民航維修專業“數字信號處理”課程體系優化探索＊

房瑋

民航維修專業“數字信號處理”課程體系優化探索＊

房瑋

（南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京 211156）

“數字信號處理”是民航電子電氣維修類專業的一門選修課，針對這門課程教學過程中存在的問題，將理論教學和民航維修專業相結合，對該課程教學改革進行一定程度探討，力求提高教學質量，適應人才培養的需要。

維修專業；“數字信號處理”；教學方法；體系優化

“數字信號處理”是高校電類或者自動化類專業一門有嚴謹的邏輯性和廣泛的應用性的課程，該課程利用數學語言作為工具對工程實踐中的數據獲取、分析處理等問題的基本原理進行描述。另外，該課程還要求學生有一定的編程能力，能夠使用匯編語言、C/C++或matlab等工具進行算法設計與實現。該課程能夠提高學生的創新實踐能力，為將來的畢業設計和科學研究工作打下基礎。但是從多年的經驗來看，學生普遍反映該課程理論性強、難度大、概念抽象、公式多、公式推導煩瑣，難以應用到具體工程實踐中，缺乏學習的動力和興趣。復雜的編程語句和枯燥的器件功能介紹，使得大部分學生畏難情緒比較明顯，學習效果欠佳。

1 目前教學中存在的問題

南航金城學院作為民辦類本科，部分學生的數學功底略差，運算能力和細致程度略微有所欠缺，而數字信號處理中的傅里葉變換和拉普拉斯變換等，都需要用到高數里的積分運算，部分學生學習起來比較吃力，計算結果的出錯率較高。同時，目前這門課程的教學安排在大二的第二學期，為56個學時，且都為理論學時，和“數字電路”“模擬電路”“飛機電磁電器”等課程在同一學期開設，這些課程都是學生口中的“硬課”，不僅需要課堂時間的學習，還需要較多課余時間的預習和復習，學生普遍反映課程負擔比較重，而且由于金工實習也安排在本學期的最后幾周，學生的課堂學習時間再度被壓縮，學生覺得學習起來非常辛苦。

交通運輸（民航電子電氣工程）專業屬于典型的應用型專業，其人才培養目標的定位是民航維修類應用型人才，主要為各大航空公司、機場和民航維修企業培養直接在一線工作的電氣或機務維修人員，所以課程設置上也應該和飛機維修技術上的應用相結合。而本院雖然開設了這門課程，但大多都是理論上的教學，以數學的演算為主，導致學生過于注重公式推導而不能理解其實質，理論與實踐脫節，沒有體現出民航特色，教學內容當中缺少對應用于民航業的實例講解，使得學生沒法將學習到的原理知識和畢業后從事的飛機維修工作建立關聯，缺乏學習的興趣。

2 研究現狀

關于“數字信號處理”這門課程的教學改革在很多非民航類本科院校進行過研究，甚至在2013年本校信息工程系的季秀霞教師也做過“‘數字信號處理’課程形象化教學方法研究”的教改項目。不同的教改方案中，有的強調仿真軟件的應用，使抽象問題直觀化，加深對理論知識的理解；有的通過案例導學和科研項目同教學內容結合的方式幫助學生理解抽象理論，比如將抽樣、頻譜分析、濾波等工程應用方面的例子穿插于相關知識點；有的從教師隊伍、教學內容、教學方法、教學手段、實踐教學等方面對“數字信號處理”進行全方位的改革和建設，建成了精品課程；有的強調多元化實踐教學體系，增加FPGA實踐教學平臺，提高實踐教學水平；有的在實驗室利用DSP開發系統進行設計，使學生具備初步的軟件和硬件開發能力；有的基于MATLAB和Simulink環境，開發了一套語音通信系統實例，利用GUI界面設計出了一個簡單易用的圖形用戶界面，并將語音質量、誤碼率等指標嵌入其中，拓展學生對該門課程的認識；有的根據數字信號處理在雙音多頻撥號系統中的實際應用，設計了雙音多頻信號系統，用D/A變換器產生模擬信號并進行傳輸，在接收端用A/D變換器將其轉換成數字信號，并進行數字信號處理與識別，強化該課程的實踐教學。

通過整理后發現，以上絕大部分教學改革的探討都是針對信息工程專業和計算機專業進行的，雖然取得了相關的成果，但針對民航維修類專業“數字信號處理”課程改革的研究還很少，顯然本專業對實踐性的要求更高，需和民航業的

具體應用結合，讓學生清晰了解到所學習的數字信號處理的有關知識和民航業的很多方面都是息息相關的，也是今后走上工作崗位的需要，激發起學生學習這門課程的興趣和動力。

3 課程改革探索

針對此問題，同時契合本?！皯眯汀北究平虒W特點和目標定位，有必要對該門課程的教學內容、教學手段和考核方式進行改革。

3.1 教學內容體系構建改革

需要補充整理實例講解方面的內容，特別是應用于民航業的實例講解。主要包括航空電瓶的充放電分析、無線電導航中微波著陸系統、ADS-B系統等的數據處理、飛機溫度傳感器校驗、航空儀表信號模擬器的設計、航空發動機控制系統的設計、飛機座艙綜合圖形顯示技術等。通過將理論內容和民航實踐中的應用緊密結合，讓學生更清楚地了解在未來工作當中的用處，拓寬學生視野。

在民航業的應用具體分為：①了解到采用此技術借助數字式航空總線進行通訊，可以解決信息數據格式兼容問題和信息錯誤碼率較高的問題，在一定程度上實現航空機體所載信息的共享，并可以實現對航空設備的控制。②了解到該技術可應用于電瓶充放電分析。通過DSP控制器電路完成與人機交互界面的通信，用設置的充放電方式自動完成充放電過程，并采樣電壓與電流信號輸出到人機交互界面進行顯示，同時根據電壓信號判斷充放電是否完成和根據放電電流信號計算電瓶容量。③了解到該技術可應用于微波著陸系統。通過DSP完成各種角引導信息的精確解算，以及保證信號處理模塊與前端信道模塊和系統中央處理機的正常通信。④了解到該技術也可應用于ADS-B。DSP首先接收ADS-B信息，進行數據的檢查糾錯、多目標飛機數據的管理、融合后，DSP將打包的數據通過網絡發送給上位機，最終將飛機實時位置數據通過座艙顯示器顯示，方便地面站監控人員及飛行員查看周圍飛機運行狀況。⑤了解到該技術可應用于飛機溫度傳感器和發動機壓力傳感器、轉速傳感器、振動傳感器的信號控制和數據通信中，以及軟硬件代碼的開發中。⑥了解到還可將該技術應用于一些設備的故障診斷，比如發電機旋轉整流器等。診斷方法是采用快速傅里葉變換對勵磁電流進行頻譜分析，提取故障特征參數。

3.2 教學方法和手段改革

利用MATLAB強大的信號處理工具箱函數和繪圖功能，加入動態演示環節。例如在講解數字濾波器設計時，可以演示不同參數下濾波之前和濾波之后的效果，使學生清晰了解合理設定參數的重要性。在講解FFT時，演示進行頻譜分析和數據壓縮的應用，使學生有了形象生動的感性認識。利用手機資源，進行微課堂平臺的建設。由于該課程的學習難度較大，很多學生在課堂有限的學習時間內不能完全跟上教師的進度，掌握相應的知識點。所以可以利用手機資源，比如微信公眾號或者慕課的形式來輔助學生課余時間的學習，這樣也使得學習變得更加靈活方便。在公眾號或者慕課中可以把每節課的提綱、重點、難點用PPT、動畫甚至視頻展現出來，學生隨時隨地可以就某個課堂上沒有學明白的知識點有針對地學習，而且可以多次學習。這個平臺的建設由師生共建，讓一部分學有余力的學生參與進來，可以設置專題討論和答疑環節，教師出幾個問題，學生作答。也可以讓學生對不懂的地方進行提問，教師解答，激發學生的參與性。同時，在這次新冠疫情師生不方便見面的線上教學期間，微平臺很好地發揮了它的優勢。

3.3 考核方式研究

針對學生覺得期末筆試較難，計算量較大的問題，探討將考試分為筆試和上機兩部分。分值各占50%。筆試部分仍然沿用原來的大綱，上機部分采用Matlab仿真的方式，要求學生會使用簡單的Matlab函數來實現濾波器的設計、信號的卷積、頻譜分析、傅里葉變換等，考察學生分析問題、解決問題的能力。比如濾波器的設計，只給出各個參數指標，學生可以自行選擇逼近方式、窗函數及濾波器的階次等。

通過此次教學改革，希望把課堂教學從板書和多媒體課件的講解這種單向的教學模式中解脫出來，采用啟發式教學方法，多增加和學生的互動。課后，不妨給學生布置一些軟件仿真的作業，讓他們對課堂教學的例題進行驗證，從而幫助其理解相關知識，變被動接受為主動學習。教學內容方面，淡化公式的推導和解題技巧，增加一些數字信號處理技術在飛機維修中的應用實例，并建立微課堂平臺進行靈活教學，將理論和實踐知識融為一體，有利于提高學生的學習興趣。

4 總結

本篇論文針對目前民航維修類專業“數字信號處理”這門課程學習難度大、理論和實際結合不緊密、教學內容當中缺少對應用于民航業的實例講解，使得學生沒法將學習到的原理知識和畢業后從事的飛機維修工作建立關聯，缺乏學習的興趣等問題，提出了從教學內容、教學模式、考核方式等方面的改革和實踐，從而達到提高學生學習該課程積極性和靈活性的目的，為本院相關專業課程建設提供了一定的參考借鑒。

［1］劉建華，王子杰.民航類院校的DSP課程教學改革與實踐［J］.科技經濟導刊，2018，26（8）：94.

［2］王守坤.基于DSP的航空電瓶充放電分析儀研究［D］.天津：中國民航大學，2013.

［3］楊寧娟.基于DSP的ADS_B數據處理系統［D］.西安：西安電子科技大學，2017.

［4］熊美英.數字信號處理課程教學改革研究［J］.科技資訊，2016（27）：70，72.

2095－6835（2020）20－0075－02

TN911

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.031

南京航空航天大學金城學院2019年教育教學改革研究項目“2019-Y-11新工科背景下民航電子電氣維修專業人才培養模式研究”和“2019-D-01 民航維修專業‘數字信號處理’課程體系優化研究 ”的研究成果

〔編輯：嚴麗琴〕