“信號與系統”和“數字信號處理”優化整合的研究與探索

李洪璠+劉柏峰+汪源

【摘要】本文對電子信息類專業的兩門重要課程從課程內容、課程體系、輔助工具、現代教學手段、教學方法、師資隊伍建設等方面進行優化整合的研究與探索。對新課程體系“信號與系統的分析與處理”的建立起到重要指導作用。

【關鍵詞】信號與系統 數字信號處理 課程體系 虛擬仿真 優化整合

【基金項目】海南省教育廳教學改革項目（Hnjg20162D-20）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）28-0253-01

引言

隨著信息產業的迅猛發展，數字信號處理理論及實現方法成為重要研究內容，并被廣泛應用于語音處理、圖像處理、模式識別、自動控制等領域[1]。一直以來以“工程數學”為理論基礎的“信號與系統”和“數字信號處理”理論知識點相互銜接非常緊密，并且具有實踐性強的特點。因而，將兩門課程獨立進行教學內容的優化及教學方法的改革都是不切合實際的，不但浪費時間，而且還淡化了課程特點，造成學生學習效率低下、動手實踐及創新能力弱等后果[2]。整合前兩課的教學各自為政，存在授課內容重復、銜接不合理、綜合不夠等問題，這些問題隨著教學計劃的修改和課時的減小而更加突出[3]。對此，本文從“兩門課程實際教學中存在的問題出發，對師資隊伍建設、教學方法和手段、課程內容、教學輔助工具等方面進行優化整合。

1.教學內容的優化整合

“信號與系統”與“數字信號處理”是我院電子、通信、海洋等專業的核心課程。根據我院現有的人才培養方案，對其課程進行合并，創建新的課程體系。要求對兩門課程的學時做重新的調整和規劃，突出理論和實踐并重。對此，需要對兩門課程內容進行整理、歸納。主要是去掉課程中重疊的內容，突出重點內容，取兩門課程的精髓，經過有效合理的優化整合，科學構建新的課程體系。

（1）在課程內容的選擇上，將現有的兩門課程知識點進行重新梳理，歸納為信號分析處理、系統分析綜合這樣兩大部分。即一部分講信號分析與處理。從物理意義和數學表達方面對各種信號進行詳細分析；一部分講系統分析與綜合，以系統綜合為目的，闡述系統分析和設計。綜合課程為《信號與系統的分析與處理》，即學完信號再學系統，把所學知識有機結合起來。整合后連貫的課程內容也進一步提高教學質量。

（2）在教材體系上，整合后教材配備同步實踐教程。編寫適合我院學生特點的基礎性實驗和具有設計性、創新性的課程設計指導書。目前，我院單門課程的網絡視頻資源都已建設完成，下一步加強兩本課程的綜合性實驗、實踐網絡教學平臺建設和使用。要想把這兩門課程建成體系，還必須加入DSP技術，為學生開設以實驗為主要內容的“DSP技術”課，讓學生在良好的環境里，有效的把理論和實踐結合起來，并能在工程環境得以實現。

（3）在輔助工具上，注重計算機仿真軟件的運行，充分利用教材所提供的例題和習題，要求學生熟練地使用MATLAB或者LabVIEW這一類虛擬仿真軟件，對課程所要求的內容，進行實驗和仿真，在上機課時可以對其進行反饋。或者教學中可以采用一些為課程量身訂做的課程套件。如由NI開發的針對信號處理、信號與系統、通訊原理等課程的“信號處理實驗室”（Signal Processing Lab-C），包含大部分基礎到高級的信號處理知識點的演示程序。有助于教學演示使用，幫助學生理解枯燥的理論，更注重基本理論、概念、方法的分析和處理，進一步提高學習興趣和效果。

2.注重枯燥理論性課程教學中教學方法的多樣化

（1）類比歸納法：這兩門課程實際是分別對模擬及數字信號與系統進行介紹，模擬和數字總是可以互相轉換，又相互關聯。因此，在教學中需把課程中具有一定相關性的內容進行整理、歸納、類比教學。讓學生在比較、歸納中學習新知識，從而激發學生學習興趣，易于學生接受新的教學內容，同時又復習和鞏固學過的知識點，能達到較好的教學效果。

（2）引導啟發式教學法：在理論性較強的“信號與系統”和“數字信號處理”這兩門課的教學中應注重對學生的引導和啟發。比如在間接法設計IIRDF中討論雙線性變換法和脈沖響應不變法性能里應引導學生通過H（z）收斂域（極點在Z平面單位圓內）確定與Ha（S）收斂域（極點在S平面左半平面）對應關系。

（3）項目式教學法：這兩門課程的大部分習題特點是理論計算為主，從習題求解的反饋上可見，死套公式和抄襲現象嚴重。為提高學生興趣，采用項目的形式給學生布置任務。把學生3-4人分成一組，教師可以直接給出項目，也可以學生自主收集與本課程內容相關、與實際問題相結合的課題。小組內研究、討論，進行程序編寫調試、分析解決問題、給出結論、最后教師點評總結。這種項目式教學法可以增長學生的見識，加強學生分析問題、解決問題的能力，提高學生的團隊合作精神，促進理論和實際結合。

總之，教學方法是多樣化的，應根據學生理解知識的能力和特點，靈活采用教學方法，從而提高教學質量。

3.積極采用現代教育手段

（1）利用網絡教學平臺，把收集的教學資料與自身的教學經驗進行融會貫通，創建適合我院學生特點的一套教學資源，包括教學大綱、電子課件、授課視頻、課后習題講解、歷年考試真題等等。

（2）任課教師創建自己主頁，在網上發布電子教案，提供參考書目，進行答疑和討論，提交和批改作業，發布實驗及其安排，刊登歷年的考試題和答案，披露問卷調查的統計結果，等等[4]。

（3）有效利用計算機。例如信號濾波部分，若一味的講理論、公式，學生很難形象的理解。如果能利用MATLAB或者LabVIEW這類的虛擬仿真軟件進行編程、仿真，通過實際波形進行演示，可以讓學生更透徹的理解濾波的本質，也能提高學生學習的興趣。

現代教育技術，僅僅是手段，而不是目的。教師在教學過程中應認真總結、反復實踐，有效合理地利用現代教育手段提高教學質量、改善教學效果。

4.師資隊伍整合建設

新課程體系要求授課教師均講授過這兩門課程，對課程內容了如指掌，這樣才能對新課程把握的游刃有余。為保證兩課的優化整合改革，要建立新課程體系課程組，具有良好的比例的職稱結構體系，分工明確，各負其責。

具體措施：

（1）定期進行課前討論，討論教學大綱和教材內容的取舍、教學內容的組織和安排。

（2）每周進行教學方法研究和討論，互相觀摩教學。

（3）確定“教學公開活動日”，課前向同學們介紹本課程的意義、學習方法、教材、選課的建議；課中及時了解同學的意見與建議。

（4）一輪授課結束后課程組教師通過試卷成績及學生問卷調查進行教學總結。

5.結束語

本文根據我院電子、通信、海洋類專業人才培養方案的特點，對“信號與系統”和“數字信號處理”兩門課程從課程內容、教材體系、教學輔助工具、教學手段及方法、師資隊伍建設等方面提出了優化整合建議，對新課程體系“信號與系統的分析與處理”的建立有著重要的指導作用。

參考文獻：

[1]徐天成，李或晟，谷亞林.信號分析與處理類課程整合優化的研究與實踐[J].高教探索，2007，6：134-136

[2]黃鄉生.《信號與系統》重點建設課程群的若干問題探討[J].東華理工學院學報：社會科學版，2007，26（4）：418-421

[3]宮玲.關于“信號與系統”課程教學改革的探討[J].高等教育研究學報，2000，22（3）：19-21

[4]蔡竟業.國家精品課程《數字信號處理》的建設與實踐[J].電子科技大學學報（社科版），2005.S1.52-54endprint