甘海濤 武薇

[摘 要] 文章闡述了CDIO教學(xué)模式在“信號分析與處理”本科教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)成果，并對“信號分析與處理”課程目前所存在的問題進(jìn)行了分析。根據(jù)CDIO教學(xué)模式，對“信號分析與處理”教學(xué)提出了改革方案，最后對教學(xué)模式的改革效果作了分析和評估。結(jié)果顯示，教學(xué)模式改革提高了教學(xué)質(zhì)量，并取得了良好的教學(xué)成果。

[關(guān)鍵詞] 信號分析與處理;CDIO教學(xué)模式;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 杭州電子科技大學(xué)2017年高等教育研究資助項(xiàng)目“優(yōu)化課程教學(xué)模式探索：以信號分析與處理為例”（YB201768）;杭州電

子科技大學(xué)2017年研究生核心課程建設(shè)項(xiàng)目“數(shù)字圖像處理”（hxkc2017002）;浙江省高等教育“十三五”第一批教學(xué)改革研

究項(xiàng)目“面向人工智能人才培養(yǎng)的多方協(xié)同育人模式創(chuàng)新與實(shí)踐”（jg20180103）

[作者簡介] 甘海濤（1985—），男，江西豐城人，博士，杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)和信號處理;

武 薇 （1979—），女，云南昆明人，博士，杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院講師，研究方向?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信息處理。

[中圖分類號] TN911.6? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0162-02? ? [收稿日期] 2019-10-05

隨著智能時(shí)代的到來，“信號分析與處理”課程已經(jīng)成為電氣工程、電子信息、自動化等專業(yè)領(lǐng)域的一門必修課，它將基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用到專業(yè)問題上，在理論與實(shí)踐的結(jié)合中發(fā)揮著橋梁作用。此外，這門課程還能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生在處理相關(guān)問題時(shí)能尋找到最優(yōu)的方法。

CDIO概念主要由構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）四個方面構(gòu)成[1，2]。近年來，國際上產(chǎn)生的一大重要成果就是CDIO工程教育模式，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)課程是其基本理念。CDIO教學(xué)法以課程實(shí)踐為主體來展開教學(xué)，老師發(fā)起課程項(xiàng)目并進(jìn)行督導(dǎo)，因?yàn)閷W(xué)生在老師的指導(dǎo)下才能完成項(xiàng)目。該教學(xué)實(shí)踐表明，在這種模式下，學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性都會被充分發(fā)掘出來，結(jié)合“信號分析與處理”課程，學(xué)生能自覺主動地學(xué)習(xí)，并在實(shí)踐中證實(shí)理論，在理論基礎(chǔ)上充分實(shí)踐。

“信號分析與處理”課程具有如下特點(diǎn)：課程理論繁雜，知識點(diǎn)多，概念晦澀難懂;課程體系的學(xué)科交叉性強(qiáng);以CDIO為模式的課程改革讓學(xué)生能夠充分理解課程內(nèi)容，熟練掌握信號分析與處理這門技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生如何將理論應(yīng)用到實(shí)踐上，從而滿足當(dāng)前社會對自動化人才的需要。

一、本課程教學(xué)中存在的問題

信號分析與處理這門技術(shù)一直是全球科學(xué)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一，但這一領(lǐng)域的專業(yè)人才短缺始終是一個問題。為了培養(yǎng)電氣工程及其自動化高層次復(fù)合型人才[3]，杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院向本科生開設(shè)了這門課程。由于該課程同時(shí)具有理論性和應(yīng)用性，而且自動化學(xué)院“信號分析與處理”課程的總學(xué)時(shí)為40個學(xué)時(shí)，均為課堂教學(xué)，無上機(jī)實(shí)驗(yàn)，知識點(diǎn)多，從而為本課程的教與學(xué)提出了很大的挑戰(zhàn)，學(xué)院的考核方式也較為單一。該課程在教學(xué)與實(shí)踐中主要存在著以下問題：

首先，課程內(nèi)容晦澀難懂，內(nèi)容陳舊。時(shí)域、頻域變換作為信號分析的基本手段，其理論比較復(fù)雜和抽象，沒有實(shí)物演示，僅憑課堂板書和PPT難以讓學(xué)生有直觀的感受，學(xué)生因而不太容易掌握和理解不同變換的意義和應(yīng)用價(jià)值。另外，傳統(tǒng)的傳授式教學(xué)方式、機(jī)械被動的學(xué)習(xí)方式難以取得良好的教學(xué)效果，不能適應(yīng)“新工科”對工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。

其次，課程學(xué)時(shí)安排不合理。該課程只有40個學(xué)時(shí)，如果在短時(shí)間內(nèi)講解連續(xù)時(shí)間信號分析、離散時(shí)間信號分析、濾波器設(shè)計(jì)等知識點(diǎn)，難以讓學(xué)生理解和掌握，而且這門課安排在大二年級下學(xué)期，這個學(xué)期還安排了其他重要專業(yè)課，使得學(xué)生課后復(fù)習(xí)的時(shí)間被大大縮減，為本課程教學(xué)帶來巨大挑戰(zhàn)。

再次，理論聯(lián)系實(shí)踐的過程較為薄弱。信號分析與處理是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，由于沒有安排上機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法理解課程的應(yīng)用價(jià)值，使知識只停留在書本上，并沒有充分發(fā)揮其真正的作用，致使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性下降。因此，面對這個問題，我們應(yīng)找到一種教學(xué)模式，使之成為達(dá)到教育目的一條途徑。

最后，學(xué)院對課程的考核方式較為單一。目前，自動化學(xué)院主要以筆試的方式對學(xué)生進(jìn)行考核，最后筆試成績占最終成績的70%，課后習(xí)題完成情況和上課出席率占30%。期末考試所涉及的知識點(diǎn)基本上都是書本上的，沒有能夠考查學(xué)生綜合素質(zhì)的題目。這會使學(xué)生只注重書本上的知識點(diǎn)，讓學(xué)生的能力難以得到充分發(fā)掘[4]。

二、以CDIO為理念的教學(xué)改革方案

針對本課程教學(xué)所面臨的問題，課題組以CDIO理論為導(dǎo)向，將培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力作為目標(biāo)，著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作精神，優(yōu)化基于科研項(xiàng)目和競賽的課程教學(xué)模式。在明確該課程所存在問題的基礎(chǔ)上，提出了如下改革方案：

首先，在課程內(nèi)容上進(jìn)行調(diào)整，對信號分析與處理的知識點(diǎn)進(jìn)行梳理，搭建了多層次的知識體系框架，并在原有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，添加了該課程的一些前沿知識，使學(xué)生在掌握已有知識的基礎(chǔ)上，提高對課程學(xué)習(xí)的興趣，拓寬學(xué)生的知識面。

其次是教學(xué)方式的改變。如今，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)早已不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，新的教育方式層出不窮，從傳統(tǒng)的課堂授課過渡到慕課堂、微課堂等一系列新的教學(xué)方式，使學(xué)生可從多種渠道獲得教育資源。信號分析與處理課程引進(jìn)了學(xué)習(xí)通、慕課等在線教學(xué)資源，學(xué)生不僅可以學(xué)到書本上的知識，還能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，自己尋找資料完成作業(yè)，制作PPT進(jìn)行講解，回答老師和學(xué)生的提問，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的不足，從而不斷完善知識結(jié)構(gòu)體系。

再次，教學(xué)實(shí)踐的改進(jìn)。（1）基于課題組科研項(xiàng)目的課內(nèi)工程案例教學(xué)法。我們嘗試在講解某一個知識點(diǎn)時(shí)，并不將其作為一個成熟的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是結(jié)合課題組現(xiàn)有的科研項(xiàng)目，以相關(guān)成果作為工程案例，如腦電信號的去噪和特征提取作為腦機(jī)接口領(lǐng)域需要解決的問題，涉及到變換和濾波器設(shè)計(jì)，以此作為研究的出發(fā)點(diǎn)，通過演示性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對變換和濾波器產(chǎn)生直觀的認(rèn)識，以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)熟悉編程語言，通過觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，增強(qiáng)對課堂所學(xué)內(nèi)容的理解，讓學(xué)生掌握信號分析的處理方法和應(yīng)用開發(fā)方法。（2）借鑒競賽方式的課外工程案例教學(xué)法。借鑒了電子設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模等比賽方式的課外工程案例教學(xué)法原則，不僅要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出問題和解決問題的能力，還要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維的能力、創(chuàng)新能力和實(shí)際應(yīng)用能力。

最后，考核方式的調(diào)整。為了考查學(xué)生的創(chuàng)新能力，從單一的筆試改成“筆試+課題項(xiàng)目”的考核方式，學(xué)生自行組隊(duì)完成與課程相關(guān)的課題，這樣的考核方式培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。另外，學(xué)生的課堂表現(xiàn)也占最終成績的一部分，這樣，學(xué)生能夠積極配合老師的教學(xué)工作，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

三、教學(xué)改革成效

通過將CDIO理論與電氣工程及其自動化專業(yè)的背景和特色相結(jié)合，本文提出了“信號分析與處理”課程的教學(xué)改革方案，使該課程在教學(xué)內(nèi)容上與時(shí)俱進(jìn)，在教學(xué)模式上更加豐富多樣，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生對信號分析與處理概念的理解更為透徹，在處理問題和實(shí)踐應(yīng)用能力方面得到了提高。在這種模式下進(jìn)行學(xué)習(xí)，將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入教學(xué)的各個方面，包括課堂教學(xué)、課外實(shí)踐、課后作業(yè)等，使學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力都得到了加強(qiáng)。該課程教學(xué)改革后，學(xué)生的成績總體上有了明顯的進(jìn)步，學(xué)生對課程和老師的評價(jià)也高了。

參考文獻(xiàn)

[1]黃琛，曹陽艷.CDIO模式下高職創(chuàng)新教育探討——以工程造價(jià)專業(yè)為例[J].教育教學(xué)論壇，2019（37）：268-270.

[2]羅山，戴高明.CDIO模式下“測試信號分析與處理”教學(xué)改革探索[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（2）：106-109.

[3]李占英，張海傳，王延平，等.智能時(shí)代基于CDIO的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（1）：100-103.

[4]馬永力，曾瑄，黃志開，等.基于CDIO的自動化專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)研究[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（2）：107-109，

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Research on Teaching Reform of Signal Analysis and Processing Based on CDIO

GAN Hai-tao，WU Wei

（School of Automation，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract：This paper expounds the teaching contents and achievements of CDIO-based teaching mode in the course of signal analysis and processing for undergraduate students.The problems of signal analysis and processing are analyzed.According to the CDIO educational model，this paper puts forward a reform plan for the teaching of signal analysis and processing.Finally，the reform effect of the teaching model is analyzed and evaluated.The results show that the reform of teaching mode improves the teaching quality and achieves good teaching results.

Key words：signal analysis and processing;CDIO teaching model;teaching reform