獨(dú)立學(xué)院勘工專業(yè)《信號分析與處理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

史維 宋學(xué)鋒

【摘要】本文分析了獨(dú)立學(xué)院勘查技術(shù)與工程專業(yè)《信號分析與處理》課程的特點(diǎn)、教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題，結(jié)合獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，從課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面提出了一些改革思路和措施。

【關(guān)鍵詞】獨(dú)立學(xué)院；信號分析與處理；教學(xué)改革

目前，全國大多數(shù)石油和地質(zhì)類院校的獨(dú)立學(xué)院都開設(shè)了勘查技術(shù)與工程，以下簡稱（勘工）專業(yè)。《信號分析與處理》是勘工專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其中涉及到的信號分析、數(shù)學(xué)變換理論和信號處理方法，在地球物理測井、地球物理勘探及其它資源勘查領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1、課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

本課程為勘工專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要為《地震勘探原理》、《地震資料數(shù)字處理》和《測井資料數(shù)字處理》、《地震波理論》等課程鋪墊基礎(chǔ)。課程要求學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)，并且內(nèi)容繁多、概念抽象，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)學(xué)生不易理解和掌握。同時(shí)，加上獨(dú)立學(xué)院課程教學(xué)大綱內(nèi)容多數(shù)與其母體高校的大綱內(nèi)容相近，教學(xué)內(nèi)容并不完全適用于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)，這些因素都給教師的實(shí)際教學(xué)帶來了一定的難度。

本校勘工專業(yè)《信號分析與處理》所選用的教材為王云專、王潤秋主編的“信號分析與處理”【1】。課程需涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)較多，注重公式推導(dǎo)，概念、原理較為抽象，理論結(jié)合實(shí)際較少。從以往的教學(xué)效果來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映較難，加上課程實(shí)踐學(xué)時(shí)設(shè)置偏少，學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力得不到提高。因此，獨(dú)立學(xué)院勘工專業(yè)的《信號分析與處理》課程教學(xué)改革已勢在必行。

2、教學(xué)內(nèi)容改革

目前，我國正在大力推進(jìn)地方本科高校的轉(zhuǎn)型，大多數(shù)獨(dú)立學(xué)院都提出了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，更加注重學(xué)生的創(chuàng)業(yè)精神和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，這就對教師的實(shí)際教學(xué)提出了更高的要求。既要重視學(xué)生對于課程基本概念、原理、方法的掌握，又要著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

2.1夯實(shí)理論基礎(chǔ)、注重知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系

當(dāng)前，石油和地質(zhì)類院校的獨(dú)立學(xué)院畢業(yè)生相對于同類二本或二本以上院校的畢業(yè)生就業(yè)狀況并不樂觀。考研就成為很多獨(dú)立學(xué)院畢業(yè)生的首選，而《信號分析與處理》課程作為很多相關(guān)院校的考研專業(yè)課程。因此，這就要求教師在實(shí)際的授課過程中注重學(xué)生對于課程重要的概念、原理、方法的掌握，確保學(xué)生考

研和今后工作中對于本課程的理論需求。

本課程所包含了“ 信號與系統(tǒng)” 和 “數(shù)字信號處理”兩個(gè)課程體系的教學(xué)內(nèi)容。課程抽象的理論和概念較多且涉及大量復(fù)雜數(shù)學(xué)理論和公式的推導(dǎo)，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)無法將兩個(gè)課程體系所涉及的內(nèi)容全面覆蓋。因此，只能結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的自身實(shí)際特點(diǎn)，抓住重點(diǎn)，做到有的放矢。

經(jīng)過幾年的探索、實(shí)踐和總結(jié)，本校勘工專業(yè)的《信號分析與處理》課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置如下：

第一章 信號與系統(tǒng)（重點(diǎn)：信號與系統(tǒng)的基本概念、常用信號的運(yùn)算、判別）；

第二章 時(shí)域分析（重點(diǎn)：卷積運(yùn)算、相關(guān)分析）；

第三章 頻域分析（重點(diǎn)：連續(xù)時(shí)間信號的傅里葉變換及頻譜特征）；

第四章 復(fù)頻域分析（重點(diǎn)：連續(xù)時(shí)間信號的拉普拉斯變換、復(fù)頻域分析）；

第五章 離散信號的傅里葉分析（重點(diǎn)：DTFT、DFT、FFT）；

第六章 Z變換（重點(diǎn)：Z變換的定義、性質(zhì)及Z域分析）；

第七章 數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)（重點(diǎn)：IIR、FIR數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)）；

同時(shí)，在教學(xué)過程中采用弱化數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)的理念，強(qiáng)調(diào)各種方法的原理、結(jié)論及相互間的聯(lián)系及理論框架的建立，注重各種方法的實(shí)際應(yīng)用，即每種方法能解決什么問題。

2.2加重實(shí)踐教學(xué)比重、提高學(xué)生的動(dòng)手能力

為了符合我校勘工專業(yè)培養(yǎng)“具有創(chuàng)業(yè)精神和動(dòng)手能力的特色實(shí)用專門人才”這一宗旨，結(jié)合本課程的實(shí)際情況，采用了“加重實(shí)踐教學(xué)比重、提高學(xué)生的動(dòng)手能力”的方法，對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，主要采用方式如下：

（1）讓學(xué)生對重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐，加深理解。信號分析與處理的許多理論和方法全部用抽象的數(shù)學(xué)公式來描述，學(xué)生容易產(chǎn)生厭倦、恐懼心理，將抽象的理論以上機(jī)的方式展現(xiàn)給學(xué)生，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如，將卷積、相關(guān)等基本計(jì)算，連續(xù)/離散信號的傅里葉變換的計(jì)算和應(yīng)用及IIR/FIR濾波器簡單設(shè)計(jì)等讓學(xué)生運(yùn)用MATLAB、C、FORTRAN等語言上機(jī)或以作業(yè)的形式實(shí)現(xiàn)，并建立相應(yīng)的考核機(jī)制。這非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力，同時(shí)也助于學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的二次消化。

（2）結(jié)合專業(yè)實(shí)際，讓學(xué)生做到學(xué)以致用。《信號分析與處理》作為勘工專業(yè)的基礎(chǔ)課，主要運(yùn)用于物探、測井方法中的數(shù)據(jù)處理中。因此，可同上述方法中的數(shù)據(jù)處理具體例子相結(jié)合，進(jìn)行講述和實(shí)現(xiàn)，如地震勘探中常用的合成地震記錄、頻譜分析等方法。讓學(xué)生對“學(xué)什么、怎么用、用到哪”有更清晰的理性認(rèn)識(shí)。

3、合理調(diào)整教學(xué)手段

眾所周知，單一的板書式教學(xué)和多媒體式教學(xué)都存在著一定的弊端。這兩種教學(xué)手段的弊端在本課程中更加明顯，課程中有大量的基礎(chǔ)公式需要推導(dǎo)，學(xué)生對于公式推導(dǎo)過程的認(rèn)識(shí)將直接影響本部分和后續(xù)內(nèi)容的理解【2】。所以，板書式教學(xué)必不可少。但如果內(nèi)容完全采用板書，授課教師將存在費(fèi)時(shí)、耗力，完成不了教學(xué)任務(wù)的問題。如果采用單一的多媒體式教學(xué)將存在學(xué)生對于內(nèi)容的理解過于抽象、不夠深入的問題。因此，本課程的最合理的授課方式應(yīng)采用板書加多媒體的教學(xué)手段。但是，如何有效地結(jié)合板書和多媒體教學(xué)手段的優(yōu)點(diǎn)，提高學(xué)生對本課程的認(rèn)識(shí)和教學(xué)質(zhì)量？這是一個(gè)需要授課教師經(jīng)過長期的探索、實(shí)踐和改進(jìn)來解決的問題。

4、結(jié)語

幾年的教學(xué)探索和實(shí)踐表明，石油和地質(zhì)類院校的獨(dú)立學(xué)院勘查技術(shù)與工程專業(yè)開設(shè)的《信號分析與處理》課程，不能過于依賴其母體高校或其它院校的教學(xué)內(nèi)容和模式。應(yīng)抓住獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)的目標(biāo)和學(xué)生的自身特點(diǎn)，合理、有效地對課程的內(nèi)容和方法進(jìn)行改革，加大學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，才能更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王云專，王潤秋.信號分析與處理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

[2]石穎，宋利偉.“信號分析與處理”課程教學(xué)改革探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（5）.140-141