高校信號分析與處理課程教學改革與思考

摘要：文章圍繞教學內容、教學方法和課程評價對信號分析與處理課程教學改革提出建議，并針對信號分析與處理課程理論性強、原理概念抽象、數學推導多的特點，通過適當引入研究式教學法、討論式教學法、案例式教學法等教學方法，提高課程教學方法的適用性和適配性，同時在教學考核中，通過優化考核比例，加強實踐教學考評比重，旨在為廣大高校信號分析與處理課程改革提供參考幫助。

關鍵詞：高校；信號分析與處理課程；教學改革

信號分析與處理課程作為電子信息類專業課程的重要組成部分，在高校信息類專業課程中發揮著承上啟下的重要作用，課程主要以通信、控制系統的應用為背景，對信號傳輸、信號處理等基本理論進行教學。

信息技術為我國社會發展與建設提供了有力支撐，在信息化時代背景下，社會對信息類專業的人才需求有了顯著增加，傳統高校信號分析與處理課程教學已然無法滿足當前課程改革的趨勢。如何結合當前社會對信息類專業人才的需求，對現有信號分析與處理課程教學進行調整與優化，成為廣大高校培養應用型、實用型信息類專業人才的重要方向。

一、高校信號分析與處理課程教學改革的必要性

（一）深化教育教學改革的需求

根據國家教育教學改革發展基本要求，圍繞信號分析與處理課程的性質和特點，教師應對現有課程教學結構、課程教學內容進行優化與調整，并在教學過程中引導學生將理論知識與實踐知識有機融合，幫助學生全面掌握信號分析與處理課程有關理論知識。學生學習課程基本概念，對信號分析與處理課程基本理論、設計方法進行探究，有助于全面提高實踐能力，實現知識遷移，將所學信號分析與處理課程理論知識運用到實踐場景中。

（二）培訓新時期所需要的信息類專業人才

如今，學生的綜合能力和實踐水平決定了學生的就業能力與競爭力。立足于信息化時代對信息類專業人才的需求，教師應對信號分析與處理課程進行改革與創新，將科研與教學內容深度融合，在培養學生獨立思考問題、分析問題、解決問題能力的同時，促使學生自覺提高自身專業素養，從而為學生科技創新能力發展奠定良好基礎。

（三）推動一流課程建設發展

2019年，教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》，對高校一流課程建設發展提出了新的要求。教師應立足課程建設理念，積極促進信號分析與處理課程改革創新，通過優化信號分析與處理課程教學評價，實現信號分析與處理課程教學質量的全面提高。同時，教師要優化信號分析與處理課程教學改革，圍繞《關于一流本科課程建設的實施意見》給出的指導方案，全面革新教學內容、教學方法、考核方式，保障信號分析與處理課程教學符合國家教育標準和社會發展趨勢。

二、高校信號分析與處理課程教學改革思路

（一）教學內容的調整

當前，高校信號分析與處理課程結構單一，教學模式和教學方法落后，部分教師在授課階段仍采用傳統“理論式”“灌輸式”的授課模式，導致學生在學習中處于被動地位，實踐能力不強。信號分析與處理課程內容較為抽象，知識體系相對廣泛、復雜，涉及數學基礎較多。專科學生由于數學基礎薄弱，在信號分析與處理課程學習中對于公式計算、概念理解上存在一定的問題。如信號分析與處理課程的教學大綱規定60學時內學完“時間信號和系統”的內容，其中，離散時間信號和系統分析內容涉及“無限沖激響應數字濾波器設計”“有限沖激響應數字濾波器設計”等，教學難度較大，部分學生在學習時極易陷入困境。對此，教師應合理調整與優化教學內容，在保障教學內容符合信號分析與處理課程教學標準的同時，將復雜問題簡單化處理，抽象內容具象化處理，減輕學生的學習壓力與負擔。

從本質角度來看，信號分析隸屬系統分析需要的范疇，以信號分析為核心，增加部分適用性差、抽象性高的理論知識，著重圍繞信號分析與處理的基本概念、基本原理、基本方法進行教學。信號分析與處理課程涉及的分析方法相對較多，連續信號分析有“時域法”“傅立葉變換”“拉普拉斯變換”等計算方法，離散信號分析有“時域法”“離散傅立葉變換”“快速傅立葉變換”“z變換”等計算方法，面對如此多的計算方法，部分數學基礎差的學生會對信號分析與處理課程學習產生抵觸心理。對此，在信號分析與處理課程內容調整上，教師應重點講授概念的認知與界定，減少數學公式推導內容，并適當簡化處理求解過程，根據學生的數學基礎選擇不同的公式推導方法，構建層次化、個性化的課程教學內容，讓信號分析與處理課程教學內容更加科學、合理。

（二）優化課程教學模式

針對信號分析與處理課程理論性強、原理概念抽象、數學推導多的特點，教師應對現有教學模式進行創新與優化，摒棄傳統一板一眼的理論化課程教學，圍繞學生最近發展區及信號分析與處理課程的不同教學模塊，引入研究式教學模式、討論式教學模式、案例式教學模式，以此提高課程教學方法的適用性、適配性。這對于調動學生的主觀能動性、拓展學生思維發展具有深遠意義。

1.研究式教學模式

研究式教學模式是當前高校信號分析與處理課程中相對常見且實用的教學方法。這一教學模式要求學生在教師的指導下選擇適當的課題（問題）進行研究，經過收集、歸納、統計、分類、處理、分析后，根據教師提出的問題進行系統性探究，有助于提高問題分析能力和問題解決能力，對于促進實踐能力的發展具有實質意義。

基于研究式教學模式的信號分析與處理課程教學，教師主要按照“確定問題—分析問題（求證階段）—討論問題（分析解決）—驗證問題（歸納總結）”的研究范式進行授課。值得注意的是，教師應保障問題可以有效激發學生的學習興趣，讓學生根據自身的認知能力、研究能力和已有知識水平檢索資料，進而歸納、整理研究資料，并在課堂中開展小組討論、課堂討論。最終，教師給出結果性總結，讓學生對研究過程、研究思路進行歸納與整理，以此加強學生對信號分析與處理課程知識點的理解。

2.討論式教學模式

討論式教學模式與研究式教學模式的基本范式相同，但討論式教學模式的話題相對固定，即教師提出任務，引導學生定性、定量進行研究。如在講授“連續周期信號的傅里葉變換”時，教師要求學生從不同的角度對兩種不同形式的傅里葉變換展開討論，并分析兩種形式是否一致。討論式教學方法可以加強學生對教學內容的認知，促進學生思維發散。

3.案例式教學模式

案例教學是以現實問題為牽引，引領學生對隱藏于其中的疑難問題進行研討，從而培養學生認識和解決問題的創造性思維，提高學生解決實際問題的能力。“雙音多頻信號語音識別”作為信號分析與處理課程中極具代表性的研究案例，該案涉及“傅立葉變換”“濾波器”等知識點。教師在組織學生討論與分析案例的過程中，介紹工程背景、工作原理，引導學生通過小組合作的方式進行分析，讓學生在案例討論中運用所學知識解決案例中的問題。

（三）考核方式改革

以信息技術為載體的教學模式拓展了學生獲取知識的渠道，讓信號分析與處理課程的考核方式產生了一定變化。從信號分析與處理課程考核方式來看，傳統課程考核方式過于單一，以結果性、導向性的考核方式為主，且在考核方式上多側重于試題，加之信號分析與處理課程考核答案固定化，造成整體考核內容、考核方式和考核指標過于單一，不利于學生實踐能力的提高。

為進一步提高信號分析與處理課程考核質量，對學生理論知識、實踐能力進行全方位考核與檢驗，教師應降低信號分析與處理課程考試成績在考核中的比重，通過引入過程性考核機制，如運用學習評價、論文評比、學科競賽積分等方式完成信號分析與處理課程考核。具體指標和評價方法如表1所示。

上述考核內容，將原有試卷成績占比從100%下調為35%，可以從多個層面檢驗學生的課程學習成績。

綜上所述，本文探討了高校信號分析與處理課程教學改革與優化，對當前高校信號分析與處理課程教學改革的必要性進行分析后，圍繞信號分析與處理課程教學內容、教學方法及考核方式進行了分析，完善了課程資源內容建設，革新了課程教學方法，制訂了科學合理的考核方式，以此為學生運用信號分析與處理課程所學知識解決實際問題提供參考與幫助。

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基金項目：2019年教育部產學合作協同育人項目“探測制導與控制專業實踐體系與平臺構建”，基金編號：201901198015。

（作者單位：北京理工大學機電學院）