信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程的優(yōu)化整合研究

摘要 信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理是電子信息工程、通信工程類專業(yè)基礎(chǔ)理論的核心課程。本文以研究型教學(xué)為目標，對這兩門課程進行整合研究，在建立新的課程體系，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實驗教學(xué)、考核方式、師資隊伍建設(shè)等方面進行了改革的嘗試。

關(guān)鍵詞 信號與系統(tǒng) 數(shù)字信號處理 研究型教學(xué) 課程整合

信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程是國內(nèi)外許多工科類大學(xué)通信和電子信息類專業(yè)的兩門關(guān)系最緊密、最活躍、最具生命力的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課程，起著承上啟下的核心作用。一直以來信號與系統(tǒng)作為數(shù)字信號處理的先修課程，信號與系統(tǒng)中有8～10個學(xué)時用來學(xué)習(xí)離散時間信號的基礎(chǔ)知識，而在數(shù)字信號處理的開始部分，又要對這部分內(nèi)容進行學(xué)習(xí)。這種用重復(fù)學(xué)時來學(xué)習(xí)重復(fù)內(nèi)容的做法存在缺陷，不能夠適應(yīng)教學(xué)改革和全面壓縮課時的需要，也不符合新世紀創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的要求。因此，國內(nèi)外許多高校都對這兩門課程的優(yōu)化整合進行了探索和實踐。研究型教學(xué)是目前國際上普遍認同和實施的一種新的教學(xué)模式，已經(jīng)成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)研究型教學(xué)的需要，高校課程的設(shè)置也進行了相應(yīng)的改革。本文試以哈爾濱工程大學(xué)為例，從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗教學(xué)等方面對信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理兩門課程的教學(xué)進行探索，以適應(yīng)高等教育改革的多樣化、特性化的發(fā)展趨勢以及高等教育課程改革的綜合化發(fā)展趨勢。

一、調(diào)整課程教學(xué)目標，強調(diào)創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)課程強調(diào)知識的傳遞與復(fù)制，課程的實現(xiàn)過程以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)知識為教學(xué)的中心。這種守成教育鍛煉了學(xué)生的博聞強記能力，卻未能培養(yǎng)出具有創(chuàng)造能力的高素質(zhì)人才。推行素質(zhì)教育，開展研究型教學(xué)，課程目標的實現(xiàn)過程必須轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力為中心。

二、應(yīng)用型課程體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，體現(xiàn)課程的系統(tǒng)性、科學(xué)性和創(chuàng)新性特點

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來越需要多學(xué)科的協(xié)同與融合，因此導(dǎo)致了跨學(xué)科研究領(lǐng)域的出現(xiàn)和新學(xué)科的產(chǎn)生。這種科學(xué)與技術(shù)的綜合化趨勢，反映到高等教育，就是設(shè)置綜合課程。在這兩門課程的改革上的思路是：使課程設(shè)置改縱向深入型為橫向?qū)拸V型，并注重學(xué)科間滲透。確保信號與系統(tǒng)課程的基礎(chǔ)地位，數(shù)字信號處理教學(xué)應(yīng)做好銜接和過渡，在數(shù)字信號處理課程的教學(xué)中，應(yīng)以實踐性和應(yīng)用性為教學(xué)實施的主要目的，通過適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣邔W(xué)生的動手能力。應(yīng)實現(xiàn)兩門課程目標、教學(xué)與操作內(nèi)容(包括例子、練習(xí)等)、學(xué)習(xí)手段等課程要素之間的互相滲透、互相補充，制定新的教學(xué)大綱。

三、兩課教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合

信號與系統(tǒng)課程的特點是理論性、概念性較強，涉及的數(shù)學(xué)運算和理論推導(dǎo)較多。在信號與系統(tǒng)課程教學(xué)中，應(yīng)強化連續(xù)時間信號分析和處理的數(shù)學(xué)概念、物理概念、工程概念，把物理問題與數(shù)學(xué)表述緊密結(jié)合，使學(xué)生了解信號與系統(tǒng)的工程背景，淡化其數(shù)學(xué)技巧和運算。特別要強調(diào)三大變換(傅氏變換、拉氏變換和z變換)的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念。在保證分析方法和解決問題的系統(tǒng)性和完整性的基礎(chǔ)上，有意識地加強離散時間信號的分析，為學(xué)習(xí)離散時間信號分析與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計奠定堅實的基礎(chǔ)。

在數(shù)字信號處理課程教學(xué)中，應(yīng)做好銜接和過渡，對與信號與系統(tǒng)課程重復(fù)的內(nèi)容，在避免重復(fù)教學(xué)的同時，突出講授以數(shù)字信號與系統(tǒng)的分析為核心和目的的離散問題，以實踐性和應(yīng)用性為教學(xué)實施的主要目的，增加數(shù)字信號處理的軟硬件實現(xiàn)方法，達到理論和實踐相結(jié)合的目的。

在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，同樣應(yīng)根據(jù)兩門課程相互融合的特點，對實驗的內(nèi)容進行統(tǒng)一的合理安排。兩課建立課程體系之后，實驗課在信號與系統(tǒng)課程階段，注重安排驗證性實驗，使學(xué)生充分認識理論課中的結(jié)論和實驗結(jié)果的統(tǒng)一。而在數(shù)字信號處理課程實驗中，就應(yīng)以設(shè)，計性和綜合性實驗為主，學(xué)生自己動手完成系統(tǒng)的設(shè)計和仿真，拓展傳統(tǒng)意義上的實驗的深度和廣度，以利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及設(shè)計能力。

四、教學(xué)手段的優(yōu)化整合，使系統(tǒng)的知識學(xué)習(xí)與研究實踐相結(jié)合

為實現(xiàn)研究型教學(xué)的目標，可采用“多媒體課件+板書+討論+網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)”的形式。板書與多媒體結(jié)合運用，利用大量生動的工程應(yīng)用實際案例，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考。使用網(wǎng)絡(luò)課程，把全部的課堂內(nèi)容和擴展內(nèi)容上網(wǎng)，突破課堂的時空限制，使課程從“課內(nèi)”向“課前”、“課后”延伸，彌補了教學(xué)中課堂人數(shù)過多，師生溝通不便，學(xué)生自學(xué)通道不暢等問題，使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性加強，網(wǎng)絡(luò)答疑和討論更是激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和參與性，也給師生之間建立了更方便的溝通平臺。

五、考核方式的優(yōu)化改革

設(shè)立開放的評價標準，實現(xiàn)形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合、課內(nèi)教學(xué)評價和課外自主學(xué)習(xí)評價相結(jié)合、基本的質(zhì)量要求和開放的評價標準相結(jié)合的新的綜合評價模式。

在考核方式上，可以采用開卷、閉卷、半開卷及筆試、口試、寫小論文、動手操作等多樣化的形式。注重平時學(xué)生的知識積累、考核學(xué)生的綜合設(shè)計能力。

在考核內(nèi)容上，將注重計算轉(zhuǎn)移到注重分析和綜合上，在強調(diào)考核基本內(nèi)容、基本概念以及知識的綜合應(yīng)用的同時加大綜合與分析型試題的比重，并設(shè)計部分創(chuàng)新與拓展題(占10％)。這樣在保證試卷適于大多數(shù)學(xué)生的同時，也拉開了成績的分布，能夠比較客觀地考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

可以吸收學(xué)生參與制定課程考核的評價方案，讓學(xué)生及時了解他們在自我構(gòu)建知識體系的過程中的進展和取得的成績，使考核評價成為一個繼續(xù)學(xué)習(xí)的過程，充分體現(xiàn)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中的主體地位。

六、師資隊伍的建設(shè)

兩課的改革對教師提出了更高的要求。對此，首先要提高教師的學(xué)術(shù)研究水平，教師要多接觸實際科研和生產(chǎn)實踐，積累應(yīng)用案例和實踐問題，使得課堂教學(xué)內(nèi)容有深度、有新意；其次要建立兩課的課程組，建立健全課程體系的研究和討論機制，并做到分工明確，以保證兩課教學(xué)改革的實施。主講教師要了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，教學(xué)經(jīng)驗豐富，對兩門課程的前修和后續(xù)課程都有較深入的了解。同時還要特別注重培養(yǎng)青年教師參與課程建設(shè)，鼓勵他們在教學(xué)的同時，積極從事科研項目的研究和開發(fā)工作，積極參加教學(xué)方法研究，以提高學(xué)術(shù)水平，掌握最新的相關(guān)領(lǐng)域的理論和技術(shù)，使教改能夠持續(xù)地進行。

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