任國鳳 付建梅 史慧敏 王若凡

摘要：為了滿足經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家經(jīng)濟建設(shè)迫切需要具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的應用型人才，而作為人工智能和大數(shù)據(jù)時代的排頭兵，電子信息專業(yè)的應用性和創(chuàng)新性需求更加凸顯出來。本文在雙創(chuàng)精神的引領(lǐng)下，構(gòu)建了滿足應用型和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才雙重培養(yǎng)要求的立體型信號處理課程群，并開展了教學內(nèi)容和課程體系的雙重改革。實踐結(jié)果表明，建成后的信號處理課程群可以滿足學生的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，對相關(guān)應用型專業(yè)課程群的建設(shè)具有示范性作用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;創(chuàng)業(yè);信號處理，課程群

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0130-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

自從2015年國務(wù)院總理李克強同志發(fā)出“全民創(chuàng)新萬眾創(chuàng)業(yè)”的號召，全國人民尤其是大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情受到了極大的鼓舞。而作為應用性和創(chuàng)新性都極強的電子信息專業(yè)也在創(chuàng)新的大潮中不甘落后，涌現(xiàn)出了很多積極創(chuàng)新的典范[1]。然而，創(chuàng)新僅僅靠激情是不行的，還需要有扎實的專業(yè)知識和較強的創(chuàng)新能力，這就要求高校電子信息類專業(yè)加強學生的專業(yè)及實踐動手能力培養(yǎng)，并進一步結(jié)合專業(yè)特點更新教學內(nèi)容、緊跟專業(yè)發(fā)展的步伐。

1 “信號處理”立體型課程群建設(shè)理念

1.1課程群建設(shè)基礎(chǔ)

忻州師范學院電子系開設(shè)“電子信息科學與技術(shù)”和“通信工程”專業(yè)，其中，電子信息科學與技術(shù)專業(yè)為山西省特色專業(yè)。上述兩個專業(yè)開設(shè)“數(shù)字信號處理”與“信號與系統(tǒng)”及相關(guān)課程已經(jīng)多年，形成了比較完整的課程體系。

1.2課程群建設(shè)思路

本課程群的建設(shè)立足于尊重學生個體興趣發(fā)展，充分激發(fā)學生的創(chuàng)新實踐熱情，具體體現(xiàn)在以下幾方面：由核心課程的整合向立體專業(yè)課程群的建設(shè)延伸;由理論知識的傳授向創(chuàng)新能力的培養(yǎng)轉(zhuǎn)化;由單一實驗課程的教學向?qū)I(yè)實踐能力的培養(yǎng)過渡;由漸進型課程框架向立體型專業(yè)模型升華。

1.3課程群的結(jié)構(gòu)

本文旨在建立以“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”為核心的立體型課程群，具體課程組合情況如圖1所示。根據(jù)專業(yè)特點及學生興趣發(fā)展，該課程群可分別向創(chuàng)新設(shè)計型（“DSP原理與應用”“單片機技術(shù)”及“EDA”）、信號處理型（“語音信號處理”“圖像信號處理”及“視頻信號處理”）和通信系統(tǒng)型（“現(xiàn)代交換技術(shù)”“移動通信”及“衛(wèi)星通信”）三個方向延伸。同時，三個課程方向之間又相互關(guān)聯(lián)，互相促進。

1.4教學資源的重構(gòu)和教學方法的更新

課程群中教學資源的組織是課程群開展教學實踐的基礎(chǔ)。合理規(guī)劃課程群內(nèi)相關(guān)課程的知識體系，梳理不同課程間的相關(guān)知識點，對不符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)、內(nèi)容重復的知識點進行刪減，增加最新的學科理論及創(chuàng)新理念;同時，深度開展課堂教學改革，引入“虛實結(jié)合，內(nèi)外兼修”的混合式教學方法，將教學延伸到課堂之外，充分利用“MOOC+SPOC”的先進教學理念，全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，提高學生的理論知識水平。

2“信號處理”立體型課程群建設(shè)的具體做法

2.1建立立體型課程體系，融入雙創(chuàng)精神理念，整體優(yōu)化課程內(nèi)容

課程群建設(shè)要求相關(guān)課程間緊密聯(lián)系，內(nèi)在的邏輯性很強，所有課程必須是一個有機的整體。在該課程群內(nèi)，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”為關(guān)聯(lián)性極強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是電子信息類專業(yè)的骨干課程，為信號處理課程群的理論基礎(chǔ);“DSP系統(tǒng)與應用”“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”“可編程邏輯器件”及“單片機技術(shù)與應用”等為實踐類和創(chuàng)新類課程，是信號處理理論的硬件實現(xiàn)及理論聯(lián)系實際的落腳點，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的體現(xiàn)之處;“語音信號處理”“圖像信號處理”和“視頻信號處理”是信號處理理論的升華和實踐;“現(xiàn)代交換技術(shù)”“移動通信”和“衛(wèi)星通信”是信號處理理論在通信系統(tǒng)中的應用延伸。

2.2 結(jié)合課程群特點，引入混合式教學方法，進一步優(yōu)化教學方法

針對不同課程的內(nèi)容特點，在充分利用線上+線下結(jié)合的教學方法的同時，優(yōu)化課程群內(nèi)各門課程的教學方法，具體來說：

（1）引入混合式教學方法，充分利用線上網(wǎng)絡(luò)資源和雨課堂等微信平臺。

將雨課堂App率先引入“數(shù)字信號處理”的課堂教學中，通過該App適時引入該課程中的一些前沿性知識和趣味性知識，比如模擬信號與數(shù)字信號間的頻域分析異同、帕斯維爾定理的物理意義、數(shù)字信號處理和數(shù)字信號處理器等。

（2）在理論教學過程中，引入仿真實驗教學，使抽象的理論形象化。

在應用型工科專業(yè)中，實踐教學是理論教學的有力補充，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。筆者所在高校采取實驗課和理論課獨立設(shè)課的人才培養(yǎng)模式，強化學生實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，在實踐教學過程中，采用通用型仿真實驗平臺（Matlab、Svstem View等軟件）和專業(yè)型仿真平臺（武漢凌特虛擬仿真實驗平臺）相結(jié)合的虛擬仿真模式，對理論知識點進行實踐和夯實。這樣的教學模式可以使抽象的理論知識形象化，更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提升學生的實踐動手能力。

（3）在“數(shù)字信號處理”和“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”中引入探究式學習方法和創(chuàng)新性綜合實驗項目，加強學生的探究實踐能力。

分別在理論性和實踐性較強的“數(shù)字信號處理”和“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”兩門課程中引入探究式教學方法[7]，并在上述兩門課的實踐教學項目中設(shè)計創(chuàng)新型綜合實驗題目。其中，“數(shù)字信號處理”課程選擇Z變換和離散傅里葉變換[8]進行探究式研究，突出信號處理的理論性和工程性，進而利用信號處理理論實現(xiàn)對音樂信號的去重音分析，通過“探究+創(chuàng)新實踐”的教學模式，為學生搭建起信號處理理論與工程實踐之間的橋梁。

（4）持續(xù)加大過程性考核力度，注重學生的理論、實踐和創(chuàng)新能力的綜合評價。

在對學生的學習效果和綜合能力進行考查時，注重對學生學習過程、理論、實踐和創(chuàng)新能力等多方面的綜合考查。具體來說，在閉卷考試型的課程中，過程性考核占比由原來的20%增加到30%;開卷考查型的課程中過程性考核占比由原來的40%增加到60%;在實踐型課程中，將過程性考核占比增加到80%以上，極大地促進了學生的學習熱情，體現(xiàn)了對學生表現(xiàn)的全面考查。

2.3 樹立應用型人才培養(yǎng)目標，構(gòu)建“虛實結(jié)合，以實為主”的實踐教學體系

筆者所在專業(yè)為山西省特色專業(yè)，其主要特色在于應用型、實踐型人才培養(yǎng)目標的確定和培養(yǎng)方案的實施，分別在15版和19版（將于2020年開始實施）人才培養(yǎng)方案中堅定樹立應用型人才的培養(yǎng)目標，并持續(xù)改進實踐教學體系，以提高應用型人才的培養(yǎng)水平。目前，忻州師范學院電子系已經(jīng)構(gòu)建了“虛實結(jié)合，以實為主”的實踐教學體系，從“基礎(chǔ)實踐動手能力一專業(yè)實踐水平一工程創(chuàng)新能力一學科創(chuàng)新思維”的主線培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;同時以五臺山風景區(qū)為研究背景，開展復雜通信環(huán)境下移動通信信號的處理等研究，提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合能力。

2.4 更新實踐教學方法，引入項目式教學法，提高學生創(chuàng)新能力

筆者所在項目組以“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計”和“DSP原理與應用”為代表性課程，引入了項目式教學法，采用滾雪球的模式將若干分離的基礎(chǔ)型項目糅合成綜合性的創(chuàng)新型項目，進而在一個工程實踐項目中，多角度培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新能力。

2.5 建設(shè)與課程群體系相配套的教材體系

作為應用型師范院校的非師范專業(yè)，要結(jié)合自身專業(yè)和師資水平建設(shè)與課程群體系相配套的教材體系，項目組選用國家“十三五規(guī)劃”教材或電子信息行業(yè)高引用度教材，并結(jié)合應用型工科專業(yè)需求，對教材內(nèi)容進行二次加工，制定了符合專業(yè)實際的課程標準和教學大綱。同時，結(jié)合理論課教材和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)要求，自編了相關(guān)實驗課程的實驗指導書，從而構(gòu)建了“引進+自編”相結(jié)合的教材體系。

3 課程群建設(shè)效果與思考

筆者所在項目組開展的信號處理課程群建設(shè)取得了如下的成效：

（1）在課程群框架構(gòu)建過程中融入了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念，整體優(yōu)化了課程群的知識體系，強化了知識間的有效銜接，并實踐了以混合式教學法為代表的多種教學方法和過程性考核方式，培養(yǎng)了學生探究、實踐、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力。

（2）結(jié)合課程群建設(shè)成果，發(fā)表了7篇相關(guān)教學科研論文，立項了多項各類教學改革項目。該課程群的建設(shè)得到了學生們的認可，學生的滿意度調(diào)查結(jié)果逐年攀升。

（3）結(jié)合通信信號處理理論和五臺山風景區(qū)的自然環(huán)境及人文環(huán)境特點，設(shè)計了基于五臺山地貌環(huán)境的“多熱點潮汐現(xiàn)象下的通信鏈路分析”虛擬仿真綜合實驗項目，實現(xiàn)了教學和科研的互補，在提高學生基本專業(yè)能力的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

近二十年來，信號處理的理論被廣泛地應用于生物醫(yī)學、地質(zhì)探測、遙感遙測，乃至人文領(lǐng)域，對整個社會的發(fā)展產(chǎn)生著重要的影響，培養(yǎng)信號處理的應用型專業(yè)人才就顯得尤為重要。基于雙創(chuàng)能力培養(yǎng)的應用型人才能夠滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要，進一步提高國家的創(chuàng)新競爭力。

參考文獻：

[1]吳杰.卓越工程師“數(shù)字信號處理”課程群主題式教學探索[J].中國電力教育，2014（8）：78-79.

[2]莊陵，曹建玲，李強.新移動通信技術(shù)背景下的信號處理課程群教學改革與探索[J].課程教育研究，2016（28）：236-237.

[3]李秀梅，董文，賈中云.地方院校信號處理課程群的建設(shè)與探索[J].大學教育，2016，5（8）：169-171.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】

基金項目：山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目（J2019174）;山西省教科規(guī)劃課題（GH-17053）;教育部“產(chǎn)學合作，協(xié)同育人”項目（201702091017）;忻州師范學院教學改革研究項目（JG201723JG201311）;忻州師范學院科研項目（2018KY15）

作者簡介：任國鳳（1979-），女，山西忻州人，忻州師范學院電子系副教授，博士研究生，主要研究方向：信號處理的理論及實踐。