基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號與信息處理課程群建設(shè)探究

摘要：針對湖南理工學(xué)院信號與信息處理課程群中存在的問題，結(jié)合工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，就如何優(yōu)化課程群提出了具體的建設(shè)方案。實(shí)踐證明，優(yōu)化后的課程群能更有效地提高相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：工程應(yīng)用型人才；信號與信息處理；課程群；建設(shè)

作者簡介：羅朝明（1978-），男，湖南永州人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，副教授；陶揚(yáng)威（1989-），男，湖南益陽人，湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，助教。（湖南 岳陽 414000）

基金項(xiàng)目：本文系湖南省教育廳科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：11C0630）、湖南理工學(xué)院教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2013B18）、2013國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、湖南省大學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：湘教通[2013]191號）、湖南省教育規(guī)劃課題（課題編號：XJK08AJM004）的研究成果。

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0115-03

自從教育部實(shí)行“質(zhì)量工程”重大舉措以來，課程群建設(shè)受到了廣泛的重視。[1-4]課程群有效地避免了單門課程只注重本課程建設(shè)的局限性，將課程與課程之間有機(jī)結(jié)合，從而形成一個(gè)完整的課程教學(xué)體系，建設(shè)的成效遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)單門課程的總和。在近幾年的課程改革中，湖南理工學(xué)院（以下簡稱“我校”）對信號與信息處理課程群的建設(shè)做了一定的探索與實(shí)踐，[5-7]但仍然存在以下兩方面的不足：一是課程群的體系結(jié)構(gòu)不夠完善，各門課程的內(nèi)容過分獨(dú)立，沒能很好地挖掘出各學(xué)科內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性，課程群的整體效應(yīng)沒有得到充分發(fā)揮；二是在課程群的體系中，各學(xué)科課程普遍偏重于理論學(xué)習(xí)，對提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力顯得不夠重視。

如今，社會對學(xué)生實(shí)踐能力和應(yīng)用能力等方面的素質(zhì)要求在不斷提高，再加上在課程群建設(shè)中存在的問題，對該課程群進(jìn)行進(jìn)一步的改革和建設(shè)就顯得十分重要。我校作為一所地方理工科院校，結(jié)合各行業(yè)對人才的不同需求，根據(jù)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格要求，對信號與信息處理課程群教學(xué)進(jìn)行了改革與探索，改革的總體思想為：以改革課程群體系為核心，以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”為原則，優(yōu)化和整合課程群內(nèi)容和加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的整體執(zhí)教能力，重點(diǎn)突出對學(xué)生綜合素質(zhì)和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使學(xué)生的知識體系和能力體系能得到均衡發(fā)展。下面對我校信號與信息處理課程群建設(shè)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、信號與信息處理課程群建設(shè)的總體概況

1.優(yōu)化課程群的結(jié)構(gòu)

信號與信息處理課程群主要包括“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“數(shù)字圖像處理”、“MATLAB技術(shù)與應(yīng)用”和“DSP原理及應(yīng)用”五門課程。根據(jù)其不同的課程特點(diǎn)和教學(xué)要求，可以把這五門課程進(jìn)行重新分類，組成如圖1所示的課程群結(jié)構(gòu)。由于“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”兩門課程理論性強(qiáng)，也是其他三門課程的基礎(chǔ)，將其歸為基礎(chǔ)理論類課程，其重點(diǎn)是給出本課程群的基本概念和基本規(guī)律以便幫助學(xué)生打好理論基礎(chǔ)，并注重理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合和學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)；“數(shù)字圖像處理”、“MATLAB技術(shù)與應(yīng)用”和“DSP原理及應(yīng)用”三門課程不僅要關(guān)注相關(guān)理論的傳授，更要重視理論的軟、硬件實(shí)現(xiàn)，因而將其劃為應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程，課程中要加強(qiáng)工程應(yīng)用方面的培訓(xùn)內(nèi)容，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2.調(diào)整課程群的課程標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)課程的課程標(biāo)準(zhǔn)都是從信號與信息處理課程群建設(shè)的角度來制訂和設(shè)計(jì)，注重課程群的整體效應(yīng)，擯棄了以前僅從單門課程的角度來確定課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思路。在基礎(chǔ)理論類課程的內(nèi)容設(shè)置上，注重結(jié)合具體的應(yīng)用案例系統(tǒng)講授基本概念和基本規(guī)律，強(qiáng)調(diào)理論知識的應(yīng)用和學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程中，堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力為主線，重點(diǎn)放在提升學(xué)生動手實(shí)踐的能力上。在課程實(shí)驗(yàn)安排上，把各課程的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改造和重組后合并到一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中，結(jié)合基礎(chǔ)理論類和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程的要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)加強(qiáng)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的修訂和設(shè)計(jì)。這可以加強(qiáng)相關(guān)課程之間的融合、交叉和關(guān)聯(lián)，不但對課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化和整合，而且利用了課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性相互支撐和強(qiáng)化。

3.改革課程群的教學(xué)模式和教學(xué)方法

在課程教學(xué)中，采用“三結(jié)合”的教學(xué)模式，即教學(xué)內(nèi)容與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合、實(shí)踐內(nèi)容與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合。摒棄“填鴨式”的教學(xué)方法，教授內(nèi)容注重與實(shí)際相聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力；針對學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和思維習(xí)慣，循序漸進(jìn)，逐步引導(dǎo)，通過基礎(chǔ)理論的講解和剖析，加深理論與工程應(yīng)用的聯(lián)系；課程作業(yè)要避免陳舊的、重復(fù)的題海訓(xùn)練，注重課程作業(yè)的綜合性、開放性和設(shè)計(jì)性。

二、課程的再設(shè)計(jì)和再規(guī)劃

課程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃以學(xué)生知識體系和能力體系的培養(yǎng)為宗旨，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力等綜合素質(zhì)和能力。下面根據(jù)基礎(chǔ)理論類和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程的不同教學(xué)要求和目的，對其進(jìn)行了再設(shè)計(jì)和再規(guī)劃。

1.基礎(chǔ)理論類課程注重理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新思維

基礎(chǔ)理論類課程是應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程的基礎(chǔ)，要注重學(xué)生基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新思維，該類課程的設(shè)計(jì)與規(guī)劃如圖2所示。

（1）優(yōu)化課程知識結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)理論與工程實(shí)際的結(jié)合。理論課程從不同的角度揭示了信號的變換和信號的處理，通過對課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)的分析和講解，展現(xiàn)了課程嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)邏輯和數(shù)學(xué)方法，這就要求教師能夠?qū)⑵渲v解清晰分析透徹。在教學(xué)過程中，結(jié)合具體的實(shí)例，加深理論與實(shí)際的聯(lián)系，縱向拓展理論教學(xué)的內(nèi)容，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在應(yīng)用層面上，通過具體的工程實(shí)例，從課程理論角度來分析工程應(yīng)用的本質(zhì)，從應(yīng)用角度來突出理論的價(jià)值和意義。這樣深化學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用意識和創(chuàng)新精神。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的推廣與應(yīng)用，解決理論與實(shí)踐脫節(jié)問題。虛擬實(shí)驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)等一系列技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，用軟件模擬虛擬設(shè)備，學(xué)生可以像在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果基本等價(jià)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。[8]在以往的教學(xué)中，理論課與實(shí)驗(yàn)課都是單獨(dú)設(shè)置和講授的，銜接不是很緊密。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，往往會淡化理論與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，而虛擬實(shí)驗(yàn)既可輔助理論教學(xué)，也可作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，起到一個(gè)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的紐帶作用。這種教學(xué)改變了單調(diào)的課堂授課方式，模糊了理論課和實(shí)驗(yàn)課的界限，將理論教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)融為一體。[6]

（3）采用實(shí)驗(yàn)驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)方法。“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”兩門課程理論性強(qiáng)，應(yīng)用基礎(chǔ)模糊，僅靠課堂的講授與學(xué)習(xí)，學(xué)生難以掌握基本的理論知識和把握知識結(jié)構(gòu)體系，培養(yǎng)學(xué)生宜采用實(shí)驗(yàn)驅(qū)動的方式。其目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化并鞏固學(xué)生理論基礎(chǔ)知識的應(yīng)用和實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力和工程設(shè)計(jì)能力。每個(gè)課程實(shí)驗(yàn)都是工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，如50hZ非正弦周期信號的分解與合成、信號的采樣與恢復(fù)、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在今后的工作中如遇到相似的問題也可輕松解決。

（4）參與教師的科研和課程討論。通過參與科研項(xiàng)目，從事一些簡單的基礎(chǔ)研究，進(jìn)行理論探索與研究，將理論知識進(jìn)一步的加深和挖掘，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維習(xí)慣。其次，圍繞課程內(nèi)容，教師通過設(shè)計(jì)一些應(yīng)用型的課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓其自主解決。

2.應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程加強(qiáng)工程應(yīng)用培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新精神

應(yīng)用實(shí)現(xiàn)類課程是理論的應(yīng)用與實(shí)踐，將理論進(jìn)行縱向拓展，重點(diǎn)在于學(xué)生能夠動手實(shí)踐，以及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，此類課程的設(shè)計(jì)與規(guī)劃如圖3所示。

（1）注重工程應(yīng)用與實(shí)踐。課程教學(xué)不僅要把主要的重點(diǎn)的內(nèi)容講解清晰透徹，而且要結(jié)合具體的應(yīng)用情景，鞏固學(xué)生理論知識，對理論進(jìn)行延伸，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在教學(xué)過程中，結(jié)合每章的主要內(nèi)容，例舉一兩個(gè)工程實(shí)例，通過案例將理論與應(yīng)用的聯(lián)系落到實(shí)處，加深學(xué)生對課程的理解和應(yīng)用。幾個(gè)章節(jié)結(jié)束后，再結(jié)合綜合性強(qiáng)的工程案例，將課程理論進(jìn)一步融會貫通，加強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用思維及能力的培養(yǎng)。

（2）采用項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)模式。“DSP技術(shù)與應(yīng)用”、“數(shù)字圖像處理”和“MATLAB技術(shù)與應(yīng)用”三門課程應(yīng)用性和綜合性強(qiáng)，宜采用項(xiàng)目驅(qū)動的方式。每一個(gè)項(xiàng)目都是工程應(yīng)用項(xiàng)目，可直接應(yīng)用到實(shí)際的社會工作中，如圖像分割、音頻信號發(fā)生實(shí)驗(yàn)、FFT算法實(shí)驗(yàn)、語音編碼解碼實(shí)驗(yàn)等，其目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生實(shí)實(shí)在在地進(jìn)行工程開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)造性思維能力和工程應(yīng)用能力。

（3）綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)與應(yīng)用。針對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目相對單一、實(shí)驗(yàn)課程之間無關(guān)聯(lián)、綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少等問題，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革和創(chuàng)新，對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行揚(yáng)棄，增加綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如車牌識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DSP小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力，積累一定的開發(fā)實(shí)踐經(jīng)歷。

三、課程群資源網(wǎng)站建設(shè)與完善

教學(xué)資源網(wǎng)站建設(shè)是課程教學(xué)改革中最重要的組成部分。通過將有關(guān)課程群建設(shè)的課程理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱及計(jì)劃、教學(xué)錄像和課件等教學(xué)資源公布在課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)和交流。針對不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生，提供了不同的課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，選擇自己的課程學(xué)習(xí)方案，引導(dǎo)學(xué)生圍繞教學(xué)目標(biāo)和計(jì)劃研讀最新的資料，避免學(xué)生對課程認(rèn)識的片面性和主觀性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。通過在線學(xué)習(xí)、論壇、資源共享，教師可不受時(shí)間和地域的約束指導(dǎo)和幫助學(xué)生，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題和困難。

四、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)與管理

教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)、提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵。為進(jìn)一步提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的執(zhí)教能力，在教學(xué)活動中，各課程教師不定期地進(jìn)行教學(xué)討論與交流，對在教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，及時(shí)進(jìn)行解決和調(diào)整。加強(qiáng)理論課老師和實(shí)驗(yàn)課老師的交流和溝通，將理論課與實(shí)驗(yàn)課更好地融合。為提高教師的工程應(yīng)用基礎(chǔ)，定期安排教師到校企合作企業(yè)考察與學(xué)習(xí)，掌握學(xué)科的發(fā)展和學(xué)術(shù)動態(tài)。由教學(xué)名師定期講授，開展教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容研討會，介紹相關(guān)院校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果。

五、課程群建設(shè)成效

課程群建設(shè)依托我院電子信息工程專業(yè)，為國家和湖南省“十二五”專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)。我院是電子信息類工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新和卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)單位。近年來，承擔(dān)湖南省高校教學(xué)改革研究重點(diǎn)和一般項(xiàng)目3項(xiàng)，獲國家教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖南省教學(xué)成果獎(jiǎng)3項(xiàng)、湖南省高校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)1項(xiàng)。學(xué)生獲全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、數(shù)學(xué)建模競賽、信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽等國家級獎(jiǎng)勵(lì)近20項(xiàng)、省級獎(jiǎng)勵(lì)30多項(xiàng)。

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