吳 京， 丹 梅， 王 玲， 謝曉霞

(國防科技大學電子科學與工程學院，湖南長沙410073)

0 引言

教育部于2005年開展了高校實驗教學示范中心建設和評審工作，提出了八個方面的建設內(nèi)容，意在推動高校加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實驗教學改革和實驗室建設，這也為高校實驗室建設和實驗教學改革指明了方向。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——為全軍培養(yǎng)具有復合知識結(jié)構的創(chuàng)新型軍事人才，開展《“十一五”教育教學改革和條件建設計劃》和《“十一五”公共和本科教學實驗條件建設》兩個大型建設項目。以此為契機，信號處理實驗室于2010年立項建設、2011年驗收通過，2012年電子技術實驗中心子實驗室通過湖南省基礎實驗教學示范中心驗收。通過積極探索和實踐，實驗室從基礎建設、實驗教學理念、實驗隊伍建設、實驗科目與教學能力提升的協(xié)調(diào)并舉以及可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，進行了以加強創(chuàng)新人才培養(yǎng)為特色的實驗室建設。

1 實驗室建設的指導思想

“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“隨機信號分析與處理”、“自動控制原理”等課程構成信號處理系列課程，是高校電子信息類專業(yè)必修的學科基礎課程。課程的教學目的是讓學生掌握信號處理的基本理論、基本原理和方法，并為進一步學習電子、通信、信息處理等課程奠定理論基礎。無論是從課程教學內(nèi)容還是從教學目的來看，信號處理系列課程都是理論與實踐相結(jié)合、應用性極強的課程。因此，如何與實際工程應用相結(jié)合，將抽象的理論變?yōu)閷W生可接受的感性認識，是系列課程面臨的最大挑戰(zhàn)。而實驗是學生理解理論知識、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、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理念，緊跟信號處理技術的發(fā)展以及在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應用，密切結(jié)合我軍對軍事指揮人才和軍事應用人才需求，充分突出信號處理的應用性和實踐性，加強工程基礎知識、基本技能的培養(yǎng)，提高學生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的創(chuàng)新能力，增強學生的創(chuàng)新意識。依托我院國家一級學科信息與通信工程和科研力量的優(yōu)勢，科研與教學相結(jié)合，開展科研成果向?qū)嶒灲虒W轉(zhuǎn)化開展，貫徹“基礎訓練，能力拓展，素質(zhì)提高”的實驗教學宗旨，構建厚基礎、寬口徑、多層次、多樣化的實驗教學平臺，通過面向?qū)W員的注重基礎性、工程性、自主性、探索性、協(xié)作性和學科性的實驗項目，切實加強學生實踐動手能力培養(yǎng)，以實現(xiàn)培養(yǎng)適應具有創(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。

2 實驗室建設

2.1 構建新的實驗教學體系

信號處理系列課程的實驗教學，很長時間是依托課程教學來開設實驗，自然也就主要以課程為單位來建設實驗室。如我校20世紀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。各課程教學基本按照各自的教學大綱，實驗教學與理論教學基本同步。隨著信號處理技術的迅猛發(fā)展，新的知識、新的學科、新的專業(yè)不斷產(chǎn)生，上述實驗教學模式帶來了新問題。①各課程獨立建設，很難建立完整的知識結(jié)構體系。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)構完備，課程開設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，體現(xiàn)在實驗教學上容易立足本課程的實際，更多的關注課程知識點，對課程間的相關聯(lián)系一般不深入思考。造成課程學了不少，整體知識結(jié)構體系并沒有建立，制約了學員潛力的發(fā)展。②重復建設，設備、資金的利用效率不高。按照課程來建設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，很多測試設備是共用的，DSP發(fā)展太快，芯片升級周期縮短，要跟上技術發(fā)展，又要購進新的儀器。有的實驗儀器也能滿足多門課程的實驗教學，只著眼于課程本身來思考，就造成重復投資、儀器利用率又不高。

信號處理實驗室在建設時，打破傳統(tǒng)的依托課程來建設實驗室，而著眼系列課程的教學內(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)系科學地構建信號處理系列課程實驗教學體系，通過搭建若干個實驗教學平臺來完成各課程的實驗，達到以信號分析為基礎，系統(tǒng)分析為橋梁，處理技術為手段，系統(tǒng)綜合為目的的教學目標。以信號處理教學目的為整體來構建實驗教學體系，通過若干個實驗平臺完成實驗科目，達到課程間資源共享，相互融合，相互補允的目的，從整體上提升學員的實踐能力和綜合素質(zhì)，并達到減少重復投資，使有限的實驗資源發(fā)揮出最大效益。

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

圖1 實踐性教學環(huán)節(jié)示意圖

2.2 加強實驗平臺及科目建設

根據(jù)我校人才培養(yǎng)目標，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、隨機信號平臺、綜合設計平臺和創(chuàng)新實驗平臺。平臺建設按功能劃分，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”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)目標等因素來選擇實驗科目的平臺。

實驗科目的設定以課程知識點的深入理解，處理技術手段的培訓，創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)為目標進行建設。不僅為課程提供仿真演示驗證、設計實驗，而且能夠開設信號處理從仿真、演示驗證、設計，到硬件實現(xiàn)整個過程的綜合實驗，結(jié)合信號處理發(fā)展技術和我?？蒲谐晒?，設計創(chuàng)新實驗科目。如實驗科目“北斗衛(wèi)星導航信號處理及應用系統(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，該科目以北斗軍民應用為背景，提供北斗衛(wèi)星導航的演示驗證和創(chuàng)新設計實驗功能，通過實驗加深學員對典型電子系統(tǒng)中信號處理方法的理解和掌握，培養(yǎng)學員創(chuàng)新思維和軍事應用能力。

2.3 強化實驗教學隊伍建設

開拓與創(chuàng)新精神突出、知識與學緣結(jié)構合理的實驗教學隊伍是實驗室建設的核心目標，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方面具有較好的基礎，該系列課程中已有兩門課程“信號處理與系統(tǒng)”和“隨機信號分析與處理”是國家精品課程，教學團隊已入選國家級教學團隊，依托建設的電子科學與工程學院通信與信息工程學科是國家一級學科，充分運用這豐富的教學資源，以系列課程責任教授和各課程負責人組成實驗教學規(guī)劃小組，由主講教師參與實驗設計并負責實驗課，新留校教員，學校明確規(guī)定承擔教學工作的教員需滿足一定量的實驗教學任務，這從制度上保障的實驗教學隊伍的建設。目前我們已建成一支以教學名師引領、系列課程責任教授負責、優(yōu)秀的中青年主講教師為骨干教師的實驗教學隊伍。教學名師對各門課程的內(nèi)容及相關知識有透徹的理解，對本學科的發(fā)展趨勢，有清楚的認識。主講教師能夠根據(jù)課程內(nèi)容進行實驗內(nèi)容的充實、更新。年輕教員參加實驗指導還可以促進學員盡快掌握科學的思想方法、研究問題的方法，在交流中碰撞出智慧的火花，促進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3 實驗室建設成效

以加強基礎、循序漸進、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、涵蓋綜合設計與開放仿真、突出特色在于支持學員進行信號處理類創(chuàng)新型實驗的多功能專業(yè)基礎課實驗基地。實驗內(nèi)容、實驗設備、實驗方法和手段在國內(nèi)高校同類實驗室中居領先地位。

為了進一步培養(yǎng)學員創(chuàng)新能力，增加“實戰(zhàn)”實驗內(nèi)容，增設了一批綜合運用科目，如數(shù)字通信系統(tǒng)中ISI信道均衡器的設計和性能分析、回波估計和回聲消除、DSP在音頻/視頻信號處理中的應用等等。依托學科優(yōu)勢，將科研成果向?qū)嶒灲虒W轉(zhuǎn)化，自主研究開發(fā)，改進實驗教學內(nèi)容，突出實驗設計的軍事特色，圖2所示是我們開發(fā)的一些實驗科目。這些實驗已應用在我們精品課程網(wǎng)站上，達到資源共享及示范效應。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，2011年我校學員參加全國大學生電子設計競賽，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)，加強這方面培養(yǎng)的重要渠道之一就是加強實驗室的建設。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)在設計型創(chuàng)新實驗。對于信號處理實驗室的建設，我們深感任重而道遠，這是一個系統(tǒng)工程，我們將不斷總結(jié)建設經(jīng)驗，勇于進行新的探索與實踐，繼續(xù)進一步深化實驗教學改革，不遺余力地以國家級實驗教學示范中心為目標，發(fā)揮我校多學科交叉的優(yōu)勢，在高等學校信號處理實踐教學中發(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。

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