應用型地方本科院校測控專業“信號處理類”課程模塊化教學改革探索　

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　　【摘 要】圍繞西安文理學院“互聯網+”課堂教學模式改革，結合測控技術與儀器專業人才培養目標，針對目前信號處理類課程教學中存在的教學問題以及不足，提出了“測控專業信號處理類課程模塊化教學改革”新思路。該教學模式由課堂講解、MATLAB仿真作業、線上作業、分組討論、項目設計以及實施、項目答辯等環節構成的模塊化教學體系，在該教學體系中，以專業能力培養目標需求以及實踐能力培養為導向，將理論教學與項目化教學有機地結合在一起，以鍛煉學生運用所學知識解決實際信號處理的能力，并建立多種信息反饋的綜合考核和評價體系對人才培養過程進行評價，從而對教學改革進行進一步的優化調整，最終在知識目標、情感目標以及能力目標方面達到人才培養目標要求。
　　【關鍵詞】信號處理類課程;模塊化教學改革;項目式教學
　　中圖分類號： G642.0;G420 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0242-003
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.116
　　0 引言
　　近年來，隨著計算機技術和半導體技術的發展，信號處理技術得到了快速發展，并廣泛應用于電信、航空航天、控制等各種領域，信號處理類課程已逐步成為自動控制、模式識別、計算機應用等學科的重要選修或者必修課程。在測控專業中，信號與系統、數字信號處理是關系最為緊密的專業基礎課程，同時也是語音以及數字圖像處理、DSP技術及應用等課程的前續課程。信號與系統、數字信號處理及相關課程具有以下特點：一是課程間有很大的相通之處，但是又具有各自的側重點;二是課程內容抽象，學生難以理解，均使用抽象的數字符號描述信號分析與處理的過程;三是內容豐富，包括信號處理的基本原理、基本分析方法基本處理技術及典型應用;四是工程實踐性強，課程內容和實際的信號處理工程聯系緊密。
　　基于信號處理類課程的特點，傳統的教學方法在測控以及相關專業的教學效果并不理想。首先，由于信號處理類課程的內容抽象并且數學應用較多，學生難以結合實際，導致理解上有困難。其次，雖然課程中具有一些典型應用以及相關的實驗課程，但是實驗僅僅是利用MATLAB軟件做一些仿真或者在現有的實驗箱上完成一些波形的測試，與實際的工程應用有很大的差距，導致學生僅僅是根據指導書上的實驗步驟完成實驗內容，對信號處理的實質并沒有進行深入的理解，對后續的課程如數字圖像處理、DSP等課程的學習有一定的困難，僅僅停留在一門或者幾門課程的孤立認識上，難以實現對信號分析類課程的一個完整的結合和理解。[1]
　　信號處理類課程模塊化教學改革旨在解決當前的教學方法中存在的學生的積極性不足問題。模塊化教學法通過在理論教學的基礎上通過引入實用性、創新性的項目來激發學生的學習興趣，提高學生對課程的理解以及掌握信號處理類課程在工程中的實際應用，將課本知識和工程實踐有機的結合起來，模塊化教學法通過選取與相關課程緊密聯系的綜合性項目，按照“提出問題、分析問題、制定計劃、實施計劃、完成報告”來規范和組織教學活動，學生在項目的實施過程中能夠建立完整的知識體系，并且從宏觀層面上理解和掌握不同課程之間的相互聯系，避免產生學習單門課程而產生的孤立性和盲目性，最終達到提高學生對該類課程的理解以及工程實踐操作的能力，為學生考研、參加相關的科技競賽以及以后的就業打下良好的基礎。
　　1 模塊化教學體系的構建
　　西安文理學院作為一所地方性、應用型的本科院校，一直致力于支持并推廣開展“新工科”建設以及相關的教育教學改革與創新工作，從而開展“互聯網+”課堂教學模式改革，并且著重將理論學習與項目實踐有機地結合在一起，著重從工程基礎知識、個人能力、團隊協作能力以及工程實踐能力等方面培養工程技術人員。在此背景下以及前期的信號與系統重點課程改革的基礎上，本文提出了信號處理類課程模塊化教學改革模型。圖1所示為該教學改革的教學體系以及培養目標。測控技術與儀器專業2018版的人才培養要求在工程知識、問題分析、設計開發/解決方案、研究、個人和團隊等方面都有著新的培養目標和培養要求，該教學改革的教學體系可以在知識目標、能力目標和情感目標方面達到畢業要求所具有的既定目標。
　　基于該模型，將信號與系統以及數字信號處理課程的知識體系劃分為理論教學和基于項目的實踐教學兩大模塊。理論教學部分是整個課程體系的基礎，針對信號處理類的課程較抽象，數學應用多的特點，在理論知識的講解上，突出主要的知識線索，注重核心知識點的深入講解。針對核心知識點，如信號與系統的頻域分析以及頻譜的概念，在講解時將學生可見、可聽的圖像的頻譜以及聲音的頻譜引入到課堂當中，減少理論知識部分的枯燥性和乏味性，將課堂變得生動起來。而信號處理類課程知識體系中與實際工程應用聯系較緊密的內容，比如頻域分析、數字濾波等內容，則穿插引入符合工程應用背景的典型應用問題和實踐題目，通過查閱資料、課堂討論及回報、項目設計等環節予以實施。
　　2 模塊化教學體系的實施
　　“信號處理類”課程模塊化教學改革的核心是實現各教學模塊的靈活實現以及有效結合，教學過程以理論教學和項目化的實踐教學兩條線索交叉貫穿與整個教學過程，并且兩大線索相互互為支撐，使學生在學習理論知識的過程中培養學生其分析問題和解決問題的綜合能力。圖2所示為模塊化教學體系的組織結構圖。
　　1）理論教學體系
　　“信號處理類”課程的理論教學是課程的核心，該類課程的特點：一是理論性強。課程設計的微積分、復變函數與積分變換等眾多復雜的數學推理和計算;二是實踐性強，很多內容都是和具體的工程應用相關;三是課程的系統性強，前后理論知識聯系緊密，其核心原理、性質和應用設計都離不開系統模型。“信號處理類”課程理論性強，在傳統教學過程中，將各自課程獨立授課，忽略了課程內容間的連貫性和銜接性，難以形成完整的知識體系?！靶盘柼幚眍悺闭n程模塊化教學改革將相關專業課整合成具體的理論模塊，突出知識線索，注重核心知識點的講解，從而構成一個完整的信號處理體系。并且在知識的講解過程中，通過引入具體的實際應用，加深學生對理論知識的理解。此外，由于課程與課程之間有一些交叉的理論知識，在設計理論知識模塊時，剔除重復的知識內容，從而減少理論課時，擴充具體實踐項目的所占學時。 　　2）項目式教學體系
　　針對知識體系中的核心知識點，比如頻域分析、數字濾波等核心內容，在實踐項目選取時選擇與核心知識點聯系緊密的實踐項目，通過設定符合工程應用背景的典型應用問題和實踐題目，通過資料查閱、課堂討論以及匯報、項目設計以及制作等環節予以實施。圖3為項目式教學環節的具體實施步驟。項目式的實踐教學和組層遞進的項目實踐內容，不僅可以促進學生掌握課程間知識的銜接，從整體的角度構建知識框架，并且有助于培養學生的邏輯分析能力以及分析問題和解決問題的能力。項目式的教學以小組協作的形式進行實施，在合作的過程中可以培養學生的團隊合作能力以及溝通能力。在項目開張過程中，采用提出問題“為什么”，通過實踐過程中，學生可以得到“怎么做”，最后得到結果“是什么”的整個教學過程。比如“音頻信號的噪聲去除”項目，首先通過“為什么”引出頻域分析在信號處理中的應用，通過分析相關頻譜，讓學生掌握音頻信號的高低頻分量分別表示聲音信號中的具體內容。然后通過“怎么做”讓學生掌握頻域去噪的原理以及方法。最后得到結果“是什么”讓學生明白頻譜的含義以及應用。
　　3 綜合考核和評價體系
　　在理論教學和項目式教學的基礎上，結合網絡教學模式構建了課程教學網站。結合實際教學和網絡教學，設計了一套綜合考核和評價體系。開展課程考核方法改革是順應“以學生發展為中心”的教學方式與學習方式變革的舉措之一。借助互聯網教學平臺，結合課程的性質與特點，力爭對學生的知識、能力、素質進行全面檢測考核，講究實際效果;
　　1）考核全程化：學習的全過程中進行考核;
　　2）考核隨時化：課上，課后，均可以隨時完成;
　　3）考核多樣化：提問，討論，作業，搶答，出勤，互評，筆記，線上學習等等;
　　注重加強學習過程考核，學生上課考勤，回答問題等列入考核范圍，并在考
　　核分數中占相應比例。重視考核后信息的分析，處理和意見反饋。改變考試中成績比例和成績評定方法?？己顺煽兘M成為：總成績=過程考核成績×50%+期末考試成績×50%（其中過程考核成績和期末考試成績均為百分制）。
　　過程考核的具體要求：
　　1）出勤及課堂表現。出勤及表現考核貫穿整個學習過程，主要考核學生在學習過程中的學習積極性、學習態度，如出勤、課堂紀律、聽課狀態、課堂互動等情況，保證學生在整個教學過程中始終成為主體。
　　2）平時作業。平時作業旨在鍛煉學生獨立完成教師根據課程內容精選出的思考題、習題，督促學生課后對所授課程內容進行復習，加深其對理論知識的理解，便于后續內容的順利進行。在這一考核過程中尤其要注意學生獨立完成作業的情況，避免相互抄襲的現象。
　　3）章節測試。借助學習通平臺，章節測試，課堂練習，隨堂、隨機、分階段進行，主要考核學生對各重點章節的掌握程度，對學生的平時學習形成階段性的檢驗，也對學生起到經常性的督促作用，同時還能及時發現學生學習中和教學中存在的問題，以便隨時采取措施彌補前一階段教學中的不足。
　　4）與實際操作相結合。根據教材和教學內容，適時安排項目式實踐教學內容，根據學生的動手能力以及團隊合作的能力給予適當的實踐考核成績。
　　4 結論
　　針對“信號處理類”課程教學過程中存在的問題以及不足，提出了“信號處理類”課程模塊化教學改革的探索思路以及具體的實施環節。為檢驗教學改革實施情況和實際效果，分別對改革前和改革后的學生進行了課程滿意度調查，引入模塊化教學改革后，學生的滿意度有明顯的增長，并且就業率和考研上線率也有大幅提高。
　　【參考文獻】
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　　※基金項目：西安文理學院2019年教學改革研究項目（JY2019JGA10）;2018年高等學校儀器類專業新工科建設立項項目（2018C017）。
　　作者簡介：張變蓮（1979—），女，河南開封人，碩士研究生，講師，主要研究方向為數字圖像處理。
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