“信號(hào)分析與處理”課程群實(shí)踐體系構(gòu)建研究

張虹++張薇++尹維春

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.096

摘 要：根據(jù)信號(hào)分析與處理課程群的特點(diǎn)，分析了“信號(hào)分析與處理”課程群實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要性， 依托Matlab軟件和DSP硬件平臺(tái)，論述了遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。實(shí)踐研究表明構(gòu)建的課程群體系，加強(qiáng)了學(xué)生理論分析能力、實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)課程群建設(shè)起到非常重要的作用，取得了顯著成效。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng) 實(shí)踐教學(xué) 遞進(jìn)式

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（a）-0096-02

Research on Course Group Construction of Signal Analysis and Processing

Zhang Hong Zhang Wei Yin Weichun

（School of Electrical Engineering，Northeast Dianli University，Chuanying Jilin，132012，China）

Abstract：According to course group characteristic of signal analysis and processing，importance of practice ability training is analyzed.Based on MATLAB software and DSP hardware platform，construction mentality and realization process of progressive practice teaching system was discussed. Research results show that constructions of course group system strengthen studentstheoretical analysis ability，practice ability and innovation ability，which benefits to integrated and coordinated development.It plays an important role in the construction of course group，and has achieved remarkable results.

Key Words：Signal and system；Practice teaching；Progressive

《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》和《DSP原理及應(yīng)用》是我校電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的信號(hào)分析處理類(lèi)課程。它們有各自的理論體系，在教學(xué)內(nèi)容上各有側(cè)重。其中《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》屬于學(xué)科的基礎(chǔ)課程，《DSP原理及應(yīng)用》屬于專(zhuān)業(yè)必修課程，屬于工程實(shí)現(xiàn)的課程。這3門(mén)課程都與信號(hào)處理這一核心關(guān)聯(lián)，且課程之間的內(nèi)在聯(lián)系也非常緊密，具有很強(qiáng)地專(zhuān)業(yè)針對(duì)性。根據(jù)21世紀(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，打破課程之間的壁壘，依據(jù)課程之間內(nèi)在邏輯和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，整合優(yōu)化課程資源，構(gòu)建了“信號(hào)分析與處理”課程群[1]。

“信號(hào)分析與處理”課程群的教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)，包含較多數(shù)學(xué)方面的知識(shí)，抽象概念多，而且與工程實(shí)踐緊密關(guān)聯(lián)。經(jīng)過(guò)幾年的課程建設(shè)，在注重基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，強(qiáng)化工程意識(shí)，使學(xué)生從工程實(shí)踐的角度理解信號(hào)分析處理技術(shù)顯得非常重要。CDIO工程教育模式，是近年來(lái)國(guó)際工程教育及應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革提出的全新教育理念和最新成果，它是以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的新型工程教育模式[2]。

該文從CDIO教育理念的角度出發(fā)，結(jié)合“信號(hào)分析與處理”課程群的建設(shè)需要，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，通過(guò)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)化重組，從教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)和課外培養(yǎng)等環(huán)節(jié)入手，探索培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)體系。

1 “點(diǎn)—線—面”形式的課程群教學(xué)主線

在課程群體系中，《信號(hào)與系統(tǒng)》是信號(hào)分析處理的基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是信號(hào)分析方面的考研課程。作為主干課程，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程將信號(hào)與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)等作為主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，側(cè)重于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)。《數(shù)字信號(hào)處理》課程，則重點(diǎn)學(xué)習(xí)離散傅里葉變換、FFT頻譜分析、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等內(nèi)容。《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》2門(mén)課程，以連續(xù)信號(hào)（系統(tǒng)）分析-離散信號(hào)（系統(tǒng)）分析-數(shù)字信號(hào)分析作為學(xué)習(xí)的主線。《DSP原理及應(yīng)用》是將《數(shù)字信號(hào)處理》的理論算法付諸實(shí)踐的途徑和方法，基于DSP硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)是理論算法的延伸和拓展。同時(shí)，按知識(shí)點(diǎn)的遞進(jìn)，以“數(shù)字信號(hào)處理”為核心，以強(qiáng)化基礎(chǔ)理論—軟硬件相結(jié)合—突出實(shí)踐應(yīng)用為主線，建立縱向傳承的課程教學(xué)體系，如圖1所示。

2 遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

2.1 驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

東北電力大學(xué)“信號(hào)分析與處理”課程群有滿(mǎn)足課程教學(xué)需要的固定的實(shí)踐基地。其中，“電力系統(tǒng)自動(dòng)化數(shù)字仿真中心”配置有近100臺(tái)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》課程的實(shí)驗(yàn)工作，學(xué)生運(yùn)用 Matlab仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并在課后開(kāi)展綜合性課題的探究性學(xué)習(xí)。“DSP原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室”負(fù)責(zé)《DSP原理及應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)工作，開(kāi)設(shè)了DSP系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)。整個(gè)課程群實(shí)驗(yàn)軟硬件并重，形成一個(gè)完整的信號(hào)分析處理課程群的實(shí)驗(yàn)體系[3]。

2.2 課程群綜合性實(shí)踐

綜合性實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。在學(xué)習(xí)了頻響特性分析、IIR和FIR數(shù)字濾波器等相關(guān)知識(shí)后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練后，學(xué)生們可以進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，進(jìn)行后續(xù)的課程設(shè)計(jì)工作。

《數(shù)字信號(hào)處理》課程進(jìn)行3周的數(shù)字信號(hào)算法課程設(shè)計(jì)，基于Matlab軟件仿真進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的分析和處理。《DSP原理及應(yīng)用》課程，采用自制的DSP實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，包括TMS320LF2407A

最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)、逆變器控制器設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)題目[4]。課程設(shè)計(jì)提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生更加深刻地理解數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)知識(shí)與技術(shù)。

2.3 開(kāi)展多種實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)

結(jié)合課程群內(nèi)容，開(kāi)展豐富多彩的實(shí)踐活動(dòng)。采取電子競(jìng)賽或科研活動(dòng)的形式，每年組織大學(xué)生參加校級(jí)“長(zhǎng)通杯”電子競(jìng)賽，省級(jí)大學(xué)生電子競(jìng)賽，飛思卡爾設(shè)計(jì)競(jìng)賽等活動(dòng)。經(jīng)過(guò)前期的學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的增加，學(xué)生參加競(jìng)賽的熱情高漲，大學(xué)生電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)比例逐年增加，顯示出較好地實(shí)踐能力。另外，當(dāng)學(xué)生在大二年級(jí)時(shí)，組建興趣小組進(jìn)入信號(hào)分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，依托開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室自主完成項(xiàng)目研究，加強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)。學(xué)生在大三年級(jí)時(shí)，實(shí)行導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，吸收優(yōu)秀本科生進(jìn)入導(dǎo)師的課程組，協(xié)助導(dǎo)師和研究生開(kāi)展信號(hào)處理有關(guān)的科研活動(dòng)。綜上所述，通過(guò)開(kāi)展服務(wù)于課程學(xué)習(xí)的多種課外培養(yǎng)活動(dòng)，擴(kuò)寬了學(xué)生們的學(xué)習(xí)渠道，使教學(xué)內(nèi)容在實(shí)踐中得以延伸和發(fā)展，教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

融合CDIO理念的“信號(hào)分析與處理”課程群建設(shè)，形成了“點(diǎn)-線-面”形式的課程群教學(xué)體系，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和綜合性實(shí)踐能力的各項(xiàng)舉措，將實(shí)踐教學(xué)延伸到課內(nèi)實(shí)踐、課外實(shí)踐和科研項(xiàng)目活動(dòng)中，有利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果顯著。

參考文獻(xiàn)

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