“信号与信息处理”课程群教学改革论文

“信号与信息处理”课程群教学改革论文

“信号与信息处理”课程群教学改革论文

“信号与信息处理”课程群教学改革论文【1】

摘要：课程群建设是当前课程改革和建设的热点。

基于课程群内涵界定原则探讨了“信号与信息处理”课程群教学改革研究。

以“数字信号处理”课程为核心，在横向上将“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术与应用”三门本科学历教育课程有机整合，建立新的教学体系，并形成与之配套的教学模式及方法，使学生打牢宽广扎实的信号处理基础知识。

在纵向上，改革建设“数字信号处理(本科)”、“数字信号处理(硕士)”和“现代数字信号处理”课程，使学生知识体系向纵深拓展，培养高端研究型人才。

关键词：信号与信息处理;课程群;课程改革

按照高等院校教育模式转型的要求，人才培养模式正在由单专业岗位型向厚基础宽口径型转变。

为了适应这种转变，高等院校的课程设置也应该进行相应的调整与改革。

课程群教学方法正是对教学过程中的教育思想、课程体系、教学内容、教学方法等进行全面改革，对于培养21世纪高素质的新型人才具有重要而深远的影响。

在海军工程大学电气电子类专业信号与信息处理类课程的本科、硕士、博士系列教学实践中存在如下问题：部分课程内容有重叠，衔接不流畅，如“信号与系统”、“数字信号处理”课程均用较多的篇幅讨论了z变换和抽样定理;课程理论推导多，应用实例少，学生对课程的实用性产生疑惑;部分电气类研究生在信号处理基础知识的掌握上有欠缺，影响了后续学术研究的深度。

基于以上教学过程中的实际问题，以学科专业的优化、课程体系的构建和学生知识结构的形成为目标，课题组进行了“信号与信息处

理”课程群教学改革研究，在教育思想、课程体系、教学内容等方面取得了初步成效。

一、课程群内涵研究

课程群是与单门课程相对应的一种课程建设模式，国内高校进行课程群建设至今已有十多年的历史。

1990年，北京理工大学基于“在课程建设中应当以教学计划的整体优化为目标”，提出要注重“课群”(课程群的早期称谓)的研究与建设之后，一些高校陆续开展了虽名称相同或相似但差异较大的课程群建设的实践。

为达成共识，提高课程群建设的质量，国内各高校教学管理人员及教师对课程群的内涵进行了理论探讨。

[1]一般认为，课程群是以单门课程为基础，整合两门或以上内容相关联或程度逐步加深的课程组成一个结构合理、层次清晰、课程间相互连接、相互配合、相互照应的连环式课程群体。

课程群具有两大属性：一是关联性。

课程群虽以课程间的知识、方法、问题等逻辑联系为结合点，但在课程群建设未实施前，这一关联尚属内隐。

伴随课程群建设，这一关联不断外化，并在实际教学中促使学生的认知迁移达到贯通。

二是整合性。

课程群通过对课程的重新规划、设计填补原先课程间的空白，删除原先课程间的重复内容，体现群内一门课程对另一门课程的意义，并使学生更好地把握一门课程与其他课程以及整个课程群的关系，从而达到整体大于部分之和的效益。

基于课程群内涵界定原则，需要建设“信号与信息处理”课程群。

通过对课程的重新规划、设计填补原先课程间的空白，删除原先课程间的重复，体现群内一门课程对另一门课程的意义，并使学生更好地把握一门课程与其他课程以及整个课程群的关系，从而达到少学时的整体教学效果大于多学时分散式多课程的教学效果。

具体而言，课程群以“数字信号处理”课程的基本理论为核心，

在横向上将“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术与应用”三门本科学历教育课程进行有机整合，优化实验课程内容，建立新的教学体系，并形成与之配套的教学模式及方法，使学生打牢宽广扎实的信号处理基础知识，并从理论学习上升到实际应用，形成完整的系统概念，掌握便捷的分析与设计方法，有效培养学生获取新知识、应用新知识的能力，从而全面提高学生的素质。

纵向上，改革建设“数字信号处理(本科)”、“数字信号处理(硕士)”、“现代数字信号处理(博士)”和“DSP技术与应用”课程，使学生知识体系向纵深拓展，培养高端研究型人才。

课程群结构框图如图1所示。

图1“信号与信息处理”课程群结构框图

二、课程体系的改革

1.本科学历教育的横向课程建设

设计的课程群的本科阶段包含“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术及应用”三门课程。

“数字信号处理”是信息科学的重要组成部分，是工科专业的共同基础。

“信号与系统”是“数字信号处理”课程的前导课，也是连接信息处理领域理论与应用的重要基础课程。

“DSP技术与应用”讲授数字信号处理器的软硬件开发，属于实践与应用课程。

三门从理论学习上升到实际应用，形成相互连接与照应的整体。

根据授课对象的不同进行有针对性的体系建设。

海军工程大学“信号与信息处理”课程群的本科授课对象有两类：一类是电子、通信类专业;一类是电气、控制类专业。

电子、通信类专业信号处理的对象主要是弱电信号，对理论深度的要求比较高，因此分别开设了70学时的“信号与系统”课程和50学时的“数字信号处理”课程，课程设计时注重理论计算法的深入探讨，更新、增加应用实例(例如调制解调)，加强在通信、雷达、声纳等传统信号处理领域中的应用分析，拓宽学生视野。

“DSP技术与应用”课程以TI公司的C5000系列芯片为对象，以语音处理的实现为实践内容，讲授DSP的应用。

电气、控制类专业属于强电领域，信号处理在该领域的应用属于交叉学科，对信号处理的理论深度要求稍低，在课程设置时没有将“信号与系统”作为先导，同时将“数字信号处理”扩充为60学时。

首先用16个学时给学生补充信号分析与系统分析的相关基础知识，并适当降低知识点的理论深度，注重实际应用(如滤波器设计中直接讲授滤波器设计指标和MATLAB设计方法，略去理论分析)。

另外，电气控制类专业涉及的强电信号频率相对较低，信号幅值较高，而且多为缓变信号，对信号的采用频率、算法的精度、实时性要求不高。

在实际讲授中，着重强调傅氏变换在频率测量方面的应用，略去拉氏变换在电路求解方面的应用，加强数字部分，将状态空间移至”自动控制原理”课程讲授。

为改革课程使之更切合电气控制类专业，编写了适合该类专业的信号处理入门基础课程教材《数字信号处理》，[2]并于2011年5月由机械工业出版社正式出版，目前已经在两届学生中使用，学生反映教材深入浅出，理论联系实际效果好。

相应的“DSP技术与应用”课程以TI公司的C2000系列芯片为对象，以马达控制的实现为实践内容，讲授DSP的应用。

2.本科及研究生教学的纵向课程建设

现代数字信号处理是一门发展迅速的前沿交叉性学科，它在经典的数字信号处理的理论和算法方面进一步扩展，其基本内容一般分为硕士和博士两个阶段讲授。

硕士讲授内容一般为最小二乘滤波器、自适应滤波器、功率谱估计和同态信号处理，博士讲授内容一般为高阶谱估计、短时傅里叶变换、小波变换、维格纳分布和多速率信号处理。

同样地，由于学科发展的历史原因，现代数字信号处理大部分教材在内容、深度以及联系实际应用等方面基本上以通信、电子类专业研究生为研究对象，而极少以电气自动化和机械工程专业研究生为对