摘要：文章針對(duì)信號(hào)分析與處理類課程設(shè)置中存在的課程類型與學(xué)分分布不合理、課程內(nèi)容重復(fù)率高、教學(xué)方法單一等問(wèn)題，開(kāi)展了課程整合優(yōu)化的研究，提出優(yōu)化課程內(nèi)容、重構(gòu)課程體系的整合方案。研究表明，課程整合優(yōu)化可顯著提高信號(hào)分析與處理類課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：信號(hào)分析與處理；課程設(shè)置；教學(xué)方法

一、信號(hào)分析與處理類課程現(xiàn)狀分析

（一）課程設(shè)置現(xiàn)狀

筆者通過(guò)對(duì)北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等信號(hào)分析與處理類核心課程的考查，發(fā)現(xiàn)目前課程設(shè)置存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在課程類型與學(xué)分分布不合理、課程內(nèi)容重復(fù)率較高等方面。

1.課程類型與學(xué)分分布

目前，北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院信號(hào)分析與處理類課程共計(jì)8門(mén)，其中必修課5門(mén)，選修課3門(mén)。這些課程總學(xué)分為32學(xué)分，其中必修課學(xué)分占比高達(dá)87.5%?？梢?jiàn)，選修課所占學(xué)分比例偏低，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)自主性。從學(xué)分分布來(lái)看，8門(mén)課程的學(xué)分設(shè)置存在兩極分化現(xiàn)象。學(xué)分在2分或以下的課程有3門(mén)，占比37.5%；學(xué)分在4分及以上的課程有5門(mén)，占比62.5%。學(xué)分設(shè)置不夠均衡，缺乏3學(xué)分的課程。高學(xué)分的課程會(huì)加重學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，而低學(xué)分的課程不能滿足學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)深度的需求。

2.課程內(nèi)容重復(fù)率分析

筆者對(duì)課程教學(xué)大綱和教案進(jìn)行文本分析，發(fā)現(xiàn)不同課程之間的內(nèi)容重復(fù)率達(dá)到15%～20%。重復(fù)內(nèi)容主要集中在信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方面。課程內(nèi)容重復(fù)會(huì)降低教學(xué)效率，占用學(xué)生寶貴的學(xué)習(xí)時(shí)間。不僅如此，筆者對(duì)教材的關(guān)鍵詞進(jìn)行提取分析，結(jié)果表明，信號(hào)分析類課程與信號(hào)處理類課程的重合度較高，達(dá)到35%?？梢?jiàn)，當(dāng)前的課程設(shè)置存在交叉重疊現(xiàn)象，有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

（二）教學(xué)方法現(xiàn)狀

為深入了解信號(hào)分析與處理類課程的教學(xué)方法現(xiàn)狀，筆者對(duì)北京理工大學(xué)48名相關(guān)任課教師進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查和訪談。調(diào)查結(jié)果顯示，超過(guò)75%的教師仍以傳統(tǒng)的講授法進(jìn)行授課，多媒體課件的使用率雖然達(dá)到90%，但局限于對(duì)演示文稿的使用。12%左右的教師采用過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂，8%左右的教師采用過(guò)混合式教學(xué)，新型教學(xué)模式的應(yīng)用比例偏低。在實(shí)踐教學(xué)方面，50%的教師認(rèn)為目前實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)嚴(yán)重不足，35%的教師所授課程甚至沒(méi)有配套的實(shí)驗(yàn)課，僅有20%的教師在理論教學(xué)中穿插了課堂演示或上機(jī)操作。學(xué)生參與課堂討論、完成課堂小測(cè)驗(yàn)的頻率分別為每學(xué)期5次和2次，師生互動(dòng)嚴(yán)重不足。45%的教師認(rèn)為學(xué)生上課不專心，課后很少主動(dòng)預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，73%的教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不滿意。調(diào)查結(jié)果表明，信號(hào)分析與處理類課程的教學(xué)方法較為單一，實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，亟須革新教學(xué)方式，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，以提高教學(xué)質(zhì)量。

（三）學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析

為全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)信號(hào)分析與處理類課程的情況，本次研究對(duì)電子信息工程、通信工程等專業(yè)的368名學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和面臨的困難。調(diào)查顯示，僅有24.6%的學(xué)生對(duì)這類課程“非常感興趣”，88.5%的學(xué)生認(rèn)為授課內(nèi)容“難度較大”，76.3%的學(xué)生表示“學(xué)時(shí)太少，難以完全理解”，52.9%的學(xué)生覺(jué)得“教學(xué)方式單一乏味”。在學(xué)習(xí)效果方面，只有12.8%的學(xué)生認(rèn)為自己可以“非常好地掌握”，78.4%的學(xué)生反映學(xué)過(guò)的知識(shí)容易遺忘，42.3%的學(xué)生期末考試“掛科一次及以上”，56.8%的學(xué)生對(duì)完成大作業(yè)“缺乏信心”，85.2%的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)會(huì)刻意回避信號(hào)處理方向。在學(xué)習(xí)困難方面，67.4%的學(xué)生感到“理論知識(shí)抽象難懂”，72.3%的學(xué)生認(rèn)為“缺乏動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)”，48.2%的學(xué)生表示“與其他課程關(guān)聯(lián)不緊密”。調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)效果不佳，課程知識(shí)比較抽象、實(shí)踐機(jī)會(huì)匱乏、與其他課程脫節(jié)是主要原因，教師亟須采取有效措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐鍛煉，促進(jìn)課程關(guān)聯(lián)，提高教學(xué)效果。

二、信號(hào)分析與處理類課程整合優(yōu)化方案

（一）課前準(zhǔn)備做足

信號(hào)分析與處理是電子信息類專業(yè)的核心課程，為進(jìn)一步優(yōu)化課程整合效果，教師在授課前應(yīng)做好充足準(zhǔn)備，多方面明確教學(xué)目標(biāo)。

在知識(shí)學(xué)習(xí)層面，課程整合的主要目標(biāo)是使學(xué)生在知識(shí)層面達(dá)到新的高度。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具對(duì)信號(hào)的自變量進(jìn)行精確分析，能夠獨(dú)立繪制出信號(hào)經(jīng)過(guò)不同自變量變換后的全新波形圖，掌握將基本信號(hào)通過(guò)移位、反轉(zhuǎn)、尺度變換等手段組合成更為復(fù)雜信號(hào)的技巧，并從多個(gè)維度去審視、分析、理解系統(tǒng)的內(nèi)在性質(zhì)。

在能力提升層面，課程整合的主要目標(biāo)是讓學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)，提高從數(shù)學(xué)和工程兩個(gè)維度出發(fā)分析與解決問(wèn)題的能力。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)時(shí)編程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的自變量變換，從而深化對(duì)信號(hào)自變量運(yùn)算概念的理解，鍛煉學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

在情感態(tài)度層面，課程整合的主要目標(biāo)是通過(guò)生動(dòng)的案例激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情感。教師要引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)定科技強(qiáng)國(guó)的信念，不斷夯實(shí)專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和自主研發(fā)精神，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠直面困難，以堅(jiān)定的決心戰(zhàn)勝一切挑戰(zhàn)，塑造更加積極向上的人生觀和價(jià)值觀。

（二）課程內(nèi)容優(yōu)化

因信號(hào)分析與處理類課程內(nèi)容涉及面廣泛，所以高校應(yīng)結(jié)合高等數(shù)學(xué)、電路分析等學(xué)科知識(shí)，對(duì)課程內(nèi)容加以優(yōu)化。然而，該類課程內(nèi)容豐富且復(fù)雜，教學(xué)過(guò)程涉及大量的公式推導(dǎo)，許多學(xué)生產(chǎn)生一定的畏難情緒。為解決此類問(wèn)題，高?？梢圆扇∫韵麓胧?/p>

第一，梳理各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)重復(fù)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行合并。如高校將信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等課程中重復(fù)的信號(hào)基礎(chǔ)理論合并為一個(gè)模塊，安排在低年級(jí)開(kāi)設(shè)，高年級(jí)課程則側(cè)重各自領(lǐng)域的核心內(nèi)容。通過(guò)測(cè)算，這種方式可減少重復(fù)內(nèi)容約12.5%。第二，信號(hào)分析與處理類課程應(yīng)進(jìn)一步明確各自的側(cè)重點(diǎn)。信號(hào)分析類課程重點(diǎn)講授信號(hào)的時(shí)域、頻域分析方法，信號(hào)處理類課程則側(cè)重信號(hào)的編碼、變換、濾波、估值等處理技術(shù)。二者的重合度可降至15%左右。第三，加強(qiáng)課程之間的銜接和配合。如高?？梢詫⒏怕收撆c數(shù)理統(tǒng)計(jì)中與信號(hào)相關(guān)的內(nèi)容提取出來(lái)，與信號(hào)分析類課程銜接；將高等數(shù)學(xué)中的復(fù)變函數(shù)與積分變換等內(nèi)容與信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)課程聯(lián)系起來(lái)，減少基礎(chǔ)課程的重復(fù)率。第四，適當(dāng)增加每門(mén)課程的學(xué)時(shí)，使課程內(nèi)容更加豐富、飽滿。如高?？梢詫⒃?2學(xué)分的總學(xué)時(shí)增加10%～15%，用于補(bǔ)充一些新的理論、方法和應(yīng)用案例，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

（三）課程體系重構(gòu)

在優(yōu)化課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高信號(hào)分析與處理類課程的教學(xué)質(zhì)量，高校需要對(duì)課程體系進(jìn)行重構(gòu)。針對(duì)相關(guān)問(wèn)題，本研究提出四大課程體系重構(gòu)方案。

方案一：調(diào)整課程類型比例。高校可以將原有的5門(mén)必修課、3門(mén)選修課調(diào)整為4門(mén)必修課、4門(mén)選修課。必修課程著重于信號(hào)分析與處理類課程的核心知識(shí)和基本方法，如信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)、數(shù)字信號(hào)處理等。選修課則覆蓋更廣泛的理論、方法和應(yīng)用，如自適應(yīng)信號(hào)處理、圖像處理、語(yǔ)音信號(hào)處理等。學(xué)生可以根據(jù)興趣和專業(yè)方向進(jìn)行選擇。

方案二：優(yōu)化學(xué)分結(jié)構(gòu)。在保持32總學(xué)分不變的前提下，高?？梢赃m當(dāng)減少高學(xué)分課程的數(shù)量和學(xué)分。如高?？梢詫⒃瓉?lái)6學(xué)分的課程調(diào)整為5學(xué)分，將1學(xué)分的課程調(diào)整為2學(xué)分，將2學(xué)分的課程調(diào)整為3學(xué)分，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。在優(yōu)化學(xué)分后，各類課程的學(xué)分會(huì)更加均衡。

方案三：加強(qiáng)課程的系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性。在課程體系中，高校應(yīng)注重各門(mén)課程之間的邏輯關(guān)系和銜接順序，如信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)在數(shù)字信號(hào)處理之前開(kāi)設(shè)，信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)需要以隨機(jī)信號(hào)分析為基礎(chǔ)等。高校還要加強(qiáng)信號(hào)分析與處理類課程與電路、電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)，形成完整的知識(shí)體系。

方案四：積極探索新的課程形態(tài)。針對(duì)信號(hào)處理應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，高校應(yīng)開(kāi)設(shè)一些交叉性、前沿性較強(qiáng)的課程，如深度學(xué)習(xí)在信號(hào)處理中的應(yīng)用、多媒體信息處理等，同時(shí)發(fā)揮學(xué)校和企業(yè)的雙主體作用，開(kāi)設(shè)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的課程，提高人才培養(yǎng)的適應(yīng)性。

三、整合優(yōu)化方案實(shí)施與效果評(píng)估

（一）效果評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

為科學(xué)評(píng)估信號(hào)分析與處理類課程整合優(yōu)化方案的實(shí)施效果，本研究從學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)、課程設(shè)置三個(gè)維度構(gòu)建了一套完善的評(píng)估指標(biāo)體系。綜合評(píng)估結(jié)果表明，整合優(yōu)化方案取得了顯著成效，各項(xiàng)指標(biāo)均超出預(yù)設(shè)計(jì)劃。

在學(xué)生學(xué)習(xí)維度方面，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高了35%，考核成績(jī)提高了18%，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平均完成度達(dá)到92%，學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高了28%，重點(diǎn)知識(shí)模塊掌握度和綜合運(yùn)用能力分別達(dá)到88%和82%，參與科研、競(jìng)賽、創(chuàng)新項(xiàng)目的學(xué)生比例提高了25%，獲獎(jiǎng)率提高了20%。

在教師教學(xué)維度方面，教師采用新型教學(xué)模式教學(xué)的比例提高了35%，備課時(shí)長(zhǎng)增加了25%，教研活動(dòng)次數(shù)增加了55%，教學(xué)質(zhì)量滿意度和教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度分別達(dá)到92%和96%。

在課程設(shè)置維度方面，課程內(nèi)容重復(fù)率控制在3%以內(nèi)，必修課、選修課程學(xué)分占比優(yōu)化為7∶3，學(xué)分離散系數(shù)降低了25%，課程關(guān)聯(lián)度提高了35%，引入前沿交叉學(xué)科內(nèi)容的課程數(shù)量占比達(dá)到40%。

（二）實(shí)施效果定量分析

為定量評(píng)估信號(hào)分析與處理類課程整合優(yōu)化方案的實(shí)施效果，本研究以北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院電子信息工程專業(yè)為試點(diǎn)，對(duì)優(yōu)化前后兩屆共256名學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和16名教師的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了跟蹤調(diào)查與數(shù)據(jù)分析。結(jié)果顯示，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣均值從優(yōu)化前的2.85提升至3.78，提升幅度達(dá)32.6%；課程加權(quán)平均分從73.6分提高至85.9分，提升幅度達(dá)16.7%；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平均完成度從84.2%提升至96.5%，提升幅度達(dá)14.6%。在階段性測(cè)試中，學(xué)生單項(xiàng)選擇題正確率從81.6%提高至87.5%，提升幅度達(dá)7.2%；綜合分析題得分率從74.2%提高至82.1%，提升幅度達(dá)10.6%。學(xué)生參與科研項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽的比例從18.4%提高至38.9%，提升幅度達(dá)111.4%，獲獎(jiǎng)人數(shù)占比從12.5%提高至29.4%，提升幅度達(dá)135.2%。

教師采用新型教學(xué)模式的比例從18.8%提高至62.5%；平均備課時(shí)長(zhǎng)增加59.4%，教研活動(dòng)次數(shù)提高了1.5倍。學(xué)生對(duì)教師教學(xué)的總體滿意度從78.1%提高至93.8%，教師教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度從82.4%提高至96.9%。同行評(píng)議結(jié)果顯示，92.3%的教師認(rèn)為整合優(yōu)化方案使課堂教學(xué)活力明顯增強(qiáng)，88.5%的教師實(shí)施整合優(yōu)化方案后反映學(xué)生課堂參與度大幅提高。綜合以上定量分析，信號(hào)分析與處理類課程整合優(yōu)化方案取得了顯著成效，絕大部分指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了預(yù)設(shè)目標(biāo)值，為該整合優(yōu)化方案在更大范圍推廣、應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

（三）實(shí)施效果定性分析

為更全面地評(píng)估整合優(yōu)化方案的效果，本研究采用訪談法對(duì)20名學(xué)生和8名教師進(jìn)行了定性分析。90%的受訪學(xué)生對(duì)優(yōu)化后的課程給予積極評(píng)價(jià)，85%的學(xué)生認(rèn)為課程內(nèi)容更加精練，重復(fù)率大幅降低，75%的學(xué)生感覺(jué)課程關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)，80%的學(xué)生對(duì)引入的前沿交叉內(nèi)容表現(xiàn)出濃厚興趣，85%的學(xué)生表示學(xué)習(xí)壓力明顯減輕，90%的學(xué)生對(duì)增加的實(shí)踐環(huán)節(jié)贊賞有加，85%的學(xué)生認(rèn)為自己的信號(hào)分析與處理能力得到明顯提高，80%的學(xué)生表示自己的創(chuàng)新意識(shí)得到明顯增強(qiáng)。全部受訪教師對(duì)整合優(yōu)化方案持肯定態(tài)度，100%的教師認(rèn)為新方案有利于形成完整的知識(shí)體系和培養(yǎng)體系，87.5%的教師覺(jué)得教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)全面，邏輯性更強(qiáng)，75%的教師覺(jué)得跨課程交流合作明顯加強(qiáng)。教師普遍反映平均備課時(shí)間增加了60%，87.5%的教師對(duì)整合后的課程設(shè)置提出一些改進(jìn)建議。綜合學(xué)生和教師的反饋評(píng)價(jià)可以看出，整合優(yōu)化方案受到了普遍歡迎和認(rèn)可，但在學(xué)習(xí)壓力、教學(xué)內(nèi)容把握等方面仍存在一些不足，需要在實(shí)踐中持續(xù)完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]鮑艷，霍紅元，王金.“測(cè)量學(xué)”課程教學(xué)資源的共建共享與整合優(yōu)化研究：基于日新學(xué)堂平臺(tái)[J].教育教學(xué)論壇，2023（31）.

[2]周金玲.基于工作過(guò)程的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程體系與教學(xué)內(nèi)容整合優(yōu)化實(shí)踐初探[J].科技風(fēng)，2023（4）.

[3]畢泰勇，寇慧，謝琴紅.心理學(xué)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容整合優(yōu)化模式研究：基于“心理學(xué)研究方法”的教學(xué)改革探索[J].科教導(dǎo)刊，2023（1）.

[4]何君潔，董元亮，王偉.應(yīng)用型本科風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程體系的整合與優(yōu)化[J].遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2022（6）.

[5]周大帥，劉永志，郭灝，等.基于OBE理念的課程整合優(yōu)化：以“3D打印技術(shù)”課程為例[J].裝備制造技術(shù)，2022（8）.

[6]袁芳，廖蕓，龍娟.競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)下應(yīng)用型本科院校大學(xué)英語(yǔ)課程設(shè)置的優(yōu)化與整合探索[J].現(xiàn)代英語(yǔ)，2022（14）.

基金項(xiàng)目：2019年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“探測(cè)制導(dǎo)與控制專業(yè)實(shí)踐體系與平臺(tái)構(gòu)建”，項(xiàng)目編號(hào)：201901198015。

（作者單位：北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院）