對(duì)標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)探索數(shù)字信號(hào)處理課程考核改革

江漢 徐以濤 程云鵬

摘? 要：針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程傳統(tǒng)考核過程中存在的重理論輕實(shí)踐、重結(jié)果輕過程等，該文以“強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重能力、啟發(fā)創(chuàng)新”為理念，對(duì)標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)，從優(yōu)化考核內(nèi)容、突出過程評(píng)價(jià)、創(chuàng)新考核方式三個(gè)方面開展課程考核改革。充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，形成過程考核與實(shí)踐考核相結(jié)合的新的課程考核模式，從而實(shí)現(xiàn)課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，為面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的數(shù)字信號(hào)處理課程建設(shè)提供新思路。

關(guān)鍵詞：金課；數(shù)字信號(hào)處理；課程考核改革；人才培養(yǎng)；考核模式

Abstract： In view of the deficiencies in the traditional examination process of digital signal processing course， such as emphasizing theory over practice， emphasizing results over process， etc.， this paper takes the idea of "strengthening the foundation， emphasizing ability， inspiring innovation" as the ideal， carries out the examination reform of the course from three aspects： optimizing the examination content， reorganizing the examination opportunity and innovating the examination method， so as to give full play to the main role of students. A new course examination mode combining process examination with practice examination has been formed to realize the high-order， innovative and challenging course， and to provide new ideas for the construction of digital signal processing course for application-oriented personnel training.

Keywords： golden course; Signal Processing Course; curriculum assessment reform; personnel training;? appraisal mode

數(shù)字信號(hào)處理是高等院校通信工程、電子工程、自動(dòng)控制、雷達(dá)工程和測(cè)繪導(dǎo)航等專業(yè)的骨干基礎(chǔ)課程，也是本校戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)通信技術(shù)與指揮專業(yè)的一門重要專業(yè)背景課程，在新制定的人才培養(yǎng)方案中已將其列入大綱核心課程[1]。

根據(jù)教育部提出的“金課”的“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)[2]，即在教學(xué)過程體現(xiàn)創(chuàng)新性和高階性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性解決復(fù)雜問題的綜合能力，訓(xùn)練塑造高階性思維習(xí)慣，要求課程內(nèi)容具有一定的挑戰(zhàn)度[3]。要達(dá)到“金課”培養(yǎng)目標(biāo)，課程考核標(biāo)準(zhǔn)自然就提高了，考試內(nèi)容必須具有一定的挑戰(zhàn)度[4]，因此注重過程評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)多元化的評(píng)價(jià)方式是“金課”建設(shè)不可或缺的一部分。

結(jié)合面向新工科的本科院校辦學(xué)定位，各大高校均在積極探索電類專業(yè)必修課數(shù)字信號(hào)處理課程改革途徑。數(shù)字信號(hào)處理課程傳統(tǒng)考核過程普遍存在重理論輕實(shí)踐、重結(jié)果輕過程的現(xiàn)象，本文在分析傳統(tǒng)考核存在的問題和弊端的基礎(chǔ)上，提出了從優(yōu)化考核內(nèi)容、突出過程評(píng)價(jià)、創(chuàng)新考核方式三個(gè)方面開展課程考核改革的思路，結(jié)合實(shí)施效果的評(píng)估，對(duì)標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。

一? 傳統(tǒng)課程考核存在的問題

課程考核是檢查教學(xué)效果、改進(jìn)教學(xué)方法、督促教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要手段，也是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的課程考核辦法大多是“平時(shí)表現(xiàn)（30%）+期末考試（70%）”的簡(jiǎn)單化綜合評(píng)定成績(jī)，這種方案考核內(nèi)容筆記化，僅僅能反映學(xué)生對(duì)該課程主要重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的掌握程度，難以覆蓋數(shù)字信號(hào)處理大量的新概念、新變換及數(shù)字濾波器新設(shè)計(jì)等內(nèi)容?？己藭r(shí)機(jī)固定，不利于反饋教學(xué)效果，難以引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)?？己朔绞絾我?，采取重理論輕實(shí)踐、重記憶輕能力的閉卷筆試方式，不利于學(xué)生綜合思維和綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)。具體表現(xiàn)如下。

（一）? 考核內(nèi)容主要以基礎(chǔ)性、分散的知識(shí)點(diǎn)為主，無法綜合衡量學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力

該課程以前的考核題型以計(jì)算為主，另有填空、選擇、判斷等題型，答案是“唯一性”的標(biāo)準(zhǔn)答案。這種題型只是單一考查學(xué)生的計(jì)算能力和知識(shí)記憶能力，無法考查學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合素質(zhì)，學(xué)生在做題時(shí)是朝著“標(biāo)準(zhǔn)答案”來思考，學(xué)生很難進(jìn)行思維拓展、自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新，無法綜合衡量學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

（二）? 考核形式主要為閉卷筆試，考核手段單一，且考核時(shí)機(jī)固定，無法全面及時(shí)評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量

以前的考核體系存在理論考試多，動(dòng)手考察少；閉卷考試多，開卷考試少；具備標(biāo)準(zhǔn)答案的試題多，注重分析綜合能力考核的開放性試題少?？己说闹攸c(diǎn)在理論知識(shí)的復(fù)現(xiàn)，容易誤導(dǎo)學(xué)生死記硬背，無法引導(dǎo)學(xué)生開展綜合分析，延伸拓展?？荚嚂r(shí)間固定，基本放在期末，無法反映學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)效果，更無法反饋教學(xué)過程中存在的問題。容易出現(xiàn)平時(shí)松懈、考前突擊的不良學(xué)風(fēng)，考核成績(jī)對(duì)教學(xué)的反饋?zhàn)饔脦缀鯙榱?，難以全面及時(shí)地評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量。

二? 課程考核改革思路和舉措

針對(duì)以上問題，結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從優(yōu)化考核內(nèi)容、突出過程評(píng)價(jià)、創(chuàng)新考核方式三個(gè)方面開展課程考核改革，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，形成過程考核與實(shí)踐考核相結(jié)合的考核模式，提升教學(xué)效率、提高教學(xué)質(zhì)量。

（一）? 優(yōu)化考核內(nèi)容，突出綜合運(yùn)用能力

本門課程授課內(nèi)容同時(shí)具備理論性強(qiáng)和面向工程實(shí)踐明顯的兩大特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容涵蓋眾多的數(shù)學(xué)公式和符號(hào)，定理和性質(zhì)都有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，理論性較強(qiáng)；同時(shí)很多數(shù)字信號(hào)處理算法是直接運(yùn)用于工程實(shí)踐，涉及到工程實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)較多[5]。因此本課程的教學(xué)目標(biāo)不僅僅是幫助學(xué)生掌握知識(shí)概念、推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式，更是為了幫助學(xué)生解決在今后學(xué)習(xí)和科研中碰到的工程實(shí)踐問題[6]。因此考核的重點(diǎn)是知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，而不是零碎知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶，僅由一張?jiān)嚲碜鳛榻K結(jié)性考核內(nèi)容的做法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)體系的分析對(duì)比能力、工程實(shí)踐能力、綜合運(yùn)用能力。改革后的終結(jié)性考核包括三部分：課題論文、綜合性實(shí)驗(yàn)和閉卷考試，具體實(shí)施舉措如下。

1）課題論文：基于課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合通信工程專業(yè)背景，提煉出典型的教學(xué)案例，設(shè)計(jì)凸顯通信特色的論文題目。比如：FFT/IFFT在正交頻分復(fù)用（OFDM）中的應(yīng)用、FIR濾波器和通信中多徑信道建模、基于低通濾波器的相干解調(diào)設(shè)計(jì)等。課程開始之初，老師發(fā)布論文選題，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)期間撰寫課題論文。

2）綜合性實(shí)驗(yàn)：圍繞重要知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合通信工程應(yīng)用背景，老師構(gòu)建相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)案例庫(kù)，學(xué)生從中隨機(jī)抽取仿真實(shí)驗(yàn)題目，結(jié)合課程的理論知識(shí)，采用MATLAB仿真工具以分組的形式開展團(tuán)隊(duì)作業(yè)。

3）閉卷考試：依托已建成的課程試題庫(kù)，科學(xué)設(shè)定知識(shí)點(diǎn)分層要求，依據(jù)試題庫(kù)出卷系統(tǒng)，科學(xué)組卷出題。并適當(dāng)增加體現(xiàn)實(shí)踐能力測(cè)試的題型，考察學(xué)生綜合利用平時(shí)所學(xué)知識(shí)解決信號(hào)處理問題的能力。

（二）? 突出過程評(píng)價(jià)，反饋調(diào)整課堂教學(xué)

本門課程包含離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析、信號(hào)的變換及經(jīng)典數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，所涉及到的知識(shí)點(diǎn)范圍廣泛，內(nèi)容層層遞進(jìn)。前面離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)是后面濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，課程前半部分的知識(shí)掌握不牢必然會(huì)影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。如果能開展階段性測(cè)試，對(duì)已學(xué)的單元知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)考核，一方面可以趁熱打鐵加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握深度，拓寬課程考核知識(shí)點(diǎn)的范圍，提升考核內(nèi)容的全面性，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生問題堆積效應(yīng)導(dǎo)致厭學(xué)情緒；另一方面，教師可以根據(jù)學(xué)生的階段性考核結(jié)果及時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容難度，改進(jìn)教學(xué)方式。改革后的考核以課堂提問、專題匯報(bào)、單元測(cè)試等過程性考核，貫穿在整個(gè)教學(xué)過程之中，做到隨學(xué)隨考、及時(shí)總結(jié)、及時(shí)反饋。具體舉措如下。

1）課堂提問：根據(jù)課堂教學(xué)情況隨機(jī)提問，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，有效吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)生課堂專注度。例如，對(duì)連續(xù)信號(hào)抽樣，在連續(xù)信號(hào)的最高頻率未知的情況下，應(yīng)如何確定抽樣頻率？為何時(shí)域抽樣定理要求信號(hào)的頻帶有限？頻域采樣定理要求信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度有限？課堂結(jié)束后留下幾個(gè)問題讓學(xué)生課后準(zhǔn)備，在下次上課時(shí)提問檢驗(yàn)，促使學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。

2）專題匯報(bào)：按照數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)體系，選取了12個(gè)重要知識(shí)模塊，形成專題讓學(xué)生利用課外時(shí)間查閱資料，研究形成報(bào)告；輪流指定一些學(xué)生提前制作PPT 課件，在課堂上匯報(bào)，并接受學(xué)生的提問和質(zhì)詢，教師對(duì)匯報(bào)的學(xué)生逐一點(diǎn)評(píng)，按照評(píng)分表給出形成性成績(jī)。匯報(bào)專題選題見表1。

3）單元測(cè)試：課程教學(xué)內(nèi)容包括離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)頻域分析、離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）、數(shù)字濾波器基礎(chǔ)及其設(shè)計(jì)方法等三大知識(shí)體系和9個(gè)章節(jié)，在學(xué)習(xí)完每部分知識(shí)體系后進(jìn)行一次階段性考試，共分為三次單元測(cè)+一次期中測(cè)試，依據(jù)階段性考試成績(jī)，學(xué)生可以及時(shí)補(bǔ)缺補(bǔ)差，教師也可以及時(shí)調(diào)整后續(xù)的教學(xué)。

（三）? 創(chuàng)新考核方式，體現(xiàn)多元化評(píng)價(jià)

弱化傳統(tǒng)應(yīng)試教育中形式單一、重記憶輕能力的閉卷考試，積極探索多樣化的考核手段。結(jié)合通信專業(yè)背景，注重實(shí)踐和理論的結(jié)合，老師以典型工程案例庫(kù)為基礎(chǔ)制定研究小論文、綜合性實(shí)驗(yàn)等選題，并布置給學(xué)生完成，采用團(tuán)隊(duì)作業(yè)+上機(jī)實(shí)驗(yàn)+質(zhì)詢答辯方式進(jìn)行考核，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力全方位多角度的考察。具體舉措如下。

1）實(shí)踐考核：與通信工程案例相結(jié)合，設(shè)計(jì)開放性實(shí)驗(yàn)，逐步提高綜合性、設(shè)計(jì)性、自主性實(shí)驗(yàn)的占比。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分布見表2。

2）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)考核標(biāo)準(zhǔn)，在學(xué)生上機(jī)匯報(bào)、質(zhì)詢答辯的基礎(chǔ)上，以小組互評(píng)、學(xué)生評(píng)分等形式實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的多元化，注重知識(shí)和能力綜合評(píng)定，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三? 課程考核改革實(shí)施效果

考核改革后的成績(jī)?cè)u(píng)定加大了形成性成績(jī)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重，更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力的考核，強(qiáng)化學(xué)生自主創(chuàng)新和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。改革前后課程成績(jī)?cè)u(píng)定對(duì)比表見表3。

其中，課堂表現(xiàn)包括隨機(jī)提問、主動(dòng)質(zhì)疑等環(huán)節(jié)，綜合實(shí)驗(yàn)采取小組成員相互合作團(tuán)隊(duì)作業(yè)的方式開展，成績(jī)?cè)u(píng)定由答辯時(shí)學(xué)生互評(píng)、答辯質(zhì)疑、答辯過程和項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)結(jié)果組成。

（一）? 學(xué)生評(píng)教反饋

課程組所在學(xué)院的教務(wù)機(jī)構(gòu)每學(xué)期會(huì)組織學(xué)生從教學(xué)態(tài)度、目標(biāo)、內(nèi)容、方法和效果五個(gè)方面對(duì)所在期班的任課老師進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)，形成評(píng)教數(shù)據(jù)。2019—2021年的評(píng)教數(shù)據(jù)分布如圖1所示。

從評(píng)教數(shù)據(jù)可以看出，學(xué)生對(duì)授課老師態(tài)度、課程內(nèi)容、教學(xué)方法和總體認(rèn)可度均有很大程度的提高。

（二）? 考核成績(jī)對(duì)比

經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)踐，形成的考核成績(jī)?nèi)鐖D2所示，無論是優(yōu)秀率（90分以上）、良好率（80～90分）都有較大程度的提高，同時(shí)不及格率（60分以下）降至0，說明考核方式改革已經(jīng)初見成效。結(jié)合形成性階段考核結(jié)果來看，課程考核改革有效杜絕了平時(shí)不學(xué)習(xí)、不聽課，到期末通過死記硬背達(dá)到優(yōu)良的現(xiàn)象發(fā)生，使學(xué)生更注重平時(shí)的表現(xiàn)，積極參與課堂的討論，積極回答問題，并認(rèn)真思考每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際中的應(yīng)用。通過綜合實(shí)驗(yàn)和課程論文的鍛煉，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，教學(xué)期班中有多名學(xué)生參加學(xué)員科技創(chuàng)新活動(dòng)，并獲得大學(xué)卓越杯競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

四? 結(jié)束語(yǔ)

課程考核改革必將促進(jìn)教學(xué)改革的進(jìn)一步深化，有助于形成完整的課程考核體系，建立起科學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn)，使教、學(xué)雙方進(jìn)入良性循環(huán)。本門課程改革后的考核方案突出了形成性考核，形成性考核的本質(zhì)目的不是評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)得好與差，更不是把學(xué)生“考倒”，而是以考核來引導(dǎo)學(xué)生牢固掌握基礎(chǔ)性知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，將考核壓力變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。當(dāng)然，考核改革方案在具體實(shí)施中也出現(xiàn)了一些新問題：團(tuán)隊(duì)作業(yè)考核中個(gè)體區(qū)分度不高，綜合實(shí)驗(yàn)展示是以學(xué)習(xí)小組的形式來進(jìn)行，雖然制定了同組互評(píng)、現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)、課下貢獻(xiàn)和質(zhì)疑答疑評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際考核過程中仍然存在同組學(xué)生考核成績(jī)區(qū)分度不高的情況，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

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