產教融合背景下的《工程信號分析與處理》教學改革實踐與探索★

高 源，孫智飛

（同濟大學汽車學院，上海 201804）

引言

《工程信號分析與處理》是自動化類專業必修的一門核心課程，該課程以微積分、無窮級數等數學知識作為理論基礎[1-3]，課程內容較為抽象，因此學生較難掌握。在教學過程中，學生易出現對課程理解不夠深入、缺少學習興趣等情況，從而不愿去深度學習、探究，忽視了該課程在實際生活中的重要應用。但與此同時，該門課程在工程實際中的應用尤為廣泛，對于工科學生的重要性顯而易見。因此，對該門課程進行教學改革，從主觀上提高學生的學習激情顯得尤為重要。顯然，如果在教學中能夠賦予各種枯燥、抽象的理論知識以形象的認知，將其與工程應用緊密結合，將會大大提高學生的學習興趣，從而實現學生對教學內容的深度把控和靈活運用。針對產教融合背景下該門課程的情況，結合國家新工業革命、產業升級的實際情況，以培養復合型人才、為國家新工業輸送新鮮血液為目標，對工程信號分析與處理課程的教學改革進行了探索與實踐[4-8]。本文將介紹本課程在教學方式、實踐教學和考核體系等方面進行教學改革的探索與思考。

1 教學方式的創新與建設

1.1 學科大講堂

隨著工業4.0 時代的來臨，新工科建設成為新一輪科技革命與產業提升的關鍵舉措，在產教融合的背景下進行新工業建設、培養新工業人才是主要著力點。基于此背景，本課程決定采用“學科大講堂”的形式來激發學生的學習興趣，提高學生對知識的綜合實際應用能力。在學科講堂中，不僅通過校企合作的方式邀請傳統企業的專業技術人員，通過案例講解向同學們展示了工程信號分析與處理在工程中的具體運用，而且對于智能駕駛相關的企業也有所涉及。同學們在學科講堂中不僅可以掌握本課程的專業知識，還能對當下熱門的工業方向有所探知，從而激發學習興趣，開拓專業視野，提高學習能力。同時，也為日后同學們研究國際前沿科技項目打下了堅實的基礎。

1.2 注重能力培養和人格養成

1）注重自主學習的能力：學習過程中要求學生能夠自行查閱和學習與課程相關的參考文獻、資料手冊、計算機輔助軟件等。

2）注重分析和解決問題的能力：課程大作業的任務具有較強的專業性和綜合性，同時與企業的結合較為密切，需要學生能夠綜合運用課程的理論知識分析和解決實際問題。

3）注重團隊協作和組織管理的能力：通過分組的方式由3～5 名學生共同承擔課程大作業任務，要求學生能夠進行合理的任務規劃、時間管理、沖突管理、溝通協作等。

4）注重行業認知和未來意識：在校企合作的過程中，學生會接觸到行業的前沿動態，了解到行業的前沿技術，有利于學生對行業全面、全新認知，為學生思考未來的研究發展方向提供了基礎。

2 實踐教學的實施與強化

2.1 增設實驗課程

為了加強理論課程與實際應用的結合，本課程針對教學重點安排了多次實驗。結合專業現狀，將課堂教學一部分變為多媒體教學，盡量將一些理論分析用圖形手段展現出來，以增強學生的感性認知。實驗課主要以Matlab 軟件為平臺，內容涉及到卷積、z 變換、對數字濾波器綜合設計和運用頻譜分析噪聲濾波等手段進行圖像分析與處理。通過實驗課程中的動手實踐，加深了學生對于理論知識的理解，同時更加明確了這些知識在工程實踐中的運用。

2.2 基于“產教融合”雷達信號處理系統設計[9]

在實驗課程中加入了智能汽車毫米波雷達的信號分析與處理教學研究實例。智能汽車對周圍環境的識別多采用多傳感器組合的方案來實現，其中毫米波雷達是智能汽車中遠距離的主要傳感器。在教學實例中，基于K-MC3 型雷達傳感器進行了雷達信號處理系統的設計教學。在設計教學之初，首先要求學生進行一定量的相關文獻檢索與閱讀、理解以增強學生的相關科研能力；在講解案例程序設計的過程中，程序編寫可通過現代比較流行且同學易接受的網絡平臺，如MOOC 進行，一方面可以提高學生的興趣，另一方面對于教學難點，學生可以多次學習直至掌握，大幅度提高教學質量和教學效率。在教學設計的最后，本次設計案例將作為大作業布置給學生。學生需分組并完成整個設計流程、撰寫設計報告、提交仿真結果。大作業的成績將計入課程考核。

2.3 企業參觀教學

在產教融合的背景下，為了加強校企合作，有針對性地培養專業人才，本課程針對教學重點安排了數次企業參觀教學。通過企業參觀日，同學們能更深入地了解到該課程的實際意義，深化同學們對本課程的感性認知[10-14]。

產教融合背景下的《工程信號分析與處理》教學改革如圖1 所示。

圖1 產教融合背景下的工程信號分析與處理教學改革

3 考核體系的合理與完善

本課程對傳統的考核體系進行了合理與完善，評價內容不局限于單一的平時成績與期末成績，而是采用多元化的評價內容和考核方式，并獲得了學生們的一致認可。具體內容主要包括以下幾個方面：

1）工作表現。根據理論授課的出勤率和平時小組討論與協作的情況進行評分。

2）操作技能。根據學生查閱文獻資料的情況、上機操作的熟練程度進行評分。

3）感悟思考。根據學生在大講堂、企業參觀后的思考感悟匯報文章進行評分。

4）成果展示。最終以PPT 講演的形式對學習成果進行展示以及必要的陳述，根據學生對作品的理解程度、口頭表達情況和回答問題的情況進行評分。

5）期末考試成績。將1）～4）項的評價內容按照適當的比例綜合計算評分。

4 結語

通過對工程信號分析與處理教學改革的探索與思考，本課程的教學改革成果顯著，在學生間獲得了大量的認可，深度激發了學生對該門課程的學習興趣，加強了學生在企業層面對于本課程的理解，提高了學生在實際工程中對本課程的應用能力。今后仍會結合產教融合，繼續對本門課程進行改革建設，進一步探索教學內容、豐富教學方式、加強教學實踐、完善考核體系，努力推進校企結合，力爭讓學生們學以致用，力求為國家的新工業輸送更多的新鮮血液。