应用型人才培养的信号与信息处理课程群建设论文提出优化后的课程群能更有效地提高相关课程的教学质量和教学效率，更有利于培养学生的实践能力和创新思维能力的观点。

　　应用型人才培养的信号与信息处理课程群建设论文【1】

　　摘要：针对湖南理工学院信号与信息处理课程群中存在的问题，结合工程应用型人才的培养，就如何优化课程群提出了具体的建设方案。

　　关键词：工程应用型人才;信号与信息处理;课程群;建设

　　自从教育部实行“质量工程”重大举措以来，课程群建设受到了广泛的重视。

　　[1-4]课程群有效地避免了单门课程只注重本课程建设的局限性，将课程与课程之间有机结合，从而形成一个完整的课程教学体系，建设的成效远远大于相关单门课程的总和。

　　在近几年的课程改革中，湖南理工学院(以下简称“我校”)对信号与信息处理课程群的建设做了一定的探索与实践，[5-7]但仍然存在以下两方面的不足：一是课程群的体系结构不够完善，各门课程的内容过分独立，没能很好地挖掘出各学科内部的关联性，课程群的整体效应没有得到充分发挥;二是在课程群的体系中，各学科课程普遍偏重于理论学习，对提高学生的实践能力和创新能力显得不够重视。

　　如今，社会对学生实践能力和应用能力等方面的素质要求在不断提高，再加上在课程群建设中存在的问题，对该课程群进行进一步的改革和建设就显得十分重要。

　　我校作为一所地方理工科院校，结合各行业对人才的不同需求，根据工程应用型人才培养目标和规格要求，对信号与信息处理课程群教学进行了改革与探索，改革的总体思想为：以改革课程群体系为核心，以“学生为主体，教师为主导”为原则，优化和整合课程群内容和加强实践教学，提高教学团队的整体执教能力，重点突出对学生综合素质和工程应用能力的培养，使学生的知识体系和能力体系能得到均衡发展。

　　下面对我校信号与信息处理课程群建设进行详细阐述。

　　一、信号与信息处理课程群建设的总体概况

　　1.优化课程群的结构

　　信号与信息处理课程群主要包括“信号与系统”、“数字信号处理”、“数字图像处理”、“MATLAB技术与应用”和“DSP原理及应用”五门课程。

　　根据其不同的课程特点和教学要求，可以把这五门课程进行重新分类，组成如图1所示的课程群结构。

　　由于“信号与系统”、“数字信号处理”两门课程理论性强，也是其他三门课程的基础，将其归为基础理论类课程，其重点是给出本课程群的基本概念和基本规律以便帮助学生打好理论基础，并注重理论与实践的有机结合和学生创新思维能力的培养;“数字图像处理”、“MATLAB技术与应用”和“DSP原理及应用”三门课程不仅要关注相关理论的传授，更要重视理论的软、硬件实现，因而将其划为应用实现类课程，课程中要加强工程应用方面的培训内容，重点培养学生的实践能力和创新能力。

　　2.调整课程群的课程标准

　　相关课程的课程标准都是从信号与信息处理课程群建设的角度来制订和设计，注重课程群的整体效应，摈弃了以前仅从单门课程的角度来确定课程标准的设计思路。

　　在基础理论类课程的内容设置上，注重结合具体的应用案例系统讲授基本概念和基本规律，强调理论知识的应用和学生创新思维的培养。

　　在应用实现类课程中，坚持以培养学生的应用能力为主线，重点放在提升学生动手实践的能力上。

　　在课程实验安排上，把各课程的主要实验内容进行改造和重组后合并到一本实验指导书中，结合基础理论类和应用实现类课程的要求设计相应的实验项目，同时加强综合性和创新性实验的修订和设计。

　　这可以加强相关课程之间的融合、交叉和关联，不但对课程群教学内容进行了优化和整合，而且利用了课程内容的关联性相互支撑和强化。

　　3.改革课程群的教学模式和教学方法

　　在课程教学中，采用“三结合”的教学模式，即教学内容与上机实验相结合、理论教学与实践操作相结合、实践内容与创新能力培养相结合。

　　摒弃“填鸭式”的教学方法，教授内容注重与实际相联系，强调工程应用基础，激发学生的学习兴趣和创新思维能力;针对学生的认知规律和思维习惯，循序渐进，逐步引导，通过基础理论的讲解和剖析，加深理论与工程应用的联系;课程作业要避免陈旧的、重复的题海训练，注重课程作业的综合性、开放性和设计性。

　　二、课程的再设计和再规划

　　课程的设计和规划以学生知识体系和能力体系的培养为宗旨，加强理论与实践的融合，激发学生的学习兴趣，培养学生的动手实践能力、工程应用能力和创新思维能力等综合素质和能力。

　　下面根据基础理论类和应用实现类课程的不同教学要求和目的，对其进行了再设计和再规划。

　　1.基础理论类课程注重理论与实践的有机结合，培养学生的工程创新思维

　　基础理论类课程是应用实现类课程的基础，要注重学生基础理论的学习和应用，培养学生的工程创新思维，该类课程的设计与规划如图2所示。

　　(1)优化课程知识结构，加强理论与工程实际的结合。

　　理论课程从不同的角度揭示了信号的变换和信号的处理，通过对课程的重点和难点的分析和讲解，展现了课程严谨的数学逻辑和数学方法，这就要求教师能够将其讲解清晰分析透彻。

　　在教学过程中，结合具体的实例，加深理论与实际的联系，纵向拓展理论教学的内容，吸引学生的学习兴趣。

　　在应用层面上，通过具体的工程实例，从课程理论角度来分析工程应用的本质，从应用角度来突出理论的价值和意义。

　　这样深化学生对课程内容的理解，培养学生的工程应用意识和创新精神。

　　(2)虚拟实验平台的推广与应用，解决理论与实践脱节问题。

　　虚拟实验是指在计算机系统中采用虚拟现实等一系列技术实现虚拟实验环境，用软件模拟虚拟设备，学生可以像在现实实验环境中一样完成各种实验，实验效果基本等价于在真实环境中所取得的效果。

　　[8]在以往的教学中，理论课与实验课都是单独设置和讲授的，衔接不是很紧密。

　　学生在实验的过程中，往往会淡化理论与实验的联系，而虚拟实验既可辅助理论教学，也可作为实验教学手段，起到一个理论教学与实验教学的纽带作用。

　　这种教学改变了单调的课堂授课方式，模糊了理论课和实验课的界限，将理论教学、虚拟实验教学和实物实验教学融为一体。[6]

　　(3)采用实验驱动的实践教学方法。

　　“信号与系统”和“数字信号处理”两门课程理论性强，应用基础模糊，仅靠课堂的讲授与学习，学生难以掌握基本的理论知识和把握知识结构体系，培养学生宜采用实验驱动的方式。

　　其目的是激发学生的学习兴趣，强化并巩固学生理论基础知识的应用和实践，培养学生动手实践能力和工程设计能力。

　　每个课程实验都是工程应用的基础，如50hZ非正弦周期信号的分解与合成、信号的采样与恢复、数字滤波器的设计等。

　　通过实验，学生可以积累实践经验，在今后的工作中如遇到相似的问题也可轻松解决。

　　(4)参与教师的科研和课程讨论。

　　通过参与科研项目，从事一些简单的基础研究，进行理论探索与研究，将理论知识进一步的加深和挖掘，培养学生科学的思维习惯。

　　其次，围绕课程内容，教师通过设计一些应用型的课题，激发学生的学习热情，让其自主解决。

　　2.应用实现类课程加强工程应用培训，培养学生的实践创新精神

　　应用实现类课程是理论的应用与实践，将理论进行纵向拓展，重点在于学生能够动手实践，以及创新精神的培养，此类课程的设计与规划如图3所示。

　　(1)注重工程应用与实践。

　　课程教学不仅要把主要的重点的内容讲解清晰透彻，而且要结合具体的应用情景，巩固学生理论知识，对理论进行延伸，培养学生的创新精神。

　　在教学过程中，结合每章的主要内容，例举一两个工程实例，通过案例将理论与应用的联系落到实处，加深学生对课程的理解和应用。

　　几个章节结束后，再结合综合性强的工程案例，将课程理论进一步融会贯通，加强学生工程应用思维及能力的培养。

　　(2)采用项目驱动的实践教学模式。

　　“DSP技术与应用”、“数字图像处理”和“MATLAB技术与应用”三门课程应用性和综合性强，宜采用项目驱动的方式。

　　每一个项目都是工程应用项目，可直接应用到实际的社会工作中，如图像分割、音频信号发生实验、FFT算法实验、语音编码解码实验等，其目的是调动学生学习的积极性，让学生实实在在地进行工程开发，培养学生的逻辑思维能力、创造性思维能力和工程应用能力。

　　(3)综合性设计性实验平台的开发与应用。

　　针对实验环节中实验内容和项目相对单一、实验课程之间无关联、综合性设计性实验较少等问题，对实验内容进行改革和创新，对验证性实验进行扬弃，增加综合性设计性实验，如车牌识别系统设计、DSP小型系统设计等，培养学生综合实践能力、创新能力和解决实际问题的应用能力，积累一定的开发实践经历。

　　三、课程群资源网站建设与完善

　　教学资源网站建设是课程教学改革中最重要的组成部分。

　　通过将有关课程群建设的课程理论和实验教学大纲及计划、教学录像和课件等教学资源公布在课程群网络教学平台上，方便学生的学习和交流。

　　针对不同学习层次的学生，提供了不同的课程学习计划，学生可根据自己的学习情况，选择自己的课程学习方案，引导学生围绕教学目标和计划研读最新的资料，避免学生对课程认识的片面性和主观性，激发学生学习的热情和兴趣。

　　通过在线学习、论坛、资源共享，教师可不受时间和地域的约束指导和帮助学生，解决学生在学习过程中遇到的问题和困难。

　　四、教学团队建设与管理

　　教学团队建设是实现建设目标、提高教育质量的关键。

　　为进一步提高教学团队的执教能力，在教学活动中，各课程教师不定期地进行教学讨论与交流，对在教学过程中出现的问题，及时进行解决和调整。

　　加强理论课老师和实验课老师的交流和沟通，将理论课与实验课更好地融合。

　　为提高教师的工程应用基础，定期安排教师到校企合作企业考察与学习，掌握学科的发展和学术动态。

　　由教学名师定期讲授，开展教学方法和教学内容研讨会，介绍相关院校的教学经验和教学成果。

　　五、课程群建设成效

　　课程群建设依托我院电子信息工程专业，为国家和湖南省“十二五”专业综合改革试点专业。

　　我院是电子信息类工程应用型人才培养模式创新和卓越工程师教育培养计划实验单位。

　　近年来，承担湖南省高校教学改革研究重点和一般项目3项，获国家教学成果奖2项、湖南省教学成果奖3项、湖南省高校优秀教材奖1项。

　　学生获全国大学生电子设计竞赛、数学建模竞赛、信息技术应用水平大赛、物联网应用设计大赛等国家级奖励近20项、省级奖励30多项。

　　参考文献：

　　“信号与信息处理”课程群教学改革论文【1】

　　摘要：课程群建设是当前课程改革和建设的热点。

　　基于课程群内涵界定原则探讨了“信号与信息处理”课程群教学改革研究。

　　以“数字信号处理”课程为核心，在横向上将“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术与应用”三门本科学历教育课程有机整合，建立新的教学体系，并形成与之配套的教学模式及方法，使学生打牢宽广扎实的信号处理基础知识。

　　在纵向上，改革建设“数字信号处理(本科)”、“数字信号处理(硕士)”和“现代数字信号处理”课程，使学生知识体系向纵深拓展，培养高端研究型人才。

　　关键词：信号与信息处理;课程群;课程改革

　　按照高等院校教育模式转型的要求，人才培养模式正在由单专业岗位型向厚基础宽口径型转变。

　　为了适应这种转变，高等院校的课程设置也应该进行相应的调整与改革。

　　课程群教学方法正是对教学过程中的教育思想、课程体系、教学内容、教学方法等进行全面改革，对于培养21世纪高素质的新型人才具有重要而深远的影响。

　　在海军工程大学电气电子类专业信号与信息处理类课程的本科、硕士、博士系列教学实践中存在如下问题：部分课程内容有重叠，衔接不流畅，如“信号与系统”、“数字信号处理”课程均用较多的篇幅讨论了z变换和抽样定理;课程理论推导多，应用实例少，学生对课程的实用性产生疑惑;部分电气类研究生在信号处理基础知识的掌握上有欠缺，影响了后续学术研究的深度。

　　基于以上教学过程中的实际问题，以学科专业的优化、课程体系的构建和学生知识结构的形成为目标，课题组进行了“信号与信息处理”课程群教学改革研究，在教育思想、课程体系、教学内容等方面取得了初步成效。

　　一、课程群内涵研究

　　课程群是与单门课程相对应的一种课程建设模式，国内高校进行课程群建设至今已有十多年的历史。

　　1990年，北京理工大学基于“在课程建设中应当以教学计划的整体优化为目标”，提出要注重“课群”(课程群的早期称谓)的研究与建设之后，一些高校陆续开展了虽名称相同或相似但差异较大的课程群建设的实践。

　　为达成共识，提高课程群建设的质量，国内各高校教学管理人员及教师对课程群的内涵进行了理论探讨。

　　[1]一般认为，课程群是以单门课程为基础，整合两门或以上内容相关联或程度逐步加深的课程组成一个结构合理、层次清晰、课程间相互连接、相互配合、相互照应的连环式课程群体。

　　课程群具有两大属性：一是关联性。

　　课程群虽以课程间的知识、方法、问题等逻辑联系为结合点，但在课程群建设未实施前，这一关联尚属内隐。

　　伴随课程群建设，这一关联不断外化，并在实际教学中促使学生的认知迁移达到贯通。

　　二是整合性。

　　课程群通过对课程的重新规划、设计填补原先课程间的空白，删除原先课程间的重复内容，体现群内一门课程对另一门课程的意义，并使学生更好地把握一门课程与其他课程以及整个课程群的关系，从而达到整体大于部分之和的效益。

　　基于课程群内涵界定原则，需要建设“信号与信息处理”课程群。

　　通过对课程的重新规划、设计填补原先课程间的空白，删除原先课程间的重复，体现群内一门课程对另一门课程的意义，并使学生更好地把握一门课程与其他课程以及整个课程群的关系，从而达到少学时的整体教学效果大于多学时分散式多课程的教学效果。

　　具体而言，课程群以“数字信号处理”课程的基本理论为核心，在横向上将“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术与应用”三门本科学历教育课程进行有机整合，优化实验课程内容，建立新的教学体系，并形成与之配套的教学模式及方法，使学生打牢宽广扎实的信号处理基础知识，并从理论学习上升到实际应用，形成完整的系统概念，掌握便捷的分析与设计方法，有效培养学生获取新知识、应用新知识的能力，从而全面提高学生的素质。

　　纵向上，改革建设“数字信号处理(本科)”、“数字信号处理(硕士)”、“现代数字信号处理(博士)”和“DSP技术与应用”课程，使学生知识体系向纵深拓展，培养高端研究型人才。

　　课程群结构框图如图1所示。

　　图1“信号与信息处理”课程群结构框图

　　二、课程体系的改革

　　1.本科学历教育的横向课程建设

　　设计的课程群的本科阶段包含“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术及应用”三门课程。

　　“数字信号处理”是信息科学的重要组成部分，是工科专业的共同基础。

　　“信号与系统”是“数字信号处理”课程的前导课，也是连接信息处理领域理论与应用的重要基础课程。

　　“DSP技术与应用”讲授数字信号处理器的软硬件开发，属于实践与应用课程。

　　三门从理论学习上升到实际应用，形成相互连接与照应的整体。

　　根据授课对象的不同进行有针对性的体系建设。

　　海军工程大学“信号与信息处理”课程群的本科授课对象有两类：一类是电子、通信类专业;一类是电气、控制类专业。

　　电子、通信类专业信号处理的对象主要是弱电信号，对理论深度的要求比较高，因此分别开设了70学时的“信号与系统”课程和50学时的“数字信号处理”课程，课程设计时注重理论计算法的深入探讨，更新、增加应用实例(例如调制解调)，加强在通信、雷达、声纳等传统信号处理领域中的应用分析，拓宽学生视野。

　　“DSP技术与应用”课程以TI公司的C5000系列芯片为对象，以语音处理的实现为实践内容，讲授DSP的应用。

　　电气、控制类专业属于强电领域，信号处理在该领域的应用属于交叉学科，对信号处理的理论深度要求稍低，在课程设置时没有将“信号与系统”作为先导，同时将“数字信号处理”扩充为60学时。

　　首先用16个学时给学生补充信号分析与系统分析的相关基础知识，并适当降低知识点的理论深度，注重实际应用(如滤波器设计中直接讲授滤波器设计指标和MATLAB设计方法，略去理论分析)。

　　另外，电气控制类专业涉及的强电信号频率相对较低，信号幅值较高，而且多为缓变信号，对信号的采用频率、算法的精度、实时性要求不高。

　　在实际讲授中，着重强调傅氏变换在频率测量方面的应用，略去拉氏变换在电路求解方面的应用，加强数字部分，将状态空间移至”自动控制原理”课程讲授。

　　为改革课程使之更切合电气控制类专业，编写了适合该类专业的信号处理入门基础课程教材《数字信号处理》，[2]并于2011年5月由机械工业出版社正式出版，目前已经在两届学生中使用，学生反映教材深入浅出，理论联系实际效果好。

　　相应的“DSP技术与应用”课程以TI公司的C2000系列芯片为对象，以马达控制的实现为实践内容，讲授DSP的应用。

　　2.本科及研究生教学的纵向课程建设

　　现代数字信号处理是一门发展迅速的前沿交叉性学科，它在经典的数字信号处理的理论和算法方面进一步扩展，其基本内容一般分为硕士和博士两个阶段讲授。

　　硕士讲授内容一般为最小二乘滤波器、自适应滤波器、功率谱估计和同态信号处理，博士讲授内容一般为高阶谱估计、短时傅里叶变换、小波变换、维格纳分布和多速率信号处理。

　　同样地，由于学科发展的历史原因，现代数字信号处理大部分教材在内容、深度以及联系实际应用等方面基本上以通信、电子类专业研究生为研究对象，而极少以电气自动化和机械工程专业研究生为对象。

　　为满足电气自动化和机械工程类专业研究生(硕士、博士)对现代信号处理技术的需求，编写了《高等数字信号处理》教材，[3]作为硕士研究生“数字信号处理”和博士研究生“现代信号处理”的教材。

　　该教材为普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材，以研究生水平的数字信号处理内容为主，适当兼顾与本科数字信号处理内容的衔接，并导论性地介绍信号处理技术的最新发展成果，使学生既打牢基础又有发展空间。

　　三、实验体系建设

　　基于“信号与信息处理”课程群建设的总体计划和建设目标考虑，学校在2007年建设了“信息处理基础实验室”，以该实验室为实验平台，将“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术及应用”三门课程的实验内容整合，并编写了《信号分析与处理实验》讲义。

　　实验体系的建设实现了基本原理与工程应用的有机结合，软件仿真与硬件实现的有机结合。

　　实验内容的设置围绕信号分析与处理、系统分析与设计、信号处理综合应用和信号处理软硬件实现四个层面展开。

　　软件实验基于MATLAB仿真环境，作为“信号处系统”和“数字信号处理”课程实验内容，侧重于信号处理算法的仿真和系统的模拟，以加强学生对基本概念的理解，初步培养学生利用信号处理理论分析和解决实际问题的能力。

　　硬件实验基于TI公司的TMS320C5x和TMS320C2x开发环境，作为“DSP技术及应用”课程实验内容，侧重利用DSP系统资源实现信号实时分析和处理，培养学生数字信号处理系统的开发应用能力。

　　四、与时俱进，改革教学内容

　　在教学内容改革上，理论上以当代信息科学的观点讲授经典理论;实践上突出工程应用软件的应用，突出信号处理技术在电气电子工程中的应用。

　　课程教学内容的改革经验主要表现在如下方面：

　　1.考虑专业的特点，既精选内容避免重复又注意内容的衔接

　　离散信号的z变换、抽样定理在两门理论课程均有体现，内容重叠且深浅不一致。

　　根据电气、电子专业对理论深度要求的差异，在教学中合理安排该内容在相关课程出现的位置和学时，并注意和前后内容的连贯。

　　2.拓宽知识面，增加授课信息量，注重经典理论与现代技术的结合

　　课程教学效果成败的关键不在于学生认识和记忆了多少定义、定理的条文，而应注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题。

　　[4]随着信息科学理论与实践研究的迅速发展，对于许多经典理论的认识需要补充、修正或以新的观点来审视。

　　在刚开始建立信号传输概念时，从全球定位系统、个人通信技术和国际互联网等实例引入，营造了当代信息科学飞速发展的浓厚气氛。

　　又如，按照传统的观念，带通滤波器的作用主要是针对频移信号的检测。

　　这种系统按需要设计之后无需改动频率参数。

　　而从当代信息科学的观念来看，必须以窗函数理解各种带通的作用，而且许多带通问题要求频率参数随时可以灵活调节，小波变换即是这种应用实例。

　　对于电气专业，增加介绍信息流、能量流、管理流互动的智能电网的概念，实现电气电子的交叉融合。

　　3.理论联系实际，注重培养学生解决问题的能力

　　注重讲清基本概念和方法，介绍信号处理技术的应用，而不是过分强调数学公式的推导和证明。

　　例如，在讲解相关分析部分时介绍其在噪声消除中的应用;介绍频谱分析时，注重其在频率测量、谐波检测、故障诊断中的应用。

　　教学内容中介绍了用MATLAB语言实现信号处理算法，培养学生解决实际问题的能力。

　　五、结束语

　　结合学校课程设置实际和多年的教学经验提出了“信号与信息处理”课程群的研究内涵，突破了以往课程建设多以本科同层次课程组合的模式，建立了本科-硕士-博士不同层次课程的综合优化衔接的纵向模式。

　　课程群既包含密切相关、相承、渗

　　透、互补性的三门本科课程组合而成的有机整体的横向课程，又包含层次清晰，课程间相互衔接的深入拓展的三门纵向课程。

　　课程改革与建设是一个需要持之以恒而又与时俱进的工作，其间总会产生新的问题，形成新的看法，以后将进行进一步研究讨论，做好教书育人工作。

　　参考文献：