对标“金课”标准探索数字信号处理课程考核改革

江汉 徐以涛 程云鹏

摘  要：针对数字信号处理课程传统考核过程中存在的重理论轻实践、重结果輕过程等，该文以“强化基础、注重能力、启发创新”为理念，对标“金课”标准，从优化考核内容、突出过程评价、创新考核方式三个方面开展课程考核改革。充分发挥学生的主体作用，形成过程考核与实践考核相结合的新的课程考核模式，从而实现课程的高阶性、创新性、挑战度，为面向应用型人才培养的数字信号处理课程建设提供新思路。

关键词：金课；数字信号处理；课程考核改革；人才培养；考核模式

Abstract： In view of the deficiencies in the traditional examination process of digital signal processing course， such as emphasizing theory over practice， emphasizing results over process， etc.， this paper takes the idea of "strengthening the foundation， emphasizing ability， inspiring innovation" as the ideal， carries out the examination reform of the course from three aspects： optimizing the examination content， reorganizing the examination opportunity and innovating the examination method， so as to give full play to the main role of students. A new course examination mode combining process examination with practice examination has been formed to realize the high-order， innovative and challenging course， and to provide new ideas for the construction of digital signal processing course for application-oriented personnel training.

Keywords： golden course; Signal Processing Course; curriculum assessment reform; personnel training;  appraisal mode

数字信号处理是高等院校通信工程、电子工程、自动控制、雷达工程和测绘导航等专业的骨干基础课程，也是本校战场机动通信技术与指挥专业的一门重要专业背景课程，在新制定的人才培养方案中已将其列入大纲核心课程[1]。

根据教育部提出的“金课”的“两性一度”标准[2]，即在教学过程体现创新性和高阶性，培养学生创新性解决复杂问题的综合能力，训练塑造高阶性思维习惯，要求课程内容具有一定的挑战度[3]。要达到“金课”培养目标，课程考核标准自然就提高了，考试内容必须具有一定的挑战度[4]，因此注重过程评价、设计多元化的评价方式是“金课”建设不可或缺的一部分。

结合面向新工科的本科院校办学定位，各大高校均在积极探索电类专业必修课数字信号处理课程改革途径。数字信号处理课程传统考核过程普遍存在重理论轻实践、重结果轻过程的现象，本文在分析传统考核存在的问题和弊端的基础上，提出了从优化考核内容、突出过程评价、创新考核方式三个方面开展课程考核改革的思路，结合实施效果的评估，对标“金课”标准的高阶性、创新性、挑战度。

一  传统课程考核存在的问题

课程考核是检查教学效果、改进教学方法、督促教学目标实现的重要手段，也是培养创新型人才的重要环节。传统的课程考核办法大多是“平时表现（30%）+期末考试（70%）”的简单化综合评定成绩，这种方案考核内容笔记化，仅仅能反映学生对该课程主要重点和难点知识的掌握程度，难以覆盖数字信号处理大量的新概念、新变换及数字滤波器新设计等内容。考核时机固定，不利于反馈教学效果，难以引导学生积极主动学习。考核方式单一，采取重理论轻实践、重记忆轻能力的闭卷笔试方式，不利于学生综合思维和综合运用能力的培养。具体表现如下。

（一）  考核内容主要以基础性、分散的知识点为主，无法综合衡量学生的工程实践能力和创新能力

该课程以前的考核题型以计算为主，另有填空、选择、判断等题型，答案是“唯一性”的标准答案。这种题型只是单一考查学生的计算能力和知识记忆能力，无法考查学生解决实际问题的综合素质，学生在做题时是朝着“标准答案”来思考，学生很难进行思维拓展、自主设计创新，无法综合衡量学生的工程实践能力和创新能力。

（二）  考核形式主要为闭卷笔试，考核手段单一，且考核时机固定，无法全面及时评价教学质量

以前的考核体系存在理论考试多，动手考察少；闭卷考试多，开卷考试少；具备标准答案的试题多，注重分析综合能力考核的开放性试题少。考核的重点在理论知识的复现，容易误导学生死记硬背，无法引导学生开展综合分析，延伸拓展。考试时间固定，基本放在期末，无法反映学生平时的学习效果，更无法反馈教学过程中存在的问题。容易出现平时松懈、考前突击的不良学风，考核成绩对教学的反馈作用几乎为零，难以全面及时地评价教学质量。

二  课程考核改革思路和举措

针对以上问题，结合实际教学经验，从优化考核内容、突出过程评价、创新考核方式三个方面开展课程考核改革，充分发挥学生的主体作用，形成过程考核与实践考核相结合的考核模式，提升教学效率、提高教学质量。

（一）  优化考核内容，突出综合运用能力

本门课程授课内容同时具备理论性强和面向工程实践明显的两大特点。教学内容涵盖众多的数学公式和符号，定理和性质都有严密的数学推导过程，理论性较强；同时很多数字信号处理算法是直接运用于工程实践，涉及到工程实现的技术细节较多[5]。因此本课程的教学目标不仅仅是帮助学生掌握知识概念、推导数学公式，更是为了帮助学生解决在今后学习和科研中碰到的工程实践问题[6]。因此考核的重点是知识的综合应用能力，而不是零碎知识的简单记忆，仅由一张试卷作为终结性考核内容的做法已经远远不能全面评价学生对课程知识体系的分析对比能力、工程实践能力、综合运用能力。改革后的终结性考核包括三部分：课题论文、综合性实验和闭卷考试，具体实施举措如下。

1）课题论文：基于课程知识体系结构，结合通信工程专业背景，提炼出典型的教学案例，设计凸显通信特色的论文题目。比如：FFT/IFFT在正交频分复用（OFDM）中的应用、FIR滤波器和通信中多径信道建模、基于低通滤波器的相干解调设计等。课程开始之初，老师发布论文选题，让学生在课程学习期间撰写课题论文。

2）综合性实验：围绕重要知识点，结合通信工程应用背景，老师构建相应的综合性实验案例库，学生从中随机抽取仿真实验题目，结合课程的理论知识，采用MATLAB仿真工具以分组的形式开展团队作业。

3）闭卷考试：依托已建成的课程试题库，科学设定知识点分层要求，依据试题库出卷系统，科学组卷出题。并适当增加体现实践能力测试的题型，考察学生综合利用平时所学知识解决信号处理问题的能力。

（二）  突出过程评价，反馈调整课堂教学

本门课程包含离散时间信号与系统的时域和频域分析、信号的变换及经典数字滤波器的设计方法，所涉及到的知识点范围广泛，内容层层递进。前面离散时间信号与系统知识是后面滤波器设计的基础，课程前半部分的知识掌握不牢必然会影响后续内容的学习。如果能开展阶段性测试，对已学的单元知识点进行及时考核，一方面可以趁热打铁加深学生对该知识点的掌握深度，拓宽课程考核知识点的范围，提升考核内容的全面性，避免学生在学习过程中产生问题堆积效应导致厌学情绪；另一方面，教师可以根据学生的阶段性考核结果及时调整授课内容难度，改进教学方式。改革后的考核以课堂提问、专题汇报、单元测试等过程性考核，贯穿在整个教学过程之中，做到随学随考、及时总结、及时反馈。具体举措如下。

1）课堂提问：根据课堂教学情况随机提问，检验学生对知识的掌握情况，有效吸引学生注意力，提高学生课堂专注度。例如，对连续信号抽样，在连续信号的最高频率未知的情况下，应如何确定抽样频率？为何时域抽样定理要求信号的频带有限？频域采样定理要求信号的时间长度有限？课堂结束后留下几个问题让学生课后准备，在下次上课时提问检验，促使学生课前预习，课后复习。

2）专题汇报：按照数字信号处理的知识体系，选取了12个重要知识模块，形成专题让学生利用课外时间查阅资料，研究形成报告；轮流指定一些学生提前制作PPT 课件，在课堂上汇报，并接受学生的提问和质询，教师对汇报的学生逐一点评，按照评分表给出形成性成绩。汇报专题选题见表1。

3）单元测试：课程教学内容包括离散时间信号与系统的时频域分析、离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）、数字滤波器基础及其设计方法等三大知识体系和9个章节，在学习完每部分知识体系后进行一次阶段性考试，共分为三次单元测+一次期中测试，依据阶段性考试成绩，学生可以及时补缺补差，教师也可以及时调整后续的教学。

（三）  创新考核方式，体现多元化评价

弱化传统应试教育中形式单一、重记忆轻能力的闭卷考试，积极探索多样化的考核手段。结合通信专业背景，注重实践和理论的结合，老师以典型工程案例库为基础制定研究小论文、综合性实验等选题，并布置给学生完成，采用团队作业+上机实验+质询答辩方式进行考核，实现对学生知识和能力全方位多角度的考察。具体举措如下。

1）实践考核：与通信工程案例相结合，设计开放性实验，逐步提高综合性、设计性、自主性实验的占比。实验内容分布见表2。

2）评价标准：依据考核标准，在学生上机汇报、质询答辩的基础上，以小组互评、学生评分等形式实现评价标准的多元化，注重知识和能力综合评定，激发学生的内生学习动力。

三  课程考核改革实施效果

考核改革后的成绩评定加大了形成性成绩和实践环节的比重，更强调对学生综合应用能力和工程实践能力的考核，强化学生自主创新和设计能力的培养。改革前后课程成绩评定对比表见表3。

其中，课堂表现包括随机提问、主动质疑等环节，综合实验采取小组成员相互合作团队作业的方式开展，成绩评定由答辩时学生互评、答辩质疑、答辩过程和项目实现结果组成。

（一）  学生评教反馈

课程组所在学院的教务机构每学期会组织学生从教学态度、目标、内容、方法和效果五個方面对所在期班的任课老师进行独立评价，形成评教数据。2019—2021年的评教数据分布如图1所示。

从评教数据可以看出，学生对授课老师态度、课程内容、教学方法和总体认可度均有很大程度的提高。

（二）  考核成绩对比

经过三年的教学实践，形成的考核成绩如图2所示，无论是优秀率（90分以上）、良好率（80～90分）都有较大程度的提高，同时不及格率（60分以下）降至0，说明考核方式改革已经初见成效。结合形成性阶段考核结果来看，课程考核改革有效杜绝了平时不学习、不听课，到期末通过死记硬背达到优良的现象发生，使学生更注重平时的表现，积极参与课堂的讨论，积极回答问题，并认真思考每一个知识点在实际中的应用。通过综合实验和课程论文的锻炼，应用数字信号处理的实践教学平台，教学期班中有多名学生参加学员科技创新活动，并获得大学卓越杯竞赛一等奖。

四  结束语

课程考核改革必将促进教学改革的进一步深化，有助于形成完整的课程考核体系，建立起科学的考核标准，使教、学双方进入良性循环。本门课程改革后的考核方案突出了形成性考核，形成性考核的本质目的不是评价学生学得好与差，更不是把学生“考倒”，而是以考核来引导学生牢固掌握基础性知识，培养学生如何应用所学知识解决实际问题的能力，将考核压力变为学生自主学习的动力。当然，考核改革方案在具体实施中也出现了一些新问题：团队作业考核中个体区分度不高，综合实验展示是以学习小组的形式来进行，虽然制定了同组互评、现场表现、课下贡献和质疑答疑评分标准，但实际考核过程中仍然存在同组学生考核成绩区分度不高的情况，需要进一步改进。

参考文献：

[1] 徐以涛，江汉，童晓兵，等.聚焦“四力”培养的“数字信号处理”课程教学改革[J].电气电子教学学报，2021，43（6）：42-47.

[2] 吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9．

[3] 吴岩.勇立潮头，赋能未来——以新工科建设领跑高等教育变革[J].高等工程教育研究，2020（2）：1-5.

[4] 余建波.如何构建金课标准？[J].中国教育网络，2019（11）：76.

[5] 江汉，徐以涛，沈良.线性卷积与循环卷积的教学研究[J].电气电子教学学报，2016，38（4）：72-75.

[6] 张玉明，童晓兵，徐以涛.“数字信号处理”课程中插值实现的探讨[J].电气电子教学学报，2019，41（2）：41-44.