雙創(chuàng)精神引領(lǐng)下的信號(hào)處理課程群的建設(shè)實(shí)踐

任國鳳 付建梅 史慧敏 王若凡

摘要：為了滿足經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)迫切需要具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的應(yīng)用型人才，而作為人工智能和大數(shù)據(jù)時(shí)代的排頭兵，電子信息專業(yè)的應(yīng)用性和創(chuàng)新性需求更加凸顯出來。本文在雙創(chuàng)精神的引領(lǐng)下，構(gòu)建了滿足應(yīng)用型和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才雙重培養(yǎng)要求的立體型信號(hào)處理課程群，并開展了教學(xué)內(nèi)容和課程體系的雙重改革。實(shí)踐結(jié)果表明，建成后的信號(hào)處理課程群可以滿足學(xué)生的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，對(duì)相關(guān)應(yīng)用型專業(yè)課程群的建設(shè)具有示范性作用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;創(chuàng)業(yè);信號(hào)處理，課程群

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）22-0130-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

自從2015年國務(wù)院總理李克強(qiáng)同志發(fā)出“全民創(chuàng)新萬眾創(chuàng)業(yè)”的號(hào)召，全國人民尤其是大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情受到了極大的鼓舞。而作為應(yīng)用性和創(chuàng)新性都極強(qiáng)的電子信息專業(yè)也在創(chuàng)新的大潮中不甘落后，涌現(xiàn)出了很多積極創(chuàng)新的典范[1]。然而，創(chuàng)新僅僅靠激情是不行的，還需要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，這就要求高校電子信息類專業(yè)加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)及實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)，并進(jìn)一步結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)更新教學(xué)內(nèi)容、緊跟專業(yè)發(fā)展的步伐。

1 “信號(hào)處理”立體型課程群建設(shè)理念

1.1課程群建設(shè)基礎(chǔ)

忻州師范學(xué)院電子系開設(shè)“電子信息科學(xué)與技術(shù)”和“通信工程”專業(yè)，其中，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為山西省特色專業(yè)。上述兩個(gè)專業(yè)開設(shè)“數(shù)字信號(hào)處理”與“信號(hào)與系統(tǒng)”及相關(guān)課程已經(jīng)多年，形成了比較完整的課程體系。

1.2課程群建設(shè)思路

本課程群的建設(shè)立足于尊重學(xué)生個(gè)體興趣發(fā)展，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐熱情，具體體現(xiàn)在以下幾方面：由核心課程的整合向立體專業(yè)課程群的建設(shè)延伸;由理論知識(shí)的傳授向創(chuàng)新能力的培養(yǎng)轉(zhuǎn)化;由單一實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)向?qū)I(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)過渡;由漸進(jìn)型課程框架向立體型專業(yè)模型升華。

1.3課程群的結(jié)構(gòu)

本文旨在建立以“信號(hào)與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號(hào)處理”為核心的立體型課程群，具體課程組合情況如圖1所示。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)及學(xué)生興趣發(fā)展，該課程群可分別向創(chuàng)新設(shè)計(jì)型（“DSP原理與應(yīng)用”“單片機(jī)技術(shù)”及“EDA”）、信號(hào)處理型（“語音信號(hào)處理”“圖像信號(hào)處理”及“視頻信號(hào)處理”）和通信系統(tǒng)型（“現(xiàn)代交換技術(shù)”“移動(dòng)通信”及“衛(wèi)星通信”）三個(gè)方向延伸。同時(shí)，三個(gè)課程方向之間又相互關(guān)聯(lián)，互相促進(jìn)。

1.4教學(xué)資源的重構(gòu)和教學(xué)方法的更新

課程群中教學(xué)資源的組織是課程群開展教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)。合理規(guī)劃課程群內(nèi)相關(guān)課程的知識(shí)體系，梳理不同課程間的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)不符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)、內(nèi)容重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行刪減，增加最新的學(xué)科理論及創(chuàng)新理念;同時(shí)，深度開展課堂教學(xué)改革，引入“虛實(shí)結(jié)合，內(nèi)外兼修”的混合式教學(xué)方法，將教學(xué)延伸到課堂之外，充分利用“MOOC+SPOC”的先進(jìn)教學(xué)理念，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，提高學(xué)生的理論知識(shí)水平。

2“信號(hào)處理”立體型課程群建設(shè)的具體做法

2.1建立立體型課程體系，融入雙創(chuàng)精神理念，整體優(yōu)化課程內(nèi)容

課程群建設(shè)要求相關(guān)課程間緊密聯(lián)系，內(nèi)在的邏輯性很強(qiáng)，所有課程必須是一個(gè)有機(jī)的整體。在該課程群內(nèi)，“信號(hào)與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號(hào)處理”為關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是電子信息類專業(yè)的骨干課程，為信號(hào)處理課程群的理論基礎(chǔ);“DSP系統(tǒng)與應(yīng)用”“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“可編程邏輯器件”及“單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用”等為實(shí)踐類和創(chuàng)新類課程，是信號(hào)處理理論的硬件實(shí)現(xiàn)及理論聯(lián)系實(shí)際的落腳點(diǎn)，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念的體現(xiàn)之處;“語音信號(hào)處理”“圖像信號(hào)處理”和“視頻信號(hào)處理”是信號(hào)處理理論的升華和實(shí)踐;“現(xiàn)代交換技術(shù)”“移動(dòng)通信”和“衛(wèi)星通信”是信號(hào)處理理論在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用延伸。

2.2 結(jié)合課程群特點(diǎn)，引入混合式教學(xué)方法，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方法

針對(duì)不同課程的內(nèi)容特點(diǎn)，在充分利用線上+線下結(jié)合的教學(xué)方法的同時(shí)，優(yōu)化課程群內(nèi)各門課程的教學(xué)方法，具體來說：

（1）引入混合式教學(xué)方法，充分利用線上網(wǎng)絡(luò)資源和雨課堂等微信平臺(tái)。

將雨課堂App率先引入“數(shù)字信號(hào)處理”的課堂教學(xué)中，通過該App適時(shí)引入該課程中的一些前沿性知識(shí)和趣味性知識(shí)，比如模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的頻域分析異同、帕斯維爾定理的物理意義、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理器等。

（2）在理論教學(xué)過程中，引入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使抽象的理論形象化。

在應(yīng)用型工科專業(yè)中，實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的有力補(bǔ)充，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。筆者所在高校采取實(shí)驗(yàn)課和理論課獨(dú)立設(shè)課的人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)過程中，采用通用型仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（Matlab、Svstem View等軟件）和專業(yè)型仿真平臺(tái)（武漢凌特虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）相結(jié)合的虛擬仿真模式，對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)踐和夯實(shí)。這樣的教學(xué)模式可以使抽象的理論知識(shí)形象化，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

（3）在“數(shù)字信號(hào)處理”和“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”中引入探究式學(xué)習(xí)方法和創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加強(qiáng)學(xué)生的探究實(shí)踐能力。

分別在理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的“數(shù)字信號(hào)處理”和“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”兩門課程中引入探究式教學(xué)方法[7]，并在上述兩門課的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)創(chuàng)新型綜合實(shí)驗(yàn)題目。其中，“數(shù)字信號(hào)處理”課程選擇Z變換和離散傅里葉變換[8]進(jìn)行探究式研究，突出信號(hào)處理的理論性和工程性，進(jìn)而利用信號(hào)處理理論實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂信號(hào)的去重音分析，通過“探究+創(chuàng)新實(shí)踐”的教學(xué)模式，為學(xué)生搭建起信號(hào)處理理論與工程實(shí)踐之間的橋梁。

（4）持續(xù)加大過程性考核力度，注重學(xué)生的理論、實(shí)踐和創(chuàng)新能力的綜合評(píng)價(jià)。

在對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合能力進(jìn)行考查時(shí)，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程、理論、實(shí)踐和創(chuàng)新能力等多方面的綜合考查。具體來說，在閉卷考試型的課程中，過程性考核占比由原來的20%增加到30%;開卷考查型的課程中過程性考核占比由原來的40%增加到60%;在實(shí)踐型課程中，將過程性考核占比增加到80%以上，極大地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生表現(xiàn)的全面考查。

2.3 樹立應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合，以實(shí)為主”的實(shí)踐教學(xué)體系

筆者所在專業(yè)為山西省特色專業(yè)，其主要特色在于應(yīng)用型、實(shí)踐型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確定和培養(yǎng)方案的實(shí)施，分別在15版和19版（將于2020年開始實(shí)施）人才培養(yǎng)方案中堅(jiān)定樹立應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，并持續(xù)改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)體系，以提高應(yīng)用型人才的培養(yǎng)水平。目前，忻州師范學(xué)院電子系已經(jīng)構(gòu)建了“虛實(shí)結(jié)合，以實(shí)為主”的實(shí)踐教學(xué)體系，從“基礎(chǔ)實(shí)踐動(dòng)手能力一專業(yè)實(shí)踐水平一工程創(chuàng)新能力一學(xué)科創(chuàng)新思維”的主線培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;同時(shí)以五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)為研究背景，開展復(fù)雜通信環(huán)境下移動(dòng)通信信號(hào)的處理等研究，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合能力。

2.4 更新實(shí)踐教學(xué)方法，引入項(xiàng)目式教學(xué)法，提高學(xué)生創(chuàng)新能力

筆者所在項(xiàng)目組以“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“DSP原理與應(yīng)用”為代表性課程，引入了項(xiàng)目式教學(xué)法，采用滾雪球的模式將若干分離的基礎(chǔ)型項(xiàng)目糅合成綜合性的創(chuàng)新型項(xiàng)目，進(jìn)而在一個(gè)工程實(shí)踐項(xiàng)目中，多角度培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

2.5 建設(shè)與課程群體系相配套的教材體系

作為應(yīng)用型師范院校的非師范專業(yè)，要結(jié)合自身專業(yè)和師資水平建設(shè)與課程群體系相配套的教材體系，項(xiàng)目組選用國家“十三五規(guī)劃”教材或電子信息行業(yè)高引用度教材，并結(jié)合應(yīng)用型工科專業(yè)需求，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行二次加工，制定了符合專業(yè)實(shí)際的課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱。同時(shí)，結(jié)合理論課教材和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)要求，自編了相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，從而構(gòu)建了“引進(jìn)+自編”相結(jié)合的教材體系。

3 課程群建設(shè)效果與思考

筆者所在項(xiàng)目組開展的信號(hào)處理課程群建設(shè)取得了如下的成效：

（1）在課程群框架構(gòu)建過程中融入了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念，整體優(yōu)化了課程群的知識(shí)體系，強(qiáng)化了知識(shí)間的有效銜接，并實(shí)踐了以混合式教學(xué)法為代表的多種教學(xué)方法和過程性考核方式，培養(yǎng)了學(xué)生探究、實(shí)踐、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力。

（2）結(jié)合課程群建設(shè)成果，發(fā)表了7篇相關(guān)教學(xué)科研論文，立項(xiàng)了多項(xiàng)各類教學(xué)改革項(xiàng)目。該課程群的建設(shè)得到了學(xué)生們的認(rèn)可，學(xué)生的滿意度調(diào)查結(jié)果逐年攀升。

（3）結(jié)合通信信號(hào)處理理論和五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)的自然環(huán)境及人文環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于五臺(tái)山地貌環(huán)境的“多熱點(diǎn)潮汐現(xiàn)象下的通信鏈路分析”虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)和科研的互補(bǔ)，在提高學(xué)生基本專業(yè)能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

近二十年來，信號(hào)處理的理論被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)探測、遙感遙測，乃至人文領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生著重要的影響，培養(yǎng)信號(hào)處理的應(yīng)用型專業(yè)人才就顯得尤為重要?；陔p創(chuàng)能力培養(yǎng)的應(yīng)用型人才能夠滿足我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，進(jìn)一步提高國家的創(chuàng)新競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳杰.卓越工程師“數(shù)字信號(hào)處理”課程群主題式教學(xué)探索[J].中國電力教育，2014（8）：78-79.

[2]莊陵，曹建玲，李強(qiáng).新移動(dòng)通信技術(shù)背景下的信號(hào)處理課程群教學(xué)改革與探索[J].課程教育研究，2016（28）：236-237.

[3]李秀梅，董文，賈中云.地方院校信號(hào)處理課程群的建設(shè)與探索[J].大學(xué)教育，2016，5（8）：169-171.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】

基金項(xiàng)目：山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（J2019174）;山西省教科規(guī)劃課題（GH-17053）;教育部“產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人”項(xiàng)目（201702091017）;忻州師范學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JG201723JG201311）;忻州師范學(xué)院科研項(xiàng)目（2018KY15）

作者簡介：任國鳳（1979-），女，山西忻州人，忻州師范學(xué)院電子系副教授，博士研究生，主要研究方向：信號(hào)處理的理論及實(shí)踐。