“信号与系统”和“数字信号处理”优化整合的研究与探索

李洪璠+刘柏峰+汪源

【摘要】本文对电子信息类专业的两门重要课程从课程内容、课程体系、辅助工具、现代教学手段、教学方法、师资队伍建设等方面进行优化整合的研究与探索。对新课程体系“信号与系统的分析与处理”的建立起到重要指导作用。

【关键词】信号与系统 数字信号处理 课程体系 虚拟仿真 优化整合

【基金项目】海南省教育厅教学改革项目（Hnjg20162D-20）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）28-0253-01

引言

隨着信息产业的迅猛发展，数字信号处理理论及实现方法成为重要研究内容，并被广泛应用于语音处理、图像处理、模式识别、自动控制等领域[1]。一直以来以“工程数学”为理论基础的“信号与系统”和“数字信号处理”理论知识点相互衔接非常紧密，并且具有实践性强的特点。因而，将两门课程独立进行教学内容的优化及教学方法的改革都是不切合实际的，不但浪费时间，而且还淡化了课程特点，造成学生学习效率低下、动手实践及创新能力弱等后果[2]。整合前两课的教学各自为政，存在授课内容重复、衔接不合理、综合不够等问题，这些问题随着教学计划的修改和课时的减小而更加突出[3]。对此，本文从“两门课程实际教学中存在的问题出发，对师资队伍建设、教学方法和手段、课程内容、教学辅助工具等方面进行优化整合。

1.教学内容的优化整合

“信号与系统”与“数字信号处理”是我院电子、通信、海洋等专业的核心课程。根据我院现有的人才培养方案，对其课程进行合并，创建新的课程体系。要求对两门课程的学时做重新的调整和规划，突出理论和实践并重。对此，需要对两门课程内容进行整理、归纳。主要是去掉课程中重叠的内容，突出重点内容，取两门课程的精髓，经过有效合理的优化整合，科学构建新的课程体系。

（1）在课程内容的选择上，将现有的两门课程知识点进行重新梳理，归纳为信号分析处理、系统分析综合这样两大部分。即一部分讲信号分析与处理。从物理意义和数学表达方面对各种信号进行详细分析；一部分讲系统分析与综合，以系统综合为目的，阐述系统分析和设计。综合课程为《信号与系统的分析与处理》，即学完信号再学系统，把所学知识有机结合起来。整合后连贯的课程内容也进一步提高教学质量。

（2）在教材体系上，整合后教材配备同步实践教程。编写适合我院学生特点的基础性实验和具有设计性、创新性的课程设计指导书。目前，我院单门课程的网络视频资源都已建设完成，下一步加强两本课程的综合性实验、实践网络教学平台建设和使用。要想把这两门课程建成体系，还必须加入DSP技术，为学生开设以实验为主要内容的“DSP技术”课，让学生在良好的环境里，有效的把理论和实践结合起来，并能在工程环境得以实现。

（3）在辅助工具上，注重计算机仿真软件的运行，充分利用教材所提供的例题和习题，要求学生熟练地使用MATLAB或者LabVIEW这一类虚拟仿真软件，对课程所要求的内容，进行实验和仿真，在上机课时可以对其进行反馈。或者教学中可以采用一些为课程量身订做的课程套件。如由NI开发的针对信号处理、信号与系统、通讯原理等课程的“信号处理实验室”（Signal Processing Lab-C），包含大部分基础到高级的信号处理知识点的演示程序。有助于教学演示使用，帮助学生理解枯燥的理论，更注重基本理论、概念、方法的分析和处理，进一步提高学习兴趣和效果。

2.注重枯燥理论性课程教学中教学方法的多样化

（1）类比归纳法：这两门课程实际是分别对模拟及数字信号与系统进行介绍，模拟和数字总是可以互相转换，又相互关联。因此，在教学中需把课程中具有一定相关性的内容进行整理、归纳、类比教学。让学生在比较、归纳中学习新知识，从而激发学生学习兴趣，易于学生接受新的教学内容，同时又复习和巩固学过的知识点，能达到较好的教学效果。

（2）引导启发式教学法：在理论性较强的“信号与系统”和“数字信号处理”这两门课的教学中应注重对学生的引导和启发。比如在间接法设计IIRDF中讨论双线性变换法和脉冲响应不变法性能里应引导学生通过H（z）收敛域（极点在Z平面单位圆内）确定与Ha（S）收敛域（极点在S平面左半平面）对应关系。

（3）项目式教学法：这两门课程的大部分习题特点是理论计算为主，从习题求解的反馈上可见，死套公式和抄袭现象严重。为提高学生兴趣，采用项目的形式给学生布置任务。把学生3-4人分成一组，教师可以直接给出项目，也可以学生自主收集与本课程内容相关、与实际问题相结合的课题。小组内研究、讨论，进行程序编写调试、分析解决问题、给出结论、最后教师点评总结。这种项目式教学法可以增长学生的见识，加强学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的团队合作精神，促进理论和实际结合。

总之，教学方法是多样化的，应根据学生理解知识的能力和特点，灵活采用教学方法，从而提高教学质量。

3.积极采用现代教育手段

（1）利用网络教学平台，把收集的教学资料与自身的教学经验进行融会贯通，创建适合我院学生特点的一套教学资源，包括教学大纲、电子课件、授课视频、课后习题讲解、历年考试真题等等。

（2）任课教师创建自己主页，在网上发布电子教案，提供参考书目，进行答疑和讨论，提交和批改作业，发布实验及其安排，刊登历年的考试题和答案，披露问卷调查的统计结果，等等[4]。

（3）有效利用计算机。例如信号滤波部分，若一味的讲理论、公式，学生很难形象的理解。如果能利用MATLAB或者LabVIEW这类的虚拟仿真软件进行编程、仿真，通过实际波形进行演示，可以让学生更透彻的理解滤波的本质，也能提高学生学习的兴趣。

现代教育技术，仅仅是手段，而不是目的。教师在教学过程中应认真总结、反复实践，有效合理地利用现代教育手段提高教学质量、改善教学效果。

4.师资队伍整合建设

新课程体系要求授课教师均讲授过这两门课程，对课程内容了如指掌，这样才能对新课程把握的游刃有余。为保证两课的优化整合改革，要建立新课程体系课程组，具有良好的比例的职称结构体系，分工明确，各负其责。

具体措施：

（1）定期进行课前讨论，讨论教学大纲和教材内容的取舍、教学内容的组织和安排。

（2）每周进行教学方法研究和讨论，互相观摩教学。

（3）确定“教学公开活动日”，课前向同学们介绍本课程的意义、学习方法、教材、选课的建议；课中及时了解同学的意见与建议。

（4）一轮授课结束后课程组教师通过试卷成绩及学生问卷调查进行教学总结。

5.结束语

本文根据我院电子、通信、海洋类专业人才培养方案的特点，对“信号与系统”和“数字信号处理”两门课程从课程内容、教材体系、教学辅助工具、教学手段及方法、师资队伍建设等方面提出了优化整合建议，对新课程体系“信号与系统的分析与处理”的建立有着重要的指导作用。

参考文献：

[1]徐天成，李或晟，谷亚林.信号分析与处理类课程整合优化的研究与实践[J].高教探索，2007，6：134-136

[2]黄乡生.《信号与系统》重点建设课程群的若干问题探讨[J].东华理工学院学报：社会科学版，2007，26（4）：418-421

[3]宫玲.关于“信号与系统”课程教学改革的探讨[J].高等教育研究学报，2000，22（3）：19-21

[4]蔡竟业.国家精品课程《数字信号处理》的建设与实践[J].电子科技大学学报（社科版），2005.S1.52-54endprint