双创精神引领下的信号处理课程群的建设实践

任国凤 付建梅 史慧敏 王若凡

摘要：为了满足经济的快速发展，国家经济建设迫切需要具有创新创业理念的应用型人才，而作为人工智能和大数据时代的排头兵，電子信息专业的应用性和创新性需求更加凸显出来。本文在双创精神的引领下，构建了满足应用型和创新创业型人才双重培养要求的立体型信号处理课程群，并开展了教学内容和课程体系的双重改革。实践结果表明，建成后的信号处理课程群可以满足学生的专业能力和创新能力培养需求，对相关应用型专业课程群的建设具有示范性作用。

关键词：创新;创业;信号处理，课程群

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）22-0130-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

自从2015年国务院总理李克强同志发出“全民创新万众创业”的号召，全国人民尤其是大学生的创新创业热情受到了极大的鼓舞。而作为应用性和创新性都极强的电子信息专业也在创新的大潮中不甘落后，涌现出了很多积极创新的典范[1]。然而，创新仅仅靠激情是不行的，还需要有扎实的专业知识和较强的创新能力，这就要求高校电子信息类专业加强学生的专业及实践动手能力培养，并进一步结合专业特点更新教学内容、紧跟专业发展的步伐。

1 “信号处理”立体型课程群建设理念

1.1课程群建设基础

忻州师范学院电子系开设“电子信息科学与技术”和“通信工程”专业，其中，电子信息科学与技术专业为山西省特色专业。上述两个专业开设“数字信号处理”与“信号与系统”及相关课程已经多年，形成了比较完整的课程体系。

1.2课程群建设思路

本课程群的建设立足于尊重学生个体兴趣发展，充分激发学生的创新实践热情，具体体现在以下几方面：由核心课程的整合向立体专业课程群的建设延伸;由理论知识的传授向创新能力的培养转化;由单一实验课程的教学向专业实践能力的培养过渡;由渐进型课程框架向立体型专业模型升华。

1.3课程群的结构

本文旨在建立以“信号与系统”和“数字信号处理”为核心的立体型课程群，具体课程组合情况如图1所示。根据专业特点及学生兴趣发展，该课程群可分别向创新设计型（“DSP原理与应用”“单片机技术”及“EDA”）、信号处理型（“语音信号处理”“图像信号处理”及“视频信号处理”）和通信系统型（“现代交换技术”“移动通信”及“卫星通信”）三个方向延伸。同时，三个课程方向之间又相互关联，互相促进。

1.4教学资源的重构和教学方法的更新

课程群中教学资源的组织是课程群开展教学实践的基础。合理规划课程群内相关课程的知识体系，梳理不同课程间的相关知识点，对不符合创新人才培养、内容重复的知识点进行删减，增加最新的学科理论及创新理念;同时，深度开展课堂教学改革，引入“虚实结合，内外兼修”的混合式教学方法，将教学延伸到课堂之外，充分利用“MOOC+SPOC”的先进教学理念，全面培养学生的创新实践能力，提高学生的理论知识水平。

2“信号处理”立体型课程群建设的具体做法

2.1建立立体型课程体系，融入双创精神理念，整体优化课程内容

课程群建设要求相关课程间紧密联系，内在的逻辑性很强，所有课程必须是一个有机的整体。在该课程群内，“信号与系统”和“数字信号处理”为关联性极强的专业基础课程，是电子信息类专业的骨干课程，为信号处理课程群的理论基础;“DSP系统与应用”“数字系统设计”“可编程逻辑器件”及“单片机技术与应用”等为实践类和创新类课程，是信号处理理论的硬件实现及理论联系实际的落脚点，是创新创业理念的体现之处;“语音信号处理”“图像信号处理”和“视频信号处理”是信号处理理论的升华和实践;“现代交换技术”“移动通信”和“卫星通信”是信号处理理论在通信系统中的应用延伸。

2.2 结合课程群特点，引入混合式教学方法，进一步优化教学方法

针对不同课程的内容特点，在充分利用线上+线下结合的教学方法的同时，优化课程群内各门课程的教学方法，具体来说：

（1）引入混合式教学方法，充分利用线上网络资源和雨课堂等微信平台。

将雨课堂App率先引入“数字信号处理”的课堂教学中，通过该App适时引入该课程中的一些前沿性知识和趣味性知识，比如模拟信号与数字信号间的频域分析异同、帕斯维尔定理的物理意义、数字信号处理和数字信号处理器等。

（2）在理论教学过程中，引入仿真实验教学，使抽象的理论形象化。

在应用型工科专业中，实践教学是理论教学的有力补充，是创新型人才培养的重要环节。笔者所在高校采取实验课和理论课独立设课的人才培养模式，强化学生实践动手能力和创新能力的培养。同时，在实践教学过程中，采用通用型仿真实验平台（Matlab、Svstem View等软件）和专业型仿真平台（武汉凌特虚拟仿真实验平台）相结合的虚拟仿真模式，对理论知识点进行实践和夯实。这样的教学模式可以使抽象的理论知识形象化，更好地培养学生的创新思维，提升学生的实践动手能力。

（3）在“数字信号处理”和“数字系统设计”中引入探究式学习方法和创新性综合实验项目，加强学生的探究实践能力。

分别在理论性和实践性较强的“数字信号处理”和“数字系统设计”两门课程中引入探究式教学方法[7]，并在上述两门课的实践教学项目中设计创新型综合实验题目。其中，“数字信号处理”课程选择Z变换和离散傅里叶变换[8]进行探究式研究，突出信号处理的理论性和工程性，进而利用信号处理理论实现对音乐信号的去重音分析，通过“探究+创新实践”的教学模式，为学生搭建起信号处理理论与工程实践之间的桥梁。

（4）持续加大过程性考核力度，注重学生的理论、实践和创新能力的综合评价。

在对学生的学习效果和综合能力进行考查时，注重对学生学习过程、理论、实践和创新能力等多方面的综合考查。具体来说，在闭卷考试型的课程中，过程性考核占比由原来的20%增加到30%;开卷考查型的课程中过程性考核占比由原来的40%增加到60%;在实践型课程中，将过程性考核占比增加到80%以上，极大地促进了学生的学习热情，体现了对学生表现的全面考查。

2.3 树立应用型人才培养目标，构建“虚实结合，以实为主”的实践教学體系

笔者所在专业为山西省特色专业，其主要特色在于应用型、实践型人才培养目标的确定和培养方案的实施，分别在15版和19版（将于2020年开始实施）人才培养方案中坚定树立应用型人才的培养目标，并持续改进实践教学体系，以提高应用型人才的培养水平。目前，忻州师范学院电子系已经构建了“虚实结合，以实为主”的实践教学体系，从“基础实践动手能力一专业实践水平一工程创新能力一学科创新思维”的主线培养学生的创新创业能力;同时以五台山风景区为研究背景，开展复杂通信环境下移动通信信号的处理等研究，提升学生的创新创业综合能力。

2.4 更新实践教学方法，引入项目式教学法，提高学生创新能力

笔者所在项目组以“数字系统设计”和“DSP原理与应用”为代表性课程，引入了项目式教学法，采用滚雪球的模式将若干分离的基础型项目糅合成综合性的创新型项目，进而在一个工程实践项目中，多角度培养学生的综合创新能力。

2.5 建设与课程群体系相配套的教材体系

作为应用型师范院校的非师范专业，要结合自身专业和师资水平建设与课程群体系相配套的教材体系，项目组选用国家“十三五规划”教材或电子信息行业高引用度教材，并结合应用型工科专业需求，对教材内容进行二次加工，制定了符合专业实际的课程标准和教学大纲。同时，结合理论课教材和创新创业要求，自编了相关实验课程的实验指导书，从而构建了“引进+自编”相结合的教材体系。

3 课程群建设效果与思考

笔者所在项目组开展的信号处理课程群建设取得了如下的成效：

（1）在课程群框架构建过程中融入了创新创业理念，整体优化了课程群的知识体系，强化了知识间的有效衔接，并实践了以混合式教学法为代表的多种教学方法和过程性考核方式，培养了学生探究、实践、创新和创业能力。

（2）结合课程群建设成果，发表了7篇相关教学科研论文，立项了多项各类教学改革项目。该课程群的建设得到了学生们的认可，学生的满意度调查结果逐年攀升。

（3）结合通信信号处理理论和五台山风景区的自然环境及人文环境特点，设计了基于五台山地貌环境的“多热点潮汐现象下的通信链路分析”虚拟仿真综合实验项目，实现了教学和科研的互补，在提高学生基本专业能力的同时，培养学生的创新能力。

4 结束语

近二十年来，信号处理的理论被广泛地应用于生物医学、地质探测、遥感遥测，乃至人文领域，对整个社会的发展产生着重要的影响，培养信号处理的应用型专业人才就显得尤为重要。基于双创能力培养的应用型人才能够满足我国经济社会发展需要，进一步提高国家的创新竞争力。

参考文献：

[1]吴杰.卓越工程师“数字信号处理”课程群主题式教学探索[J].中国电力教育，2014（8）：78-79.

[2]庄陵，曹建玲，李强.新移动通信技术背景下的信号处理课程群教学改革与探索[J].课程教育研究，2016（28）：236-237.

[3]李秀梅，董文，贾中云.地方院校信号处理课程群的建设与探索[J].大学教育，2016，5（8）：169-171.

【通联编辑：李雅琪】

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目（J2019174）;山西省教科规划课题（GH-17053）;教育部“产学合作，协同育人”项目（201702091017）;忻州师范学院教学改革研究项目（JG201723JG201311）;忻州师范学院科研项目（2018KY15）

作者简介：任国凤（1979-），女，山西忻州人，忻州师范学院电子系副教授，博士研究生，主要研究方向：信号处理的理论及实践。