張變蓮 楊森林

【摘 要】圍繞西安文理學(xué)院“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂教學(xué)模式改革，結(jié)合測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)目前信號(hào)處理類(lèi)課程教學(xué)中存在的教學(xué)問(wèn)題以及不足，提出了“測(cè)控專(zhuān)業(yè)信號(hào)處理類(lèi)課程模塊化教學(xué)改革”新思路。該教學(xué)模式由課堂講解、MATLAB仿真作業(yè)、線(xiàn)上作業(yè)、分組討論、項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及實(shí)施、項(xiàng)目答辯等環(huán)節(jié)構(gòu)成的模塊化教學(xué)體系，在該教學(xué)體系中，以專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)需求以及實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，將理論教學(xué)與項(xiàng)目化教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，以鍛煉學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際信號(hào)處理的能力，并建立多種信息反饋的綜合考核和評(píng)價(jià)體系對(duì)人才培養(yǎng)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，最終在知識(shí)目標(biāo)、情感目標(biāo)以及能力目標(biāo)方面達(dá)到人才培養(yǎng)目標(biāo)要求。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)處理類(lèi)課程;模塊化教學(xué)改革;項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)： G642.0;G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0242-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.116

0 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)處理技術(shù)得到了快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于電信、航空航天、控制等各種領(lǐng)域，信號(hào)處理類(lèi)課程已逐步成為自動(dòng)控制、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科的重要選修或者必修課程。在測(cè)控專(zhuān)業(yè)中，信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理是關(guān)系最為緊密的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是語(yǔ)音以及數(shù)字圖像處理、DSP技術(shù)及應(yīng)用等課程的前續(xù)課程。信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理及相關(guān)課程具有以下特點(diǎn)：一是課程間有很大的相通之處，但是又具有各自的側(cè)重點(diǎn);二是課程內(nèi)容抽象，學(xué)生難以理解，均使用抽象的數(shù)字符號(hào)描述信號(hào)分析與處理的過(guò)程;三是內(nèi)容豐富，包括信號(hào)處理的基本原理、基本分析方法基本處理技術(shù)及典型應(yīng)用;四是工程實(shí)踐性強(qiáng)，課程內(nèi)容和實(shí)際的信號(hào)處理工程聯(lián)系緊密。

基于信號(hào)處理類(lèi)課程的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在測(cè)控以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)效果并不理想。首先，由于信號(hào)處理類(lèi)課程的內(nèi)容抽象并且數(shù)學(xué)應(yīng)用較多，學(xué)生難以結(jié)合實(shí)際，導(dǎo)致理解上有困難。其次，雖然課程中具有一些典型應(yīng)用以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，但是實(shí)驗(yàn)僅僅是利用MATLAB軟件做一些仿真或者在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱上完成一些波形的測(cè)試，與實(shí)際的工程應(yīng)用有很大的差距，導(dǎo)致學(xué)生僅僅是根據(jù)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)信號(hào)處理的實(shí)質(zhì)并沒(méi)有進(jìn)行深入的理解，對(duì)后續(xù)的課程如數(shù)字圖像處理、DSP等課程的學(xué)習(xí)有一定的困難，僅僅停留在一門(mén)或者幾門(mén)課程的孤立認(rèn)識(shí)上，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)分析類(lèi)課程的一個(gè)完整的結(jié)合和理解。[1]

信號(hào)處理類(lèi)課程模塊化教學(xué)改革旨在解決當(dāng)前的教學(xué)方法中存在的學(xué)生的積極性不足問(wèn)題。模塊化教學(xué)法通過(guò)在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上通過(guò)引入實(shí)用性、創(chuàng)新性的項(xiàng)目來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)課程的理解以及掌握信號(hào)處理類(lèi)課程在工程中的實(shí)際應(yīng)用，將課本知識(shí)和工程實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，模塊化教學(xué)法通過(guò)選取與相關(guān)課程緊密聯(lián)系的綜合性項(xiàng)目，按照“提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、完成報(bào)告”來(lái)規(guī)范和組織教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中能夠建立完整的知識(shí)體系，并且從宏觀層面上理解和掌握不同課程之間的相互聯(lián)系，避免產(chǎn)生學(xué)習(xí)單門(mén)課程而產(chǎn)生的孤立性和盲目性，最終達(dá)到提高學(xué)生對(duì)該類(lèi)課程的理解以及工程實(shí)踐操作的能力，為學(xué)生考研、參加相關(guān)的科技競(jìng)賽以及以后的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

1 模塊化教學(xué)體系的構(gòu)建

西安文理學(xué)院作為一所地方性、應(yīng)用型的本科院校，一直致力于支持并推廣開(kāi)展“新工科”建設(shè)以及相關(guān)的教育教學(xué)改革與創(chuàng)新工作，從而開(kāi)展“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂教學(xué)模式改革，并且著重將理論學(xué)習(xí)與項(xiàng)目實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起，著重從工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及工程實(shí)踐能力等方面培養(yǎng)工程技術(shù)人員。在此背景下以及前期的信號(hào)與系統(tǒng)重點(diǎn)課程改革的基礎(chǔ)上，本文提出了信號(hào)處理類(lèi)課程模塊化教學(xué)改革模型。圖1所示為該教學(xué)改革的教學(xué)體系以及培養(yǎng)目標(biāo)。測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)2018版的人才培養(yǎng)要求在工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)/解決方案、研究、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)等方面都有著新的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，該教學(xué)改革的教學(xué)體系可以在知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)方面達(dá)到畢業(yè)要求所具有的既定目標(biāo)。

基于該模型，將信號(hào)與系統(tǒng)以及數(shù)字信號(hào)處理課程的知識(shí)體系劃分為理論教學(xué)和基于項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)兩大模塊。理論教學(xué)部分是整個(gè)課程體系的基礎(chǔ)，針對(duì)信號(hào)處理類(lèi)的課程較抽象，數(shù)學(xué)應(yīng)用多的特點(diǎn)，在理論知識(shí)的講解上，突出主要的知識(shí)線(xiàn)索，注重核心知識(shí)點(diǎn)的深入講解。針對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)，如信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析以及頻譜的概念，在講解時(shí)將學(xué)生可見(jiàn)、可聽(tīng)的圖像的頻譜以及聲音的頻譜引入到課堂當(dāng)中，減少理論知識(shí)部分的枯燥性和乏味性，將課堂變得生動(dòng)起來(lái)。而信號(hào)處理類(lèi)課程知識(shí)體系中與實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系較緊密的內(nèi)容，比如頻域分析、數(shù)字濾波等內(nèi)容，則穿插引入符合工程應(yīng)用背景的典型應(yīng)用問(wèn)題和實(shí)踐題目，通過(guò)查閱資料、課堂討論及回報(bào)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)予以實(shí)施。

2 模塊化教學(xué)體系的實(shí)施

“信號(hào)處理類(lèi)”課程模塊化教學(xué)改革的核心是實(shí)現(xiàn)各教學(xué)模塊的靈活實(shí)現(xiàn)以及有效結(jié)合，教學(xué)過(guò)程以理論教學(xué)和項(xiàng)目化的實(shí)踐教學(xué)兩條線(xiàn)索交叉貫穿與整個(gè)教學(xué)過(guò)程，并且兩大線(xiàn)索相互互為支撐，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力。圖2所示為模塊化教學(xué)體系的組織結(jié)構(gòu)圖。

1）理論教學(xué)體系

“信號(hào)處理類(lèi)”課程的理論教學(xué)是課程的核心，該類(lèi)課程的特點(diǎn)：一是理論性強(qiáng)。課程設(shè)計(jì)的微積分、復(fù)變函數(shù)與積分變換等眾多復(fù)雜的數(shù)學(xué)推理和計(jì)算;二是實(shí)踐性強(qiáng)，很多內(nèi)容都是和具體的工程應(yīng)用相關(guān);三是課程的系統(tǒng)性強(qiáng)，前后理論知識(shí)聯(lián)系緊密，其核心原理、性質(zhì)和應(yīng)用設(shè)計(jì)都離不開(kāi)系統(tǒng)模型?！靶盘?hào)處理類(lèi)”課程理論性強(qiáng)，在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，將各自課程獨(dú)立授課，忽略了課程內(nèi)容間的連貫性和銜接性，難以形成完整的知識(shí)體系?！靶盘?hào)處理類(lèi)”課程模塊化教學(xué)改革將相關(guān)專(zhuān)業(yè)課整合成具體的理論模塊，突出知識(shí)線(xiàn)索，注重核心知識(shí)點(diǎn)的講解，從而構(gòu)成一個(gè)完整的信號(hào)處理體系。并且在知識(shí)的講解過(guò)程中，通過(guò)引入具體的實(shí)際應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。此外，由于課程與課程之間有一些交叉的理論知識(shí)，在設(shè)計(jì)理論知識(shí)模塊時(shí)，剔除重復(fù)的知識(shí)內(nèi)容，從而減少理論課時(shí)，擴(kuò)充具體實(shí)踐項(xiàng)目的所占學(xué)時(shí)。

2）項(xiàng)目式教學(xué)體系

針對(duì)知識(shí)體系中的核心知識(shí)點(diǎn)，比如頻域分析、數(shù)字濾波等核心內(nèi)容，在實(shí)踐項(xiàng)目選取時(shí)選擇與核心知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系緊密的實(shí)踐項(xiàng)目，通過(guò)設(shè)定符合工程應(yīng)用背景的典型應(yīng)用問(wèn)題和實(shí)踐題目，通過(guò)資料查閱、課堂討論以及匯報(bào)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及制作等環(huán)節(jié)予以實(shí)施。圖3為項(xiàng)目式教學(xué)環(huán)節(jié)的具體實(shí)施步驟。項(xiàng)目式的實(shí)踐教學(xué)和組層遞進(jìn)的項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容，不僅可以促進(jìn)學(xué)生掌握課程間知識(shí)的銜接，從整體的角度構(gòu)建知識(shí)框架，并且有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。項(xiàng)目式的教學(xué)以小組協(xié)作的形式進(jìn)行實(shí)施，在合作的過(guò)程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力以及溝通能力。在項(xiàng)目開(kāi)張過(guò)程中，采用提出問(wèn)題“為什么”，通過(guò)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生可以得到“怎么做”，最后得到結(jié)果“是什么”的整個(gè)教學(xué)過(guò)程。比如“音頻信號(hào)的噪聲去除”項(xiàng)目，首先通過(guò)“為什么”引出頻域分析在信號(hào)處理中的應(yīng)用，通過(guò)分析相關(guān)頻譜，讓學(xué)生掌握音頻信號(hào)的高低頻分量分別表示聲音信號(hào)中的具體內(nèi)容。然后通過(guò)“怎么做”讓學(xué)生掌握頻域去噪的原理以及方法。最后得到結(jié)果“是什么”讓學(xué)生明白頻譜的含義以及應(yīng)用。

3 綜合考核和評(píng)價(jià)體系

在理論教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式構(gòu)建了課程教學(xué)網(wǎng)站。結(jié)合實(shí)際教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，設(shè)計(jì)了一套綜合考核和評(píng)價(jià)體系。開(kāi)展課程考核方法改革是順應(yīng)“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式變革的舉措之一。借助互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合課程的性質(zhì)與特點(diǎn)，力爭(zhēng)對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行全面檢測(cè)考核，講究實(shí)際效果;

1）考核全程化：學(xué)習(xí)的全過(guò)程中進(jìn)行考核;

2）考核隨時(shí)化：課上，課后，均可以隨時(shí)完成;

3）考核多樣化：提問(wèn)，討論，作業(yè)，搶答，出勤，互評(píng)，筆記，線(xiàn)上學(xué)習(xí)等等;

注重加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程考核，學(xué)生上課考勤，回答問(wèn)題等列入考核范圍，并在考

核分?jǐn)?shù)中占相應(yīng)比例。重視考核后信息的分析，處理和意見(jiàn)反饋。改變考試中成績(jī)比例和成績(jī)?cè)u(píng)定方法?？己顺煽?jī)組成為：總成績(jī)=過(guò)程考核成績(jī)×50%+期末考試成績(jī)×50%（其中過(guò)程考核成績(jī)和期末考試成績(jī)均為百分制）。

過(guò)程考核的具體要求：

1）出勤及課堂表現(xiàn)。出勤及表現(xiàn)考核貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，主要考核學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)態(tài)度，如出勤、課堂紀(jì)律、聽(tīng)課狀態(tài)、課堂互動(dòng)等情況，保證學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終成為主體。

2）平時(shí)作業(yè)。平時(shí)作業(yè)旨在鍛煉學(xué)生獨(dú)立完成教師根據(jù)課程內(nèi)容精選出的思考題、習(xí)題，督促學(xué)生課后對(duì)所授課程內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，加深其對(duì)理論知識(shí)的理解，便于后續(xù)內(nèi)容的順利進(jìn)行。在這一考核過(guò)程中尤其要注意學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)的情況，避免相互抄襲的現(xiàn)象。

3）章節(jié)測(cè)試。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)，章節(jié)測(cè)試，課堂練習(xí)，隨堂、隨機(jī)、分階段進(jìn)行，主要考核學(xué)生對(duì)各重點(diǎn)章節(jié)的掌握程度，對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)形成階段性的檢驗(yàn)，也對(duì)學(xué)生起到經(jīng)常性的督促作用，同時(shí)還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中和教學(xué)中存在的問(wèn)題，以便隨時(shí)采取措施彌補(bǔ)前一階段教學(xué)中的不足。

4）與實(shí)際操作相結(jié)合。根據(jù)教材和教學(xué)內(nèi)容，適時(shí)安排項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的動(dòng)手能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力給予適當(dāng)?shù)膶?shí)踐考核成績(jī)。

4 結(jié)論

針對(duì)“信號(hào)處理類(lèi)”課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題以及不足，提出了“信號(hào)處理類(lèi)”課程模塊化教學(xué)改革的探索思路以及具體的實(shí)施環(huán)節(jié)。為檢驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施情況和實(shí)際效果，分別對(duì)改革前和改革后的學(xué)生進(jìn)行了課程滿(mǎn)意度調(diào)查，引入模塊化教學(xué)改革后，學(xué)生的滿(mǎn)意度有明顯的增長(zhǎng)，并且就業(yè)率和考研上線(xiàn)率也有大幅提高。

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※基金項(xiàng)目：西安文理學(xué)院2019年教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JY2019JGA10）;2018年高等學(xué)校儀器類(lèi)專(zhuān)業(yè)新工科建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目（2018C017）。

作者簡(jiǎn)介：張變蓮（1979—），女，河南開(kāi)封人，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理。