摘" 要" 數(shù)字信號處理課程是電子信息工程專業(yè)的重要課程，教學(xué)中一些教學(xué)方法已經(jīng)受到當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展影響。針對數(shù)字信號處理課程理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高的特點(diǎn)，以打造高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度高的金課為目標(biāo)，提出新形勢下課程建設(shè)新思路。根據(jù)該課程特點(diǎn)以及培養(yǎng)目標(biāo)，對全面深化教育領(lǐng)域綜合改革、加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化進(jìn)行深入探索和思考。

關(guān)鍵詞" 數(shù)字信號處理；金課；教學(xué)資源；教學(xué)改革；教學(xué)體系；課程思政

中圖分類號：G642.0" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）10-0043-04

0" 引言

數(shù)字信號處理是具有較強(qiáng)理論性和工程性特點(diǎn)的課程，具體應(yīng)用在科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行業(yè)，應(yīng)用極為廣泛。該門課程的建設(shè)水平直接影響電子信息類學(xué)生培養(yǎng)水平，因此，國內(nèi)外各大學(xué)的電子信息類學(xué)科和專業(yè)都將其列為必修課，并加強(qiáng)課程建設(shè)與改革[1]。該門課程建設(shè)主要沿著兩條途徑：一是對數(shù)字信號處理算法采用MATLAB進(jìn)行仿真；二是引入DSP器件，指導(dǎo)學(xué)生完成算法實(shí)時實(shí)現(xiàn)。從20世紀(jì)90年代起，國外盡量避免復(fù)雜的理論公式推導(dǎo)，趨向于應(yīng)用方面研究，國內(nèi)教師也不斷把學(xué)生興趣和注意力引向概念的理解和技術(shù)的應(yīng)用。

國內(nèi)高校十分重視這門課程的建設(shè)，從2008年起，電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南京郵電大學(xué)等學(xué)校的數(shù)字信號處理陸續(xù)被列為國家精品課程。電子科技大學(xué)選用美國原版教材中英文授課，加強(qiáng)以MATLAB為主要手段的仿真能力；東南大學(xué)對課程進(jìn)行整體優(yōu)化，華南理工大學(xué)重視實(shí)踐教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺。2006年，世界一流大學(xué)開始回歸本科教育；2018年，我國開啟“建設(shè)一流本科、做強(qiáng)一流專業(yè)、培養(yǎng)一流人才”的新征程，吹響中國大學(xué)再出發(fā)的集結(jié)號。圍繞一流課程建設(shè)，打造高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度（“兩性一度”）高的金課[2-3]。在這一形勢下，國內(nèi)各高校積極探討金課建設(shè)路徑，北京交通大學(xué)率先進(jìn)行數(shù)字信號處理金課建設(shè)。

針對數(shù)字信號處理課程理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高的特點(diǎn)，課程團(tuán)隊(duì)以“兩性一度”金課建設(shè)為目標(biāo)，始終堅(jiān)持與時俱進(jìn)，將科技學(xué)術(shù)前沿成果引入課堂，通過專題研討、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、挑戰(zhàn)性項(xiàng)目等方式，促使學(xué)生對課程知識深刻理解及靈活運(yùn)用。授課教師始終注重知識點(diǎn)傳授、理論與實(shí)際結(jié)合、思維模式訓(xùn)練，增加知識連貫性和趣味性，同時以工程實(shí)踐為例，設(shè)置挑戰(zhàn)性的研究型題目，實(shí)踐線上線下混合式研究型教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題能力和創(chuàng)新能力。該課程已建立起包含專業(yè)特色教材、多種教學(xué)資源、層次化課程實(shí)驗(yàn)、線上線下混合教學(xué)方式在內(nèi)的完整教學(xué)體系。筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與團(tuán)隊(duì)的授課經(jīng)驗(yàn)，以提高數(shù)字信號處理課程教學(xué)質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，以“兩性一度”為目標(biāo)，對數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革展開探索性研究[4-6]。

1" 數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革思路

1.1" 高素質(zhì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由一名帶頭人和若干名教師組成。團(tuán)隊(duì)重視隊(duì)伍建設(shè)，形成合理的隊(duì)伍結(jié)構(gòu)：帶頭人是具有豐富教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn)的老教師，教學(xué)效果好，學(xué)術(shù)水平高，有較強(qiáng)的組織管理和協(xié)作能力；中年教師具有該課程的多輪教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有較強(qiáng)的改革意識和創(chuàng)新精神；青年教師具有較高學(xué)歷，積極承擔(dān)各項(xiàng)教學(xué)任務(wù)，有較強(qiáng)的科學(xué)素養(yǎng)和奉獻(xiàn)精神。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)是一支戰(zhàn)斗力強(qiáng)的高素質(zhì)教學(xué)隊(duì)伍。

1.2" 先進(jìn)的課程教學(xué)理念

黨的十八屆五中全會提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，為中國特色社會主義教育理論發(fā)展和全面深化教育體制綜合改革、加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，指明了方向和路徑[4-6]。該課程以教學(xué)為主，產(chǎn)學(xué)研并重，通過建立教師與學(xué)生共同探究的教學(xué)模式，激勵指導(dǎo)教師將科研項(xiàng)目與學(xué)生培養(yǎng)進(jìn)行有效結(jié)合。課程內(nèi)容設(shè)計(jì)根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想，符合教育科學(xué)的規(guī)律；教學(xué)理論內(nèi)容與學(xué)科最新發(fā)展成果以及教改教研成果在教學(xué)過程中有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維，達(dá)到高階性目的。

針對行業(yè)技術(shù)先進(jìn)、發(fā)展迅速、原始技術(shù)文獻(xiàn)資料多為外文的實(shí)際情況，可制作部分雙語教學(xué)課件，將英文原文呈現(xiàn)給學(xué)生，必要時配以中文講解。一方面可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)全面的理論與實(shí)踐知識，接觸課程最原始的文獻(xiàn)資料；另一方面可以使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中閱讀更多的英文科技文獻(xiàn)，為提高學(xué)生英文科技文獻(xiàn)的閱讀和理解能力奠定良好的基礎(chǔ)。通過給學(xué)生定期安排一些小論文或小項(xiàng)目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去查找、整理和分析資料，以促進(jìn)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)討論，使學(xué)生從知識的被動接收者成為知識的主動建構(gòu)者。

1.3" 清晰的課程教學(xué)體系建設(shè)

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)注重課內(nèi)及相關(guān)課程知識點(diǎn)的銜接，優(yōu)化課程內(nèi)容，承前啟后構(gòu)建知識體系。首先梳理出清晰的數(shù)字信號處理課程知識點(diǎn)圖譜，作為開篇和結(jié)課的總結(jié)；然后以典型數(shù)字信號處理流程為主線，涵蓋課程主要知識點(diǎn)，構(gòu)建知識點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)字信號處理知識體系，增強(qiáng)知識的連續(xù)性和感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)觀、創(chuàng)新思維、綜合利用所學(xué)知識分析復(fù)雜電子系統(tǒng)的能力。同時，在教學(xué)過程中將課程思政目標(biāo)融入其中，促進(jìn)知識、能力和課程思政教學(xué)目標(biāo)同步有效達(dá)成，培養(yǎng)學(xué)生精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、一絲不茍的科學(xué)精神。課程教學(xué)體系建設(shè)思路如圖1所示。

1.4" 課程注重實(shí)踐教學(xué)，科教融合，培養(yǎng)學(xué)生工程能力，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動性

針對課程前沿性和工程應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)，凝練5G通信等重大前沿科技中典型數(shù)字信號處理應(yīng)用，建立由基礎(chǔ)性模塊化課程實(shí)驗(yàn)、挑戰(zhàn)性研究型項(xiàng)目構(gòu)成的層次化數(shù)字信號處理實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生理論分析、工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、軟硬件實(shí)現(xiàn)的綜合能力。與電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)訓(xùn)練、單片機(jī)基礎(chǔ)、綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等課程形成層次化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系，同時發(fā)揮線上教學(xué)和線下教學(xué)各自的優(yōu)勢[7-10]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的在線教育形式相比，受時間、地點(diǎn)等因素制約較多，而現(xiàn)代化教育可以通過信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，以新的方式進(jìn)入課堂，建立以多媒體、多形態(tài)、多功能的教學(xué)資源和多種教學(xué)服務(wù)為內(nèi)容的立體化全新教學(xué)體系，從而帶來更好的教學(xué)效果。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際學(xué)習(xí)情況，利用網(wǎng)絡(luò)資源隨時進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。圖2為教師利用超星學(xué)習(xí)通上傳的各種教學(xué)資源，學(xué)生可自行下載，輔助完成課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)等教學(xué)任務(wù)。

1.5" 教學(xué)方法與手段

教學(xué)中要做到因材施教，有一套科學(xué)的教學(xué)方法，教學(xué)組織與設(shè)計(jì)過程重視互動性、參與性、啟發(fā)式、案例式等教學(xué)方法的運(yùn)用。在教學(xué)過程中，傳授知識、能力培養(yǎng)和提高素質(zhì)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性；以精講多練、啟發(fā)思維為原則，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、獨(dú)立思考、積極探索，開發(fā)學(xué)生的個性化創(chuàng)造潛能；教學(xué)手段豐富多樣，針對課程本身理論部分抽象、難懂的特點(diǎn)，開發(fā)完善適合教學(xué)的多媒體輔助資源，如利用Flash等工具制作動畫，將抽象的概念感性化，以形象生動的圖像、動畫來展示理論內(nèi)涵，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)施形象教學(xué)，活躍課堂氣氛，寓教于樂；秉持精講多練、啟發(fā)思維的原則，充分開發(fā)學(xué)生的個性化創(chuàng)造潛能，結(jié)合課程特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)厥褂矛F(xiàn)代化教學(xué)手段，在增強(qiáng)教學(xué)效果方面成效顯著。

應(yīng)充分發(fā)掘教學(xué)素材，課程內(nèi)容確保前沿性和時代性，教書育人，增強(qiáng)學(xué)生自信。以5G通信、北斗導(dǎo)航、航天探測等我國科技成就為實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感。如以5G調(diào)制方式、北斗信號形式引出傅里葉變換、FFT等知識點(diǎn)，以身邊實(shí)例，加深學(xué)生對抽象理論知識的認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)生的愛國情懷，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)學(xué)生的自信心。

1.6" 教學(xué)設(shè)計(jì)

構(gòu)建課前發(fā)布任務(wù)、自主調(diào)研，課中設(shè)疑互動、知識講解，課后學(xué)習(xí)探究、拓展延伸的教學(xué)設(shè)計(jì)流程。如在講授離散傅里葉變換的定義及應(yīng)用時，首先向?qū)W生發(fā)布課前（線上）任務(wù)單，讓學(xué)生通過觀看教師錄制的微課視頻，對本次課程的核心知識點(diǎn)有初步認(rèn)識和了解，并完成自助調(diào)研任務(wù)，尋找離散傅里葉變換在工程和生活中的應(yīng)用實(shí)例。讓學(xué)生通過自助調(diào)研任務(wù)，認(rèn)識科學(xué)研究對國家發(fā)展的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的原動力。課中以“聽音識曲的原理”導(dǎo)入課程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過設(shè)疑互動，使學(xué)生回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容，提煉關(guān)鍵知識點(diǎn)，梳理知識脈絡(luò)，構(gòu)建知識體系。課后向?qū)W生提供資源網(wǎng)址，提出“DFT在AI領(lǐng)域的探索”等學(xué)習(xí)探究問題，使學(xué)生充分利用學(xué)習(xí)資源，自主探索和學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)過程的探究性和個性化。

1.7" 教材選用與編寫

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱選擇合適的教材，教材應(yīng)該符合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱的要求，具有通俗易懂、條理清晰、反映學(xué)科技術(shù)的發(fā)展趨勢等特點(diǎn)。選用優(yōu)秀教材（含國家和國外高水平自編教材），豐富課件、案例、習(xí)題等相關(guān)資料，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供相關(guān)資料，配套齊全實(shí)驗(yàn)教材，滿足教學(xué)需要。

1.8" 考核評價體系建設(shè)

積極進(jìn)行考核評價方法改革，實(shí)施一套行之有效的考核辦法，考核方式靈活多樣。確保命題科學(xué)與教學(xué)內(nèi)容協(xié)調(diào)，具有思考性和啟發(fā)性，側(cè)重考核學(xué)生對基本知識的掌握和分析問題、解決問題的綜合能力，有嚴(yán)格的考核要求和評價標(biāo)準(zhǔn)，評判公正規(guī)范。考核形式必須多樣化，即根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合課程的性質(zhì)和內(nèi)容，采用課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)、考勤情況、期末作業(yè)和實(shí)踐操作能力考核等靈活多樣的方式進(jìn)行組合考核。

1.9" 教學(xué)資源建設(shè)

在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中建立教學(xué)資源豐富、功能齊全、運(yùn)行良好的課程網(wǎng)站，并能有效共享。一般提供課程的教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表、授課方案、習(xí)題、實(shí)踐指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄等材料，鼓勵教學(xué)錄像上網(wǎng)。學(xué)校設(shè)有多個大型計(jì)算機(jī)機(jī)房，軟件安裝齊全，有利于學(xué)生上機(jī)編程調(diào)試；學(xué)校圖書館藏書豐富，有大量數(shù)字信號處理技術(shù)相關(guān)參考書籍，可供學(xué)生借閱；學(xué)院實(shí)驗(yàn)室設(shè)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺，可提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。

1.10" 教學(xué)管理建設(shè)

具有完整、規(guī)范的課程教學(xué)檔案和教學(xué)過程材料，教學(xué)進(jìn)度表、教師講稿、考試試題及評分標(biāo)準(zhǔn)、試卷及成績分析總結(jié)等齊全，經(jīng)常開展教學(xué)研究、觀摩教學(xué)及試講等活動。

2" 結(jié)論

課程教研團(tuán)隊(duì)基于國家對新時代電子信息人才多元化的要求和學(xué)生個性化發(fā)展的需求，始終注重教書育人、課程建設(shè)、教學(xué)探索與改革，致力于信號處理課程與實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)和完善。具體來說，在國家級一流本科課程建設(shè)基礎(chǔ)上，突出“兩性一度”特色，針對新工科知識交叉等特點(diǎn)，結(jié)合5G、

AI等信號處理前沿領(lǐng)域，依托學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，完善課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建設(shè)數(shù)字信號處理層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，支撐課程教學(xué)；利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的信息化、智能化，構(gòu)建智能化的課堂教學(xué)環(huán)境；將數(shù)字信號處理課程的優(yōu)勢資源、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及教學(xué)理念拓展到更多學(xué)校，擴(kuò)大受益學(xué)生，為培養(yǎng)更多高質(zhì)量的電子信息人才和優(yōu)秀的青年教師提供支持。

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*基金項(xiàng)目：華北理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐基金重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目“體現(xiàn)‘兩性一度’的數(shù)字信號處理金課建設(shè)研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號：ZJ1905）；河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：ZD2020152）；華北理工大學(xué)研究生教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：SFK202201）。

作者：黃曉紅，華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院，教授，研究方向?yàn)閿?shù)字信號處理；崔東艷，華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院，講師，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?；高雪飛，華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ?；趙麗莉，華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院，講師，研究方向?yàn)殡娮涌茖W(xué)與技術(shù)；馮英翹，華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院，講師，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ蹋?63210）。