应用型地方本科院校测控专业“信号处理类”课程模块化教学改革探索　

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　　【摘 要】围绕西安文理学院“互联网+”课堂教学模式改革，结合测控技术与仪器专业人才培养目标，针对目前信号处理类课程教学中存在的教学问题以及不足，提出了“测控专业信号处理类课程模块化教学改革”新思路。该教学模式由课堂讲解、MATLAB仿真作业、线上作业、分组讨论、项目设计以及实施、项目答辩等环节构成的模块化教学体系，在该教学体系中，以专业能力培养目标需求以及实践能力培养为导向，将理论教学与项目化教学有机地结合在一起，以锻炼学生运用所学知识解决实际信号处理的能力，并建立多种信息反馈的综合考核和评价体系对人才培养过程进行评价，从而对教学改革进行进一步的优化调整，最终在知识目标、情感目标以及能力目标方面达到人才培养目标要求。
　　【关键词】信号处理类课程;模块化教学改革;项目式教学
　　中图分类号： G642.0;G420 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）11-0242-003
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.116
　　0 引言
　　近年来，随着计算机技术和半导体技术的发展，信号处理技术得到了快速发展，并广泛应用于电信、航空航天、控制等各种领域，信号处理类课程已逐步成为自动控制、模式识别、計算机应用等学科的重要选修或者必修课程。在测控专业中，信号与系统、数字信号处理是关系最为紧密的专业基础课程，同时也是语音以及数字图像处理、DSP技术及应用等课程的前续课程。信号与系统、数字信号处理及相关课程具有以下特点：一是课程间有很大的相通之处，但是又具有各自的侧重点;二是课程内容抽象，学生难以理解，均使用抽象的数字符号描述信号分析与处理的过程;三是内容丰富，包括信号处理的基本原理、基本分析方法基本处理技术及典型应用;四是工程实践性强，课程内容和实际的信号处理工程联系紧密。
　　基于信号处理类课程的特点，传统的教学方法在测控以及相关专业的教学效果并不理想。首先，由于信号处理类课程的内容抽象并且数学应用较多，学生难以结合实际，导致理解上有困难。其次，虽然课程中具有一些典型应用以及相关的实验课程，但是实验仅仅是利用MATLAB软件做一些仿真或者在现有的实验箱上完成一些波形的测试，与实际的工程应用有很大的差距，导致学生仅仅是根据指导书上的实验步骤完成实验内容，对信号处理的实质并没有进行深入的理解，对后续的课程如数字图像处理、DSP等课程的学习有一定的困难，仅仅停留在一门或者几门课程的孤立认识上，难以实现对信号分析类课程的一个完整的结合和理解。[1]
　　信号处理类课程模块化教学改革旨在解决当前的教学方法中存在的学生的积极性不足问题。模块化教学法通过在理论教学的基础上通过引入实用性、创新性的项目来激发学生的学习兴趣，提高学生对课程的理解以及掌握信号处理类课程在工程中的实际应用，将课本知识和工程实践有机的结合起来，模块化教学法通过选取与相关课程紧密联系的综合性项目，按照“提出问题、分析问题、制定计划、实施计划、完成报告”来规范和组织教学活动，学生在项目的实施过程中能够建立完整的知识体系，并且从宏观层面上理解和掌握不同课程之间的相互联系，避免产生学习单门课程而产生的孤立性和盲目性，最终达到提高学生对该类课程的理解以及工程实践操作的能力，为学生考研、参加相关的科技竞赛以及以后的就业打下良好的基础。
　　1 模块化教学体系的构建
　　西安文理学院作为一所地方性、应用型的本科院校，一直致力于支持并推广开展“新工科”建设以及相关的教育教学改革与创新工作，从而开展“互联网+”课堂教学模式改革，并且着重将理论学习与项目实践有机地结合在一起，着重从工程基础知识、个人能力、团队协作能力以及工程实践能力等方面培养工程技术人员。在此背景下以及前期的信号与系统重点课程改革的基础上，本文提出了信号处理类课程模块化教学改革模型。图1所示为该教学改革的教学体系以及培养目标。测控技术与仪器专业2018版的人才培养要求在工程知识、问题分析、设计开发/解决方案、研究、个人和团队等方面都有着新的培养目标和培养要求，该教学改革的教学体系可以在知识目标、能力目标和情感目标方面达到毕业要求所具有的既定目标。
　　基于该模型，将信号与系统以及数字信号处理课程的知识体系划分为理论教学和基于项目的实践教学两大模块。理论教学部分是整个课程体系的基础，针对信号处理类的课程较抽象，数学应用多的特点，在理论知识的讲解上，突出主要的知识线索，注重核心知识点的深入讲解。针对核心知识点，如信号与系统的频域分析以及频谱的概念，在讲解时将学生可见、可听的图像的频谱以及声音的频谱引入到课堂当中，减少理论知识部分的枯燥性和乏味性，将课堂变得生动起来。而信号处理类课程知识体系中与实际工程应用联系较紧密的内容，比如频域分析、数字滤波等内容，则穿插引入符合工程应用背景的典型应用问题和实践题目，通过查阅资料、课堂讨论及回报、项目设计等环节予以实施。
　　2 模块化教学体系的实施
　　“信号处理类”课程模块化教学改革的核心是实现各教学模块的灵活实现以及有效结合，教学过程以理论教学和项目化的实践教学两条线索交叉贯穿与整个教学过程，并且两大线索相互互为支撑，使学生在学习理论知识的过程中培养学生其分析问题和解决问题的综合能力。图2所示为模块化教学体系的组织结构图。
　　1）理论教学体系
　　“信号处理类”课程的理论教学是课程的核心，该类课程的特点：一是理论性强。课程设计的微积分、复变函数与积分变换等众多复杂的数学推理和计算;二是实践性强，很多内容都是和具体的工程应用相关;三是课程的系统性强，前后理论知识联系紧密，其核心原理、性质和应用设计都离不开系统模型。“信号处理类”课程理论性强，在传统教学过程中，将各自课程独立授课，忽略了课程内容间的连贯性和衔接性，难以形成完整的知识体系。“信号处理类”课程模块化教学改革将相关专业课整合成具体的理论模块，突出知识线索，注重核心知识点的讲解，从而构成一个完整的信号处理体系。并且在知识的讲解过程中，通过引入具体的实际应用，加深学生对理论知识的理解。此外，由于课程与课程之间有一些交叉的理论知识，在设计理论知识模块时，剔除重复的知识内容，从而减少理论课时，扩充具体实践项目的所占学时。 　　2）项目式教学体系
　　针对知识体系中的核心知识点，比如频域分析、数字滤波等核心内容，在实践项目选取时选择与核心知识点联系紧密的实践项目，通过设定符合工程应用背景的典型应用问题和实践题目，通过资料查阅、课堂讨论以及汇报、项目设计以及制作等环节予以实施。图3为项目式教学环节的具体实施步骤。项目式的实践教学和组层递进的项目实践内容，不仅可以促进学生掌握课程间知识的衔接，从整体的角度构建知识框架，并且有助于培养学生的逻辑分析能力以及分析问题和解决问题的能力。项目式的教学以小组协作的形式进行实施，在合作的过程中可以培养学生的团队合作能力以及沟通能力。在项目开张过程中，采用提出问题“为什么”，通过实践过程中，学生可以得到“怎么做”，最后得到结果“是什么”的整个教学过程。比如“音频信号的噪声去除”项目，首先通过“为什么”引出频域分析在信号处理中的应用，通过分析相关频谱，让学生掌握音频信号的高低频分量分别表示声音信号中的具体内容。然后通过“怎么做”让学生掌握频域去噪的原理以及方法。最后得到结果“是什么”让学生明白频谱的含义以及应用。
　　3 综合考核和评价体系
　　在理论教学和项目式教学的基础上，结合网络教学模式构建了课程教学网站。结合实际教学和网络教学，设计了一套综合考核和评价体系。开展课程考核方法改革是顺应“以学生发展为中心”的教学方式与学习方式变革的举措之一。借助互联网教学平台，结合课程的性质与特点，力争对学生的知识、能力、素质进行全面检测考核，讲究实际效果;
　　1）考核全程化：学习的全过程中进行考核;
　　2）考核随时化：课上，课后，均可以随时完成;
　　3）考核多样化：提问，讨论，作业，抢答，出勤，互评，笔记，线上学习等等;
　　注重加强学习过程考核，学生上课考勤，回答问题等列入考核范围，并在考
　　核分数中占相应比例。重视考核后信息的分析，处理和意见反馈。改变考试中成绩比例和成绩评定方法。考核成绩组成为：总成績=过程考核成绩×50%+期末考试成绩×50%（其中过程考核成绩和期末考试成绩均为百分制）。
　　过程考核的具体要求：
　　1）出勤及课堂表现。出勤及表现考核贯穿整个学习过程，主要考核学生在学习过程中的学习积极性、学习态度，如出勤、课堂纪律、听课状态、课堂互动等情况，保证学生在整个教学过程中始终成为主体。
　　2）平时作业。平时作业旨在锻炼学生独立完成教师根据课程内容精选出的思考题、习题，督促学生课后对所授课程内容进行复习，加深其对理论知识的理解，便于后续内容的顺利进行。在这一考核过程中尤其要注意学生独立完成作业的情况，避免相互抄袭的现象。
　　3）章节测试。借助学习通平台，章节测试，课堂练习，随堂、随机、分阶段进行，主要考核学生对各重点章节的掌握程度，对学生的平时学习形成阶段性的检验，也对学生起到经常性的督促作用，同时还能及时发现学生学习中和教学中存在的问题，以便随时采取措施弥补前一阶段教学中的不足。
　　4）与实际操作相结合。根据教材和教学内容，适时安排项目式实践教学内容，根据学生的动手能力以及团队合作的能力给予适当的实践考核成绩。
　　4 结论
　　针对“信号处理类”课程教学过程中存在的问题以及不足，提出了“信号处理类”课程模块化教学改革的探索思路以及具体的实施环节。为检验教学改革实施情况和实际效果，分别对改革前和改革后的学生进行了课程满意度调查，引入模块化教学改革后，学生的满意度有明显的增长，并且就业率和考研上线率也有大幅提高。
　　【参考文献】
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　　※基金项目：西安文理学院2019年教学改革研究项目（JY2019JGA10）;2018年高等学校仪器类专业新工科建设立项项目（2018C017）。
　　作者简介：张变莲（1979—），女，河南开封人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为数字图像处理。
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