电子信息专业信号处理系列课程的建设与改革实践

郭水旺

郭水旺

[摘要]信号处理系列课程是电子信息专业重要的技术基础课程，随着信息技术的高速发展，原有的课程体系已经无法满足现实人才培养的要求。如何对信号处理系列课程进行建设就成了摆在我们面前新的课题，本文课题组从信号处理系列课程的建设思路、课程体系整合、教学内容的优化、教学团队建设等方面介绍了信号处理系列课程建设的思路和改革的成果。

[关键词]电子信息专业信号处理系列课程改革实践

一、优化与重构信号处理系列课程体系

在新的课程体系构建上，主要依托电工电子课群确定系列课程，通过梳理课程在人才培养方案中的地位和作用，分析课程的性质、相互关系以及课程间内容的衔接，构建信号处理系列课程体系。该系列课程体系具有以下特点：

1、改变了传统的电路分析、信号与系统的课程体系，构建了2+1+2的信号处理课程体系。做到前后课程衔接好，左右课程结合好，突出了理论基础、工程应用、系统综合的课程主线，建立了纵向传承、横向互补的课程体系。

2、实现了以信号分析为基础、系统分析为桥梁、数字技术为手段。在信号分析中，突出信号的表示；在系统分析中，突出系统的描述。融入仿真软件和科学计算，增加工程实际的例题和习题。

3、积极引入教研和科研成果，优化课程体系，更新教学内容。将数字信号处理课程中的某些基础内容向信号与系统课程中下移，在数字信号处理课程中增加现代信号处理的内容，实验内容面向工程实际。

二、更新教学内容，建设精品课程

根据新的课程体系，整合与更新信号处理系列课程内容，建设精品课程。注重知识的呈现方式，努力实现在传授学生知识的同时，提高学生的认知能力和自主学习能力。

1、信号与系统课程

“信号与系统”涉及信号分析与系统分析，信号分析是基础，突出信号与系统的时域分析和变换域分析的物理概念和工程概念，而三大变化只是实现时域分析到变换域分析的数学工具。

问题一：如何介绍三大变换及其性质?从信号表示的角度阐述三大变换，其性质揭示了信号的时域与变换域之间的内在联系。

问题二：可否略去经典方法时域求解系统响应?经典的方法是纯数学方法，物理概念不够清晰，只适合于简单的微分方程。其作为与卷积方法相比较而存在，以突出基于信号表示与系统特性的卷积方法的优越性。

问题三：整体介绍四种信号的频谱有何利弊?连续周期信号、连续时间非周期信号、离散周期信号和离散非周期信号的频谱都是将信号表示为不同频率正弦信号的线性组合，只是构成这四种信号的正弦信号(虚指数信号)表示形式不同。整体介绍四种信号的频谱有利于比较四种信号的频谱特点，可以更好地展现信号Fourier表示的数学概念和物理概念。

问题四：抽样定理如何引入与论证?抽样定理体现了信号的时域与频域之间的对应关系，可从信号频域分析的应用角度而阐述，其核心内容是信号时域的离散化导致其频域的周期化。

2、数字信号处理课程

“数字信号处理”涉及数字信号分析和数字滤波器设计，DFT是实现信号数字化分析的核心技术，FFT是提高DFT运算效率的重要算法。信号分析是信号处理的基础，而数字滤波器设计则是信号处理的具体实现。

问题一：可否与信号与系统的内容有适当重叠?离散信号与系统分析是信号分析和系统设计的理论基础，也是“信号与系统”和“数字信号处理”课程承上启下的内容。因此有必要在数字信号处理课程中，简要介绍离散时间信号时域和频域分析的基本理论、信号的时域抽样定理和频域抽样定理、离散时间系统Z域分析的基本理论和系统函数。

问题二：如何看待DFT的作用?信号的Fourier变换从理论上解决了如何从时域映射到频域。而DFT解决了利用数字化方法实现信号的频域分析。其根据时域抽样定理和频域抽样定理的基本原理，建立了信号的DFT与四种信号频谱之间的内在关系。

问题三：如何介绍FFT算法?重点介绍Fb-T算法的重要作用和基本思想。DFT解决了利用数字化方法实现信号的频谱分析，而FFT解决了DFT计算的有效性，为DFT的实际应用铺平了道路，为学习其他快速算法奠定了基础。

问题四：如何引入某些新内容?从信号的Fourier变换、信号的短时Fourier变换的不足，引入信号的Wavelet变换。从信号表示的角度阐述信号时频分析的数学概念、物理概念、工程概念。从信号小波(wavelet)变换的应用展现信号时频分析的魅力。

3、信号分析与处理实验课程

信号分析与处理实验第一篇至第三篇的实验为基于MATLAB的仿真实验，第四篇为基于DSP系统的硬件实验。

问题一：如何通过信号处理实验提高学生的综合素质?从实验内容设计上，每个实验包含实验教学目标、实验基本原理、实验要求和实验思考题，但没有实验步骤，其目的是为了体现自主性实验，实验思考题大多是实验内容的延伸和综合。从实验教学观念上，提出“三个转变”的实验教学思想，即转变实验辅导解答为实验引导启发，转变面向实验结果为面向实验过程，转变单一实验模式为多元实验模式。形成以学生为中心的实验教学模式，突出学生探索精神和创新意识的培养。

问题二：信号处理软、硬件实验如何定位?软件实验基于MATLAB环境仿真，主要侧重分析和解决问题的原理及方法：硬件实验基于DSP系统环境，主要侧重仿真分析基础上的硬件实现，实验内容面向工程实际。

问题三：实验内容突出信号处理的理论和技术的综合应用。如在信号滤波实验中，在语音信号中混有噪声，要求学生滤除该语音信号中的噪声。学生首先要进行信号谱分析、然后选择滤波器类型，再确定滤波器参数，最后进行滤波器设计与应用。而不是简单地给出滤波器类型和设计指标。

问题四：如何开展DSP系统实验?以实验内容为载体，通过实验内容循序渐进地展现DSP系统资源的开发及利用，淡化DSP芯片的底层细节，突出DSP的工作机理，实验内容面向工程实际，激发学习兴趣。如通过序列的卷积与相关实验介绍CCS的应用、信号发生器实验介绍D／A的开发利用、信号实时滤波实验介绍A／D、D／A、DMA、内部函数的综合利用等。

三、加强师资队伍建设

教师队伍的质量，直接关系到课程教学的质量和人才培养的水平。如何加强师资队伍建设，形成一支素质高、作风好、责任心强、教学水平高且相对稳定的一线教师队伍是精品课程建设的一项最主要内容。

（1）上岗合格证制度。学校对青年教师上讲台规定了严格的上岗培训制度，学校每年都组织专门的培训班，请教育、心理方面的专家和校内教学经验丰富的教师讲课，考试合格后取得青年教师教学合格证才可以正式任教。

（2）青蓝计划。青年教师的培养实行导师制，课程组为每位青年教师指定一名经验丰富的老师作为指导教师，对青年教师进行传、帮、带，为青年教师的迅速成长提供了良好的环境。青年教师经过辅导、答疑、试讲、集体备课等环节的锻炼才可以上讲台，并需要经过讲课、实验、实习、毕业设计等各教学环节的全程锻炼。这样老教师多年丰富的教学经验可以较为快速地传承给青年教师，使青年教师的教学水平得到迅速的提高。

（3）每周教学室活动制度。教研室结合专业教学与课程建设目标，每周定期组织教学教研活动，对教学内容、教学方法进行讨论和交流，将教研中心的优良教风传给青年教师，对教师教学环节中出现的问题进行及时纠正。

（4）资助青年教师参加学术活动。课程组支持青年教师参加学术交流，要求青年教师每年必须至少参加一次全国性学术会议，推进青年教师对外交流活动，加快对学科发展的了解，有利于青年教师学术水平的提高。在科学研究方面，鼓励青年教师参与研究室的科研项目，要求青年教师参加实验室建设工作，鼓励青年教师申请校内基金项目。教学与科研密不可分，通过多参加学术活动，青年教师掌握了更多本学科的前沿技术和先进理念，提高了科研实力，有效地促进教学水平的提高。

四、结束语

信号处理系列课程的建设，需要我们在教育教学理念、课程体系与内容优化、教材与教学资源以及师资方面下功夫，不断紧跟科技发展步伐，推陈出新，不断完善各方面的工作，才能使信号处理系列课程的建设符合当前发展需要，为人才的培养做出应有的贡献。

注：

[1]周小微金宁胡建荣信号处理课程群教学改革的实践与探索2011年01期中国电力教育

[2]刘焕淋张盛峰电子信息专业信号处理系列基础课程的建设与改革实践2011年11期大众科技

[3]李敏陈兴文“信号处理课群”整合优化的探索与实践2005年03期西北民族大学学报

[4]王邠通信技术专业课程体系的构建2008年07期机械职业教育

作者单位：黄淮学院

邮编：463000

（责任编辑董泽芳）