一流课程“数字信号处理”课程目标达成情况分析

［摘 要］ 适用于工程教育专业认证的课程体系包括符合本专业毕业要求的工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程，“数字信号处理”课程是电子信息类专业的专业基础课。列出了“数字信号处理”课程目标与毕业要求的支撑关系，课程目标分别支撑毕业要求指标点2-3与3-2，按照工程教育专业认证的要求，明确了课程的考核方式，分析了通信工程专业某教学班的课程目标达成情况，并以学生为中心提出了改进建议。改进之后，学生能够根据性能需求进行数字滤波系统参数选择和方案设计，具备使用现代工具进行系统仿真分析、优化系统性能和扩展系统功能等的能力。

［关键词］ 数字信号处理；课程目标；毕业要求；一流课程

［基金项目］ 2022年度安徽省教育厅教育教学研究项目“面向信号类金课建设的‘134N’教学模式改革研究”（2022jyxm080）；2021年度安徽省教育厅“电子信息类专业信号类系列课程教学团队”（2021jxtd014）；2020年度安徽省教育厅课程思政示范课程“数字信号处理”（2020szsfkc0078）

［作者简介］ 朱 军（1968—），女，安徽合肥人，博士，安徽大学电子信息工程学院副教授，主要从事信息与通信工程研究；蒋 芳（1981—），女，安徽绩溪人，博士，安徽大学电子信息工程学院讲师，主要从事信息与通信工程研究；郭晓静（1978—），女，安徽宿州人，博士，安徽大学电子信息工程学院讲师，主要从事信号与信息处理研究。

引言

“数字信号处理”课程是电子信息类专业的一门重要的专业必修课程，其在信号系列课程中承担着从连续到离散、确定到随机、一维到高维的承前启后的重要功能，其先修课程包括“高等数学”“复变函数与数理方程”“信号与线性系统”等，同时也是后续多门课程如“数字图像处理”“随机信号处理”“移动通信”等的先修课程。在工程教育专业认证背景下，按照成果导向设计“数字信号处理”课程教学大纲，确定“数字信号处理”课程教学目标与毕业要求的支撑关系非常重要［1］，而教学目标与教学内容密切相关，课程内容主要包括Z变换、序列的傅里叶变换、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、数字滤波器设计及应用［2］。安徽大学“数字信号处理”课程于2019年获批为安徽省精品线下开放课程，2020年获批为安徽省课程思政示范课程，2023年获批为第二批国家级一流本科课程，在课程资源建设与教学改革上取得了一些成效［3］，因此，分析“数字信号处理”课程教学目标的达成情况，对电子信息类专业学生毕业要求的达成、学生解决复杂工程问题能力的培养具有重要意义［4］。

一、电子信息类专业毕业要求

电子信息类专业主要以“电子线路”“信号与线性系统”“数字信号处理”“通信原理”“信息论基础”等专业课程为基础，以通信系统设计及应用为方向，注重人文科学素质培养，旨在培养学生具有扎实、宽广的理论基础，以及较强的工程实践和创新能力。通过本专业的学习，毕业生在知识、能力和素质方面应该具备以下12项毕业要求。

要求1：工程知识。能将数学、自然科学、电子信息类工程基础、专业基础和专业知识用于解决信息与通信工程领域复杂工程问题。

要求2：问题分析。能应用数学、自然科学和电子信息科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析通信复杂工程问题，获得有效结论。

要求3：设计/开发解决方案。能够设计针对通信复杂工程问题的解决方案，设计可满足特定需求的电子器件、电路和系统，同时体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。

要求4：研究。对通信领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，得到合理有效结论。

要求5：使用现代工具。能够针对通信领域复杂工程问题，使用、开发相关仪器设备和仿真软件，完成问题预测与模拟，理解其局限性。

要求6：工程与社会。能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价通信工程专业的工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

要求7：环境和可持续发展。能够理解、评价针对通信系统中复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

要求8：职业规范。树立和践行社会主义核心价值观，具有社会责任感，遵守工程职业道德和规范，履行责任。

要求9：个人和团队。能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

要求10：沟通。能够就通信领域复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，同时具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

要求11：项目管理。理解并掌握与通信领域相关的工程管理原理与经济决策方法，能在多学科环境中应用。

要求12：终身学习。具有自主学习、终身学习的主动意识和综合能力。

二、课程目标与毕业要求的支撑关系

“数字信号处理”课程目标与毕业要求指标点的支撑关系如表1所示。其中，课程目标1支撑毕业要求指标点2-3，要求学生掌握离散时间信号的概念及常见离散时间信号的特点及相互转换方法，掌握系统线性、移不变、因果和稳定性的判断，掌握序列Z变换定义及基本性质，掌握Z变换与连续信号的拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系，掌握序列DTFT定义及基本性质，掌握利用常系数线性差分方程及时域卷积定理分析系统输出的方法；掌握Z变换分析系统和信号的频域特性，能够运用系统的频率响应几何确定法，适当地控制零极点分布，调整数字滤波器的频响特性，达到预期的要求；能够将相关数字信号知识用于推演、分析和建模有关通信领域相关工程问题，进行比较分析。

表1中的课程目标2支撑毕业要求指标点2-3，要求学生掌握周期序列及圆周卷积的定义、计算圆周卷积，掌握圆周卷积和线性卷积的关系，掌握DFT的定义及基本性质；掌握利用DFT分析模拟信号的傅里叶变换；掌握利用FFT及IFFT计算分析信号频谱的方法；能够运用数字信号处理的基本理论分析系统，独立完成信号与系统的时域与变换域分析，掌握信号分析与信号处理的基本理论和方法，为解决复杂工程问题奠定专业基础。课程目标3支撑毕业要求指标点3-2，要求学生掌握数字滤波器的分类、结构以及分析设计方法；掌握IIR和FIR滤波器的结构实现；掌握设计IIR数字滤波器的冲激响应不变法和双线性变换法；掌握FIR线性相位数字滤波器的窗函数设计法，并能通过现代软件工具仿真模拟并优化、改善、提高数字滤波器的频率和相位性能，能够综合运用专业理论和技术，描述、分析并设计系统，形成结果。

三、课程目标达成情况分析

课程目标达成评价方法包括：各单项课程目标达成情况评价方法和总体课程目标达成情况评价方法。其中，单项课程目标达成情况评价值按照表1中给出的权重用于毕业要求相关指标点达成情况计算，总体课程目标达成情况评价值主要同单项课程目标达成情况评价值用于课程教学效果分析和持续改进。

1.课程单项教学目标达成情况评价方法。假设某课程有n个课程目标和m个考核环节，其第i个课程目标的达成评价值计算公式为：

2.课程总体教学目标达成情况评价方法。课程考核既要涵盖知识要求，又能够体现能力要素考核，并与课程目标要求的能力要素一致，培养学生解决复杂问题的综合能力与高级思维［5］，考核应与教学内容相匹配。本课程考核采用期末考试、期中考试和平时成绩相结合的方式。课程目标1和2的考核方式包括期末考试、期中考试和平时成绩，主要考查学生对数字信号处理基础知识、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换原理和应用的理解与掌握。课程目标3的考核方式包括期末考试和平时成绩，主要考查学生对数字滤波器设计的理解和掌握。平时成绩由课后作业和随堂测试构成，涵盖课程目标1、2和3，其中平时成绩占30%（课后作业占24%、随堂测试占6%），期中考试成绩占20%，期末考试成绩占50%。

“数字信号处理”的课程目标达成情况如图1所示，课程目标1的达成度评价值为0.829，课程目标2的达成度评价值为0.832，课程目标3的达成度评价值为0.851。本课程所支撑的各个毕业要求指标点均达到期望值0.65的要求。课程目标1的达成度评价值略低于课程目标2和3，具体情况如下。

如图1所示，课程目标1达成度评价值略低于课程目标2、3，表明学生在运用Z变换分析系统和信号的频域特性、对系统的频率响应进行几何确定分析方面略显薄弱。通过分析可知，学生对于课程学习还存在着部分问题，课程目标1主要涉及掌握Z变换分析系统和信号的频域特性，运用系统的频率响应几何确定法，适当地控制零极点分布，调整数字滤波器的频响特性，达到预期的要求。培养学生认识到解决问题有多种方案，学会主动搜集文献资料，寻求可替代的解决方案。安排合适的自学内容及引入课后小组讨论，同时充分利用安徽大学优慕课平台、雨课堂、课程QQ群等进行师生互动，更加有效地帮助学生掌握知识，培养数字滤波器设计与分析应用能力。

通过对“数字信号处理”课程达成情况的分析和教学方式的调整与改进，使学生能够掌握和理解一维数字信号的时域分析方法、Z变换、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换等相关知识，能够根据性能需求进行数字系统参数选择和方案设计，具备使用现代工具进行系统仿真分析、优化系统

性能和扩展系统功能等的能力，以及解决数字系统复杂工程问题的综合能力。培养学生主动/终身学习意识、批判性思维和创新意识；落实立德树人根本任务，在课程教学中注重介绍我国信号处理领域取得的科技成就，培养学生的家国情怀和社会责任意识。

结语

通过一流课程“数字信号处理”的指标点—课程矩阵，明确了课程目标与毕业要求的支撑关系，分析了学生的课程目标达成情况。课程组在今后的教学与实践中将进一步深入研究探讨，对学生的线上线下及考核数据进行分析和运用，持续改进并不断完善教学效果，进一步培养学生针对特定需求，运用数字信号处理理论知识与实践技能，完成通信系统中单元电路或关键部件设计的能力。

参考文献

［1］高新勤，陆馨.以工程教育专业认证为抓手推进“一流专业”建设［J］.大学教育，2020（11）：63-66.

［2］朱军，杨会成，李阳，等.数字信号处理［M］.合肥：合肥工业大学出版社，2009：130-186.

［3］朱军，屈磊，张红伟，等.“新工科”背景下“数字信号处理”课程教学改革［J］.工业和信息化教育，2022（110）：64-66.

［4］王世勇，董玮，郑俊生，等.基于工程教育专业认证标准的毕业生毕业要求达成度评估方法研究与实践［J］.工业和信息化教育，2016（39）：15-22.

［5］杨长生，梁红，曾向阳.基于“高阶思维”理念的“数字信号处理”课程设计［J］.高等工程教育研究，2020（2）：160-164.

Analysis on Curriculum Objectives Achievement Status of First Class Curriculum

“Digital Signal Processing”

ZHU Jun ， JIANG Fang， GUO XIAO-Jing

（School of Electronicamp;Information Engineering， Anhui University， Hefei， Anhui 230601， China）

Abstract： The course system applicable to the certification of engineering education major includes the basic engineering courses， professional basic courses and professional courses that meet the graduation requirements of the major. “Digital Signal Processing” is a basic professional course for electronic information majors. This paper gives the supporting relationship between the course objectives of “Digital Signal Processing” and the course objectives， and the course objectives support the graduation requirements index points 2-3 and 3-2 respectively. According to the requirements of engineering education professional certification， the assessment method of the course is clearly defined， the achievement of curriculum objectives in a class of communication engineering majors is analyzed， and student-centered improvements are suggested. After the improvement， students can select the digital filtering system parameters and design the schemes according to the performance requirements， and have the ability to use modern tools to conduct system simulation analysis， optimize the system performance and expand the system functions.

Key words： digital signal processing; curriculum objectives; graduation requirements; first class curriculum