電子信息類信號與通信課程群建設探討

黃海波 湛柏明 王衛(wèi)華

摘 要 根據(jù)我校的信號類和通信類課程體系，將CDIO理念與課程體系建設相結合，對于培養(yǎng)學生的理論學習和應用創(chuàng)新能力具有重要意義。將信號類課程和通信類課程有機結合，建立了基于CDIO的信號與通信課程群，對課程群內的課程內容進行改革，改進與之配套的實踐環(huán)節(jié)。從而大大提高學生理論聯(lián)系實際學以致用的能力。

關鍵詞 CDIO 信號與通信 課程群

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

On Electronic Information Signals and Communications

Curriculum Group Construction

HUANG Haibo， ZHAN Baiming， WANG Weihua

（School of Electrical & Information Engineering， Hubei University of Automotive Technology， Shiyan， Hubei 442002）

Abstract According to our Institute's signal and communication courses system， CDIO philosophy is combined with curriculum system construction， which is of important significance to students' ability of theoretical learning and practical innovation. Signal courses and communication courses are organically combined， signal and communication courses group are set up， the contents of the courses group are reformed， and the corresponding practice links are Improved， all these can greatly improve the ability of students to combine theory with practice.

Key words CDIO； signal and communication； courses group

CDIO從構思、研發(fā)、運行到廢棄和再利用的全部生命過程為載體，讓學生主動的，實踐的，課程之間具有有機聯(lián)系的方式學習和獲取工程能力。①②我校有三個信息類的本科專業(yè)，分別是電子信息科學與技術、電子信息工程和光信息科學與技術，在這三個專業(yè)的培養(yǎng)計劃課程設置中，信號類的課程與通信類的課程都是重要的專業(yè)基礎課和專業(yè)課程。通過課程組的研究和討論，我們將這兩類課程結合起來組成課程群進行建設。

1 信號與通信課程群建設

結合我校的工程背景，我們確定了信號與通信課程群，主要課程包含信號與系統(tǒng)、信息傳輸理論與編碼、數(shù)字信號處理、通信原理、信號與系統(tǒng)實驗、數(shù)字信號處理實驗、數(shù)字圖像處理、計算機通信網、DSP原理及應用等，如圖1所示。

圖1 信號與通信課程群

信號與系統(tǒng)、信息傳輸理論與編碼、數(shù)字信號處理和通信原理一起奠定了信號與通信課程群的理論教學基礎。與之配套的實驗課程，如“信號處理仿真實驗”和“通信實驗”則是從實驗方面加深和鞏固理論知識的學習。“DSP原理及應用”主要圍繞TI系列16位DSP芯片來講述，在硬件上具有功能豐富結構復雜，在軟件上具有指令性集成性強的特點，要求學生熟練掌握數(shù)字信號處理課程中卷積、相關和數(shù)字濾波器的理論算法，然后在DSP芯片中以程序軟件的方式實現(xiàn)，通過理論和實際的有機結合，大大提高學生的知識理解能力和實際動手能力?！靶盘柵c系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“通信原理”等作為前期的專業(yè)基礎課，其對應的專業(yè)課是“數(shù)字圖像處理”、“計算機通信網”和“光纖通信”等課程，這些專業(yè)課完全依賴于前期的專業(yè)基礎課程，同時又在專業(yè)基礎上進行拔高，向多元化和工程性方面發(fā)展。

2 教學內容手段方法的改革

2.1 教學內容的改革

“信號與系統(tǒng)”是電子信息類本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。它主要討論確定信號的特性，線性時不變系統(tǒng)的特性，信號通過線性系統(tǒng)的基本分析方法。從時間域到變換域，從連續(xù)到離散，從輸入輸出描述到狀態(tài)描述，力求以統(tǒng)一的觀點闡明基本概念和方法。通過本課程的學習，使學生掌握信號分析及線性系統(tǒng)的基本理論和基本的分析方法，進一步培養(yǎng)學生的思維推理能力和分析運算能力，為學習數(shù)字信號處理、通信原理、信號與信息處理、信號檢測等后續(xù)課程打下必要的基礎。主要內容包括：（1）信號與系統(tǒng)基礎；（2）線性時不變系統(tǒng)；（3）周期信號的傅里葉級數(shù)表示；（4）連續(xù)時間傅里葉變換；（5）信號與系統(tǒng)的時域和頻域特性；（6）抽樣；（7）通信系統(tǒng)；（8）拉普拉斯變換?！皵?shù)字信號處理”課程是電子信息類各專業(yè)的一門重要的技術基礎課，其主要內容（下轉第188頁）（上接第65頁）是討論數(shù)字信號處理的基本理論、基本方法，以及數(shù)字信號處理中的算法原理。本課程的主要任務是，通過本課程的學習，使學生理解數(shù)字信號處理中的基本概念，掌握數(shù)字信號處理的基本分析方法和算法原理，為今后進一步從事數(shù)字信號處理方面的技術工作打下堅實的理論基礎。主要內容包括：（1）信號處理基礎；（2）離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析；（3）離散時間信號的變換域分析；（4）離散時間LTI系統(tǒng)的變換域分析；（5）連續(xù)時間信號的數(shù)字處理；（6）數(shù)字濾波器的實現(xiàn)結構；（7）數(shù)字濾波器的設計；（8）快速傅里葉變換FFT算法。同時專門設置了“信號與系統(tǒng)實驗”和“數(shù)字信號處理實驗”，在這兩門實驗課程中，使用MATLAB編程仿真驗證各個重要的知識點，培養(yǎng)學生編程仿真的工程實踐能力。

“信息傳輸理論與編碼”課程主要講述信源編碼和信道編碼，從工程實際的角度出發(fā)，將重點放在信道編碼方面，尤其是典型的差錯控制編碼，如線性分組碼和卷積碼等。這樣可以大大減輕后續(xù)“通信原理”課程的教學壓力。在前期的專業(yè)基礎課“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”中學習了三大變換“拉氏變換、傅立葉變換和Z變換”、以及卷積相關和各種數(shù)字濾波器的設計等關鍵知識點后，再講述“通信原理”課程的知識點，將“信號與系統(tǒng)”等前后課程內容緊密聯(lián)系起來。“數(shù)字圖像處理”課程的講授遵循理論與應用相結合的原則，首先把數(shù)字信號處理中的一維信號擴展到二維信號，然后學習數(shù)字圖像的主要內容，包括圖像變換、圖像增強和復原、圖像編碼壓縮、圖像分割、圖像分析和理解。在理論學習的基礎上，通過MATLAB編程上機實踐，加強對圖像處理知識的理解，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

“光纖通信”和“計算機通信網”是信號與通信課程的具體應用，也是著重培養(yǎng)學生將信號借助光纖、網絡等信道進行實際傳輸和處理的具體應用能力。通過“DSP原理及應用”課程的學習，使學生掌握DSP的存儲器和I/O空間分配，理解系統(tǒng)配置和中斷及程序控制，掌握DSP技術的基本原理、基本技術，掌握DSP的硬件結構、指令系統(tǒng)及軟件應用程序的開發(fā)過程。

2.2 教學方法與手段的改進

教師在課堂教學過程中要注意引導學生自主學習，有些內容由教師教學，有些內容布置給學生自學，課堂上通過提問講解、學生自己講解等方式來教學，培養(yǎng)學生自主探索和研究的能力。在講述重要的章節(jié)，尤其是理論學習比較困難的地方，由一些實際問題引出將要講授的理論，把這些理論的應用背景講清楚。在講授專業(yè)基礎課里的重要知識點，包括定理、公式等，首先從現(xiàn)實生活中存在的實際問題引出，講清楚這些重要知識點的應用背景。教師只需要大致講解公式的推導過程，重在講清楚公式在實際問題中的應用原理和作用。通過各知識點的有機提煉設計電子課件和教案，開發(fā)課程網站，從中進行網絡答疑與學生實時互動。

2.3 實踐教學環(huán)節(jié)的改進

在內容上，一些專業(yè)基礎課，如“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”課程，為了加深學生對理論知識的理解，將主要的知識點全部用基于Matlab的上機實驗進行強調，而在“DSP原理與應用”中則是結合實際的硬件系統(tǒng)進行信號的分析與處理。在“通信原理”課程中則全部結合具體的硬件電路，來掌握數(shù)字通信的重要知識點。在實驗內容的設計中，收集整理歷年來的電子競賽課題，以及教師的科研課題，把這些課題內容進行分解，融合到學生的實驗教學內容中。

3 結語

建立基于CDIO的信號與通信課程群，改變了過去單一的課程建設模式，強調了課程體系的建設，解決了信號與通信類課程之間的銜接關系，可以使學生的知識掌握更加深入，并且應用能力得到大力提高。近年來，一大批學生競賽獲獎、發(fā)表論文、申請專利等，這些成果的取得充分證明了課程群建設的重要性和必要性。

注釋

① 王天寶，程衛(wèi)東.基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].高等工程教育研究，2010（1）.

② 陳文杰，任立軍，張林，楊鋒.新加坡理工學院基于CDIO模式的項目教學改革[J].職業(yè)技術教育，2009（35）.