通信工程教學改革論文

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一、通信工程專業進行信號處理課程群建設的必要性

為適應社會經濟與科學技術發展的需要，教育部在2007年下發的《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》(教高〔2007〕2號)中提到，必須從綜合優化的角度開展課程體系及教學內容的改革，建立與經濟社會發展相適應的課程體系，課程群建設即是上述綜合優化式的教學改革方式之一。所謂“課程群”，即是指將若干具有關聯性與銜接關系，能夠相互支撐、補充或強化的單門課程通過優化整合后形成的課程群體［1］。自1990年北京理工大學首次提出“課群”(課程群的前期稱謂)的概念開始［2］，國內高校相繼開展了各類課程群的教學改革與建設，最近幾年呈現迅速發展的態勢，涌現出許多優秀的課程群建設案例。以信號處理課程群為例，如2008年重慶大學信號與信息處理課程群建設［3］，2010年長沙理工大學基于CDIO的信號處理課程群教學改革［4］，2012年安徽建筑工業學院基于創新實踐體系的信號處理課程群建設［5］，以及2013年中國礦業大學樹狀交織模塊化信號處理課程群體系［6］等。這些案例大部分是針對電子信息專業或電氣信息大類專業進行建設，具有一定的普適性;由于各專業的人才培養目標略有不同，在課程設計及教學重點上也存在一定差異。以電子信息工程專業與通信工程專業在信號處理類課程設置上的區別為例，電子信息工程專業的信號處理課程群一般設置有信號與系統、數字信號處理、語音信號處理、數字圖像處理、DSP技術和嵌入式技術等，這些課程大多都屬于電子信息工程專業的核心主干課程，課時量大，邏輯銜接非常緊密，其中信號與系統和數字信號處理屬于基礎類課程，語音信號處理和數字圖像處理屬于應用類課程，而DSP技術和嵌入式技術屬于實現類課程。上述課程設置方式與文獻［3］－［6］的課程群建設方案基本一致，可以將其作為電子信息工程專業信號處理課程群設置的參考范例。而通信工程專業的信號處理類課程中通常僅有信號與系統和數字信號處理屬于核心主干課程，由于信號處理技術的應用與實現并不屬于通信工程專業的重點培養目標，因而應用及實現類課程多為選修課程，課時量安排較少，對學生掌握程度的要求相對較低;在信號與系統、數字信號處理等基礎課程的教學內容選取方面，則必須要考慮與通信工程專業其他主干課程的銜接關系，如通信原理、通信電子線路以及移動通信等。因此，照搬現有的案例并不可行，需要結合學校實際及通信工程專業的具體情況構建適合的信號處理課程群，才能使其與通信工程專業的整體課程架構緊密契合。

二、本校通信工程專業信號處理類課程設置及存在的問題

通信工程專業的信號處理類課程設置如表1所示，其中信號與系統、數字信號處理和MATLAB仿真及系統實現屬于專業必修課程，數字圖像處理、DSP技術及應用和綜合技能實踐屬于選修課程，目前這些課程在實際教學中主要存在以下幾方面問題:

(一)關聯課程在部分教學內容上重疊或邏輯銜接不夠緊密

例如，信號與系統和數字信號處理在教學內容上的交叉部分為離散時間系統的時頻域分析，利用差分方程和Z變換求解離散時間系統的響應或系統函數是信號與系統的重要知識點，也是數字信號處理的基礎知識，在課程群規劃之前各門課程單獨設置授課學時，因此都花費相當的課時數重復講授該部分內容。又如，信號與系統中的傅里葉變換是時域和頻域轉換的橋梁，在常用信號的傅里葉變換一節中僅用一個公式簡單描述正余弦信號的頻譜表達式，因此在教學中通常被一筆帶過，很少詳細講述該表達式的物理意義，而這正是調制與解調的理論基礎，在后續的通信電子線路、通信原理以及移動通信等課程中將被反復提及和運用，學生卻因為印象不深刻而對此概念不甚理解，從而影響了對后續專業課程的掌握。這些都是沒有充分利用課程內容間的邏輯關聯進行相互支撐和強化的典型案例。

(二)應用類課程偏重理論體系的完整性而忽略其實踐價值

DSP技術及應用課程討論數字信號處理的硬件實現，是將理論聯系實際的平臺，而以往的教學通常利用大量的課時講授DSP器件的結構特征、軟件體系和編程方法等，具體應用也只局限于IIR和FIR數字濾波器的硬件設計，學生沒有機會體驗和實踐DSP技術在實際應用中的強大功能。而數字圖像處理課程被設置為純理論課程，主要講述數字圖像的基本概念、數字圖像形成的原理，要求學生掌握數字圖像處理的理論基礎和技術方法，由于缺乏軟件或硬件實踐課程的支撐，學生很難將所學知識應用到未來相關領域的工作和科學研究中。

(三)實驗教學從屬于理論教學，按單門課程獨

立設計教學內容，偏重知識的橫向聯系，體現不出實踐教學本身的連貫和系統性例如信號與系統、數字信號處理和MATLAB仿真及系統實現三門課程的實踐教學均采用MATLAB仿真軟件，卻都要花兩至三個課時學習MATLAB基礎知識。另外，現在的實驗教學還存在其他諸多方面的問題，如實驗教學內容簡單、陳舊，多為驗證性實驗，開放型和研究型的綜合設計實驗太少，達不到鍛煉學生創新能力的效果;實驗設備的利用率不高，買回來的新設備兩三年都沒有在教學中得以應用;綜合技能實訓名不副實，一周或兩周的實訓課程只需在網上搜索一份類似的課程設計報告就可以拿到學分，學生得不到真正的鍛煉。

(四)在理論和實踐

教學中仍采用傳統單一的教學模式，教學效果不佳例如信號與系統、數字信號處理等基礎課程的理論教學一直沿用黑板授課方式，大量圖片和演算都依靠板書展示，使得課堂效率不高。因此，將經典教學法與多媒體以及仿真教學相結合是信號處理類課程教學改革的必然趨勢，也是課程群建設的首要任務。在實踐教學方面，單一的演示和驗證方式已經無法滿足實踐創新的要求，在很大程度上限制了學生主觀能動性的發揮，不能真正完成“實踐能力”的培養任務;實踐內容與“實際”聯系不緊密，學生的感性認識得不到加強，不利于將學到的知識應用到實際領域，更不利于他們直接獲得與現實要求相應的職業能力。

(五)教學評價機制缺位

對于理論教學質量的評價方式僅以考試和考查區分，學生為獲得學分死記硬背、臨場發揮的學習方式無法將知識內化，使個人能力沒有得到真正提升。對于實踐能力的考查，更沒有統一的評價標準和考核指標，學生不重視實踐課程的學習，更談不上激發他們在實踐中改革創新的積極性，相反存在著一定的制約傾向。

三、課程群體系重構及教學改革

基于上述問題，面向通信工程專業的信號處理課程群教學改革不僅需對現有理論教學和實驗教學中存在的弊端進行針對性改革，還應對教學模式和教學評價機制等進行全方位建設，下面就上述幾點進行詳細闡述。

(一)理論教學內容的優化與整合

對于理論教學內容改革的關鍵是利用課程群知識結構的關聯和承接性對相關教學內容進行優化與整合。例如，上文中提到信號與系統和數字信號處理兩門課程在Z變換相關教學內容的重復問題，可以考慮將離散系統的時頻域分析放在信號與系統課程中，以三大變換(傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換)為線索，研究信號通過系統進行傳輸、處理的基本理論和分析方法;而數字信號處理的重點則放在兩個傅里葉變換(離散傅里葉變換DFT和快速傅里葉變換FFT)和兩種數字濾波器(無限脈沖響應數字濾波器IIR和有限脈沖響應數字濾波器FIR)設計上。在課程群間的邏輯銜接問題上，在信號與系統和數字信號處理這類基礎課程的講授中，如果涉及到與通信系統相關的基本理論時，應多花時間進行講授和引導，為日后其他專業課程的學習打好基礎。鑒于通信工程專業的DSP技術及應用課程為選修課程課時量不多，可將該課程定位為應用實踐課程，在理論部分主要結合現有的DSP實驗設備資源，以TMS320DM642芯片為基礎，講授它的片上資源及相關設計即可，無需花太多時間系統介紹DSP的結構特征和編程技巧等。

(二)實踐教學內容的優化與整合

對于課程群實踐教學內容的優化與整合，按照各門課程實踐教學內容的性質和關聯性，提出了如圖1所示的綜合實踐教學方案，分為軟件實驗、硬件實驗和綜合設計實驗三個模塊。軟件實驗MATLAB應用基礎信號與系統模塊數字信號處理模塊{通信系統仿真模塊硬件實驗數字濾波器設計模塊圖像處理模塊{音視頻通信系統模塊綜合設計實驗網絡視頻安防系統IP可視電視設計{視頻點播機頂盒設計等圖1基于課程群的綜合實踐教學設計在軟件實驗部分，考慮到信號與系統、數字信號處理和MATLAB仿真及系統實現這三門課程的實驗平臺都是MATLAB軟件，并為確保信號與系統及數字信號處理這兩門基礎課程充足的理論課時，將它們的實驗部分去掉，統一整合到MATLAB仿真及系統實現課程中，整門課程分為MATLAB應用基礎、信號與系統的時頻域分析、數字濾波器設計以及基于SIMULINK的通信系統仿真四部分，通信系統仿真部分要求學生能夠掌握MATLAB軟件在通信系統中的運用，學習各種基本的通信系統的數學建模與計算機仿真方法。在硬件實驗部分，將數字圖像處理和DSP技術及應用兩門課程做有機結合。現有的DSP教學實驗設備是聞亭公司的TS－DM64X實驗箱，該實驗箱集成的DSP芯片為TMS320DM642，這是一款高性能的數字信號處理器，片上帶有豐富的音視頻硬件資源，具有多種接口，可應用于音視頻、網絡和信號處理等方面。因此，可加大DSP技術及應用課程的實踐教學比例，在實踐教學中融入圖像處理基礎實驗和音視頻通信系統實驗等。而在綜合設計部分及綜合技能實訓課程中，則側重引導學生將信號處理類課程的理論知識應用到通信系統的相關設計中，希望學生以小組形式完成一些綜合性的系統設計，如網絡視頻安防系統、IP可視電話系統等。

(三)在理論教學和實踐教學中采用多元化教學模式

將多元立體化的教學模式應用到課程群教學中是改革的必然趨勢。在理論教學方面，將傳統教學、多媒體教學、網絡教學以及科學軟件仿真相結合，根據教學內容需要以及學生對知識的接收度實施靈活多樣的教學模式。在實驗教學方面，通過有效利用現有的實驗設備資源，采用硬件實驗和計算機仿真實驗相結合的方式，構造多樣化實踐平臺。在實驗教學實施的過程中，對不同的項目任務、不同的完成階段，采取不同的教學模式，如基于工作過程的教學模式、自主式實驗教學模式、參與研究式實驗教學模式以及校企聯合培養教學模式等。1．基于工作過程的教學模式:是以工作過程為導向，構建與工作過程相適應的專業課程體系，分析工作過程中涉及的知識與技能，設置或模擬工作過程情景組織教學，使學生獲得職業崗位或崗位群職業能力的新興教學模式。2．自主式實踐教學模式:在實踐過程中由幾名學生組成研究小組，在教師的指導和引導下“自行”選擇的研究項目，要求學生自己查閱文獻，驗證項目的可行性和先進性，自己撰寫論文和報告，通過這樣的模式突出學生在教學中的主體地位，從而培養學生自主分析問題、解決問題的能力，并以此提升他們的創新意識和團隊精神。在自主實踐環節，教師應從知識的提供者轉變為學習的引導和啟發者。加大實驗室開放力度，加強各類競賽、學生社團、興趣小組、科技創新、自由創作等課外實踐活動，并將學生的自主實踐成果納入實踐能力的考核范圍。3．參與式實踐教學模式:教師可將與課程相關的科研課題引入到教學中，根據學生的能力節選部分科研內容作為課程實踐內容的拓展。該模式主要提高學生的專業素質，促使學生了解學科的先進知識，在真正的科研課題中將課本中學到的知識學以致用，并在實踐中提高學生的創新思維和科研能力，為實現自主創業打下良好基礎。4．校企聯合培養教學模式:加強與企業的合作，開辦教學改革實驗班，為企業培養各種定向的高級應用型人才;加強與相關職業資格認證部門的合作，在實踐教學環節增加各種職業資格課程，要求學生在校期間選修一到兩門，并取得相關的職業資格認證;加強實習基地建設，要求學生在實習期間到企業頂崗實習，參與企業相關產品研發，畢業論文選題應與企業中的真實案例相關，實習期間的考核評價由企業相關指導人員負責等。總之，信號處理課程群是一個理論和實踐教學的綜合體，在教學過程中切勿將兩者分離。

(四)構建多元化教學評價體系

建立和實施以綜合能力與創新能力為主的全程考核多元化教學考核體系，建立可持續評價機制，重點考核學生綜合運用所學知識和技能，創造性發現問題、分析問題、解決問題的能力，保證課程目標的實現，使學生專業技能和創新技能以及創業能力得到提高。在考核機制中，要避免只注重結果、不注重過程的考核辦法，教師要跟蹤學生的整個學習過程，每個階段都要和學生交流，及時反饋，并對該階段學生的成果進行考核，最后給出綜合成績，以促使學生在教學的各環節都能得到鍛煉。

四、課程群教學改革對教師的挑戰

面向課程群的教學改革對教師提出了更高的要求。首先，教師不能只關注自己教授的某一兩門課程，而必須對整個課程群的知識體系有宏觀性的把握，并具備很好的學習遷移能力［7］，從而在教學過程中引導學生完成整個知識鏈的邏輯銜接。其次，教師需要具備較強的科研能力，并將自己的科研課題引入到教學中，促進開放型和研究型的學習氛圍。因此，課程群建設需要一支素質精良、技術過硬的教師團隊，任課教師應努力提高自身的專業素質、教學改革意識和應用現代教育技術的能力，針對個人專業及特長制訂中長期的學習計劃，通過教學與科研相結合的方式，以科研帶進新理論、新思路、新動向，在實踐中積累教學與研究經驗，整體提高教學隊伍的教學質量，活躍教學思想，使教學隊伍中各教師的教學各具風格。第三，應積極鼓勵和支持教師以多種渠道、多種方式到企業進修，通過產學研相結合的方式提高實踐能力，打造一批具有較高技能的“雙師型”教師隊伍。

作者:鄧莉孫山林李歐迅單位:桂林航天工業學院