張虹++張薇++尹維春

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.096

摘 要：根據(jù)信號分析與處理課程群的特點，分析了“信號分析與處理”課程群實踐能力培養(yǎng)的重要性， 依托Matlab軟件和DSP硬件平臺，論述了遞進(jìn)式實踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路和實現(xiàn)過程。實踐研究表明構(gòu)建的課程群體系，加強(qiáng)了學(xué)生理論分析能力、實踐能力和工程創(chuàng)新能力的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展，對課程群建設(shè)起到非常重要的作用，取得了顯著成效。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng) 實踐教學(xué) 遞進(jìn)式

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0096-02

Research on Course Group Construction of Signal Analysis and Processing

Zhang Hong Zhang Wei Yin Weichun

（School of Electrical Engineering，Northeast Dianli University，Chuanying Jilin，132012，China）

Abstract：According to course group characteristic of signal analysis and processing，importance of practice ability training is analyzed.Based on MATLAB software and DSP hardware platform，construction mentality and realization process of progressive practice teaching system was discussed. Research results show that constructions of course group system strengthen studentstheoretical analysis ability，practice ability and innovation ability，which benefits to integrated and coordinated development.It plays an important role in the construction of course group，and has achieved remarkable results.

Key Words：Signal and system；Practice teaching；Progressive

《信號與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號處理》和《DSP原理及應(yīng)用》是我校電氣工程及其自動化、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的信號分析處理類課程。它們有各自的理論體系，在教學(xué)內(nèi)容上各有側(cè)重。其中《信號與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號處理》屬于學(xué)科的基礎(chǔ)課程，《DSP原理及應(yīng)用》屬于專業(yè)必修課程，屬于工程實現(xiàn)的課程。這3門課程都與信號處理這一核心關(guān)聯(lián)，且課程之間的內(nèi)在聯(lián)系也非常緊密，具有很強(qiáng)地專業(yè)針對性。根據(jù)21世紀(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，打破課程之間的壁壘，依據(jù)課程之間內(nèi)在邏輯和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，整合優(yōu)化課程資源，構(gòu)建了“信號分析與處理”課程群[1]。

“信號分析與處理”課程群的教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)，包含較多數(shù)學(xué)方面的知識，抽象概念多，而且與工程實踐緊密關(guān)聯(lián)。經(jīng)過幾年的課程建設(shè)，在注重基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的同時，強(qiáng)化工程意識，使學(xué)生從工程實踐的角度理解信號分析處理技術(shù)顯得非常重要。CDIO工程教育模式，是近年來國際工程教育及應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革提出的全新教育理念和最新成果，它是以工程項目設(shè)計為導(dǎo)向、工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的新型工程教育模式[2]。

該文從CDIO教育理念的角度出發(fā)，結(jié)合“信號分析與處理”課程群的建設(shè)需要，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力，通過理論教學(xué)與實踐教學(xué)的優(yōu)化重組，從教學(xué)設(shè)計、實踐教學(xué)和課外培養(yǎng)等環(huán)節(jié)入手，探索培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)體系。

1 “點—線—面”形式的課程群教學(xué)主線

在課程群體系中，《信號與系統(tǒng)》是信號分析處理的基礎(chǔ)課程，同時也是信號分析方面的考研課程。作為主干課程，《信號與系統(tǒng)》課程將信號與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、系統(tǒng)的物理實現(xiàn)等作為主要知識點進(jìn)行講解，側(cè)重于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)?！稊?shù)字信號處理》課程，則重點學(xué)習(xí)離散傅里葉變換、FFT頻譜分析、數(shù)字濾波器設(shè)計等內(nèi)容?！缎盘柵c系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》2門課程，以連續(xù)信號（系統(tǒng)）分析-離散信號（系統(tǒng)）分析-數(shù)字信號分析作為學(xué)習(xí)的主線。《DSP原理及應(yīng)用》是將《數(shù)字信號處理》的理論算法付諸實踐的途徑和方法，基于DSP硬件平臺實驗是理論算法的延伸和拓展。同時，按知識點的遞進(jìn)，以“數(shù)字信號處理”為核心，以強(qiáng)化基礎(chǔ)理論—軟硬件相結(jié)合—突出實踐應(yīng)用為主線，建立縱向傳承的課程教學(xué)體系，如圖1所示。

2 遞進(jìn)式實踐教學(xué)體系構(gòu)建

2.1 驗證性和設(shè)計性實驗

東北電力大學(xué)“信號分析與處理”課程群有滿足課程教學(xué)需要的固定的實踐基地。其中，“電力系統(tǒng)自動化數(shù)字仿真中心”配置有近100臺計算機(jī)，負(fù)責(zé)《信號與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》課程的實驗工作，學(xué)生運用 Matlab仿真軟件進(jìn)行驗證性實驗和設(shè)計性實驗，并在課后開展綜合性課題的探究性學(xué)習(xí)。“DSP原理及應(yīng)用實驗室”負(fù)責(zé)《DSP原理及應(yīng)用》課程的實驗工作，開設(shè)了DSP系統(tǒng)硬件實驗。整個課程群實驗軟硬件并重，形成一個完整的信號分析處理課程群的實驗體系[3]。

2.2 課程群綜合性實踐

綜合性實踐是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，提出問題、分析問題和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。在學(xué)習(xí)了頻響特性分析、IIR和FIR數(shù)字濾波器等相關(guān)知識后，經(jīng)過驗證性和設(shè)計性實驗的訓(xùn)練后，學(xué)生們可以進(jìn)行綜合性實驗項目的學(xué)習(xí)，進(jìn)行后續(xù)的課程設(shè)計工作。

《數(shù)字信號處理》課程進(jìn)行3周的數(shù)字信號算法課程設(shè)計，基于Matlab軟件仿真進(jìn)行語音信號的分析和處理。《DSP原理及應(yīng)用》課程，采用自制的DSP實驗進(jìn)行課程設(shè)計，包括TMS320LF2407A

最小系統(tǒng)設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計、逆變器控制器設(shè)計等設(shè)計題目[4]。課程設(shè)計提高了學(xué)生的動手能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，使學(xué)生更加深刻地理解數(shù)字信號處理的相關(guān)知識與技術(shù)。

2.3 開展多種實踐教學(xué)活動

結(jié)合課程群內(nèi)容，開展豐富多彩的實踐活動。采取電子競賽或科研活動的形式，每年組織大學(xué)生參加校級“長通杯”電子競賽，省級大學(xué)生電子競賽，飛思卡爾設(shè)計競賽等活動。經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)和動手能力的增加，學(xué)生參加競賽的熱情高漲，大學(xué)生電子競賽獲獎比例逐年增加，顯示出較好地實踐能力。另外，當(dāng)學(xué)生在大二年級時，組建興趣小組進(jìn)入信號分析相關(guān)的實驗室，依托開放實驗室自主完成項目研究，加強(qiáng)實踐動手能力培養(yǎng)。學(xué)生在大三年級時，實行導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，吸收優(yōu)秀本科生進(jìn)入導(dǎo)師的課程組，協(xié)助導(dǎo)師和研究生開展信號處理有關(guān)的科研活動。綜上所述，通過開展服務(wù)于課程學(xué)習(xí)的多種課外培養(yǎng)活動，擴(kuò)寬了學(xué)生們的學(xué)習(xí)渠道，使教學(xué)內(nèi)容在實踐中得以延伸和發(fā)展，教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高[5]。

3 結(jié)語

融合CDIO理念的“信號分析與處理”課程群建設(shè)，形成了“點-線-面”形式的課程群教學(xué)體系，通過培養(yǎng)學(xué)生實驗技能和綜合性實踐能力的各項舉措，將實踐教學(xué)延伸到課內(nèi)實踐、課外實踐和科研項目活動中，有利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈君鳳，潘永才，楊維明.整體優(yōu)化的“信號與系統(tǒng)”課程群建設(shè)研究及實踐[J].工業(yè)和信息化教育，2014，12（5）：71-74.

[2] 黃海，張宏國，劉勝輝，等.集成專業(yè)CDIO二級項目建設(shè)——基于信號處理課程群構(gòu)建[J].北方經(jīng)貿(mào)，2013（2）：117-118.

[3] 王艷芬，張劍英，張曉光，等.信號處理課程群實驗教學(xué)體系的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2013，32（4）：132-134，139.

[4] 劉衛(wèi)東.《DSP原理與應(yīng)用》實驗教學(xué)改革研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2012，10（1）：84-85.

[5] 王天仕，宋純鵬，尚富德，等.構(gòu)建能力培養(yǎng)型實驗教學(xué)新體系[J].實驗室研究與探索，2011，30（5）：97-100.