課，新留校教員，學(xué)校明確規(guī)定承擔(dān)教學(xué)工作的教員需滿足一定量的實驗教學(xué)任務(wù)，這從制度上保障的實驗教學(xué)隊伍的建設(shè)。目前我們已建成一支以教學(xué)名師引領(lǐng)、系列課程責(zé)任教授負(fù)責(zé)、優(yōu)秀的中青年主講教師為骨干教師的實驗教學(xué)隊伍。教學(xué)名師對各門課程的內(nèi)容及相關(guān)知識有透徹的理解，對本學(xué)科的發(fā)展趨勢，有清楚的認(rèn)識。主講教師能夠根據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)行實驗內(nèi)容的充實、更新。年輕教員參加實驗指導(dǎo)還可以促進(jìn)學(xué)員盡快掌握科學(xué)的思想方法、研究問題的方法，在交流中碰撞出智慧的火花，促進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3 實驗室建設(shè)成效

以加強(qiáng)基礎(chǔ)、循序漸進(jìn)、全面提高為原則，實驗室已建成為一個門類較為齊全，擁有演示與驗證結(jié)合、涵蓋綜合設(shè)計與開放仿真、突出特色在于支持學(xué)員進(jìn)行信號處理類創(chuàng)新型實驗的多功能專業(yè)基礎(chǔ)課實驗基地。實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備、實驗方法和手段在國內(nèi)高校同類實驗室中居領(lǐng)先地位。

為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力，增加“實戰(zhàn)”實驗內(nèi)容，增設(shè)了一批綜合運(yùn)用科目，如數(shù)字通信系統(tǒng)中ISI信道均衡器的設(shè)計和性能分析、回波估計和回聲消除、DSP在音頻/視頻信號處理中的應(yīng)用等等。依托學(xué)科優(yōu)勢，將科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)轉(zhuǎn)化，自主研究開發(fā)，改進(jìn)實驗教學(xué)內(nèi)容，突出實驗設(shè)計的軍事特色，圖2所示是我們開發(fā)的一些實驗科目。這些實驗已應(yīng)用在我們精品課程網(wǎng)站上，達(dá)到資源共享及示范效應(yīng)。在完成系列課程的實驗同時為本科生創(chuàng)新實踐提供有力的實驗平臺，通過實驗室的培訓(xùn)，2011年我校學(xué)員參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，取得優(yōu)異成績，獲得省級一等獎8組，二等獎5組，三等獎1組，國家級一等獎4組，二等獎2組。

4 結(jié)語

為適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭需要所培育的人才要具有實踐能力和創(chuàng)新能力的綜合素質(zhì)，加強(qiáng)這方面培養(yǎng)的重要渠道之一就是加強(qiáng)實驗室的建設(shè)。近年來，在實驗室?guī)熒餐ο?，實驗室從早期的獨立課程實驗室，發(fā)展到現(xiàn)在信號處理綜合實驗室，實驗科目從理論驗證型、演示型和仿真型實驗，發(fā)展到現(xiàn)在設(shè)計型創(chuàng)新實驗。對于信號處理實驗室的建設(shè)，我們深感任重而道遠(yuǎn)，這是一個系統(tǒng)工程，我們將不斷總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗，勇于進(jìn)行新的探索與實踐，繼續(xù)進(jìn)一步深化實驗教學(xué)改革，不遺余力地以國家級實驗教學(xué)示范中心為目標(biāo)，發(fā)揮我校多學(xué)科交叉的優(yōu)勢，在高等學(xué)校信號處理實踐教學(xué)中發(fā)揮示范和輻射作用，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定更堅實的基礎(chǔ)。

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