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摘要:本文面向應用型人才培養進行“數字信號處理”課程實踐化教學改革。分析現有教學方法存在的問題，調研企業用人需求，依據實際工程案例，構建信號采集和處理流程的知識體系，開展理論與實踐一體化教學。通過將工程案例融入課程教學，使學生建立完整的知識體系，在實踐中學習和運用理論知識，激發學生學習興趣，提高學習效率，鍛煉實際的項目開發能力。

關鍵詞:應用型人才培養;數字信號處理;實踐化教學改革

0引言

為了不斷推進“中國制造2025”等國家戰略，教育部高等教育司提出普通本科院校應該緊密對接經濟帶、城市群和產業鏈布局，深化產教融合、校企合作，優化人才培養類型結構，加大應用型人才培養力度［1］。“數字信號處理”作為電子信息、自動化、通信工程、測控技術與儀器等專業一門核心的專業基礎課［2］，對學生項目研發能力的培養十分重要。然而，這門課程概念繁雜、理論抽象，傳統教學方式只重視理論教學而忽略了知識應用，教學效率低下。如何對現有的課程教學模式進行改革，依據企業需求，在教會學生理論知識的同時，鍛煉其工程實踐能力，是培養應用型人才的關鍵。近年來，已有許多關于“數字信號處理”課程實踐化教學的改革嘗試。有學者嘗試基于Matlab、LabVIEW等軟件設計數字信號處理教學演示系統或者實驗平臺［3，4］;有學者對數字信號處理的一些理論如濾波器設計等實踐化教學方法進行探索［5］;也有學者將科研成果轉化為教學案例，如地震、語音、心電、脈搏等信號的采集與處理，將這些案例引入課堂教學，提高教學效果［4，6，7］。這些改革取得不錯的教學效果，為面向應用型人才培養的數字信號處理課程教學模式改革提供了思路。在我校不斷推動面向應用型人才培養的課程實踐化教學模式改革過程中，筆者參與主持“數字信號處理”課程的實踐化教學改革，依據企業需求及現有人才培養過程中遇到的問題，以企業的實際案例為載體，進行實踐化教學改革的嘗試，取得了較好的效果，為后續教學改革打下堅實的基礎。

1現有教學方法存在的問題

為了落實我校十三五規劃提出建設“特色鮮明、質量著稱的應用型品牌大學”的目標，我院充分分析學校所處地域的經濟結構，對長三角經濟區的多家企業進行走訪調研，提出面向非標自動化生產與檢測行業(簡稱非標自動化行業)的人才需求，探索測控技術與儀器專業人才培養模式。在分析企業用人需求的基礎上，發現數字信號處理課程現有教學方法存在以下不足:(1)傳統教學方式已不能滿足學生培養的要求。傳統的教學方式重在理論知識內容的講解，即只教學生“學什么?”，而不講知識點的來源及工程應用前景，即“為什么學?”，“怎樣用?”，導致學生囫圇吞棗，學習效率低，進而失去學習興趣。(2)學生沒有建立完整的專業知識體系，學習效果差。教師注重本門課程知識的講解，而忽略了課程內容在整個知識體系中的位置，即使有些課程講解了知識體系，學生也因為知識的欠缺而難以掌握，進而導致學生所學內容分散，容易混淆，陷入“學的快，忘的快”的死區。(3)畢業學生能力已不能滿足企業需求。非標自動化行業的企業需求隨著社會、經濟的變革在不斷改變，而高等教育，特別是應用型高校教育卻沿襲著自身的慣性運行［1］，導致學生在學校“所學”滯后企業“所需”，進而產生“企業招工難，高校畢業生生找工作難”的怪象。

2實踐化教學改革總體思路

“數字信號處理”課程實踐化教學改革的總體思路為:以企業需求為導向，以工程案例為載體，根據學生的認知過程，探索數字信號處理課程的教學實踐模式，有針對地培養學生的能力，滿足企業用人需求。圖1為本項目的詳細工作思路。具體如下:首先，與長三角非標自動化行業的相關企業合作將企業用人需求轉變為具體的工作能力要求。與企業工程師合作選擇能鍛煉學生工作能力的綜合工程案例，對其進行分解，用于學校教學。然后，以案例為載體對信號處理流程的知識體系進行整合與優化，開展教學工作。將工程綜合案例按照內在的邏輯性進行分解，形成若干教學案例。進一步梳理這些案例，分解出這些案例所必需的理論知識和實踐能力，整合形成知識體系。在此基礎上，開展理實一體化教學，完成理論知識和教學案例知識講解與訓練。最后，通過綜合實訓讓學生完成教學案例，培養其項目開發能力。通過對案例進行“分解→綜合”的過程，使學生對復雜工程項目的具體實施過程有所了解，能夠在掌握理論知識和實踐技能的同時，懂得如何在實際工程項目的實施過程中有針對的自學新知識和新技能。最后，與企業合作，讓學生在企業進行實習，通過進一步鍛煉，使學生將所學知識和技能進行遷移，形成實際工作能力，滿足企業需求。

3教學改革內容的實踐過程

1)工程案例庫的構建

為了實現應用型人才培養的目標，根據企業用人需求有針對性的培養人才，我校立足長三角經濟帶的非標自動化行業，積極整合企業資源，以我校為主導，聯合美國國家儀器NI(NationalInstrument)公司、蘇州凌創電子系統有限公司、蘇州博眾精工科技有限公司、江蘇特創科技有限公司、蘇州高登威科技股份有限公司、儒拉瑪特自動化技術(蘇州)有限公司等20多家企業，成立“非標自動化行業卓越工程師校企聯合培養聯盟”。旨在共同培養應用型人才，這些企業多以提供非標自動化產品的技術研發為主，具有豐富的工程案例。與企業工程師合作，對工程案例進行整合，建立工程案例庫。

2)知識體系構建

通過對工程案例的分解與分析，得到圖2所示的信號采集與處理流程。以該流程為主線，使學生建立完整的專業知識體系，明確數字信號處理課程在專業中的地位以及該門課程應該掌握的知識點。圖2中，從每個模塊提取問題，以問題為中心進行教學，讓學生了解各流程之間的邏輯關系以及應該具備怎樣的能力。在每個模塊前提出“為什么有這個模塊?”，通過解答，提高學生學習的興趣，產生“怎樣做才能實現這個模塊?”的學習動力。同時，講解信號流程中每一個模塊與所學課程的支撐關系，如傳感器模塊由“傳感器原理與檢測技術”課程支撐、信號預處理模塊由“電路”、“電子技術基礎”課程支撐等。而“數字信號處理”課程是A/D轉換模塊、數字信號處理器模塊和D/A轉換模塊的理論支撐課程。其中，A/D轉換模塊對連續信號進行采樣轉換，從而形成能夠存儲的離散信號，這個過程中必須遵循信號采樣定理。而為了對采集的信號進行分析，就需要從頻譜中觀察信號的成分，引出傅里葉變換。信號中不可避免的含有噪聲，因此就需要設計數字濾波器抑制這些噪聲，引出FIR和IIR數字濾波器的設計。而卷積定理，z變換是設計濾波器的數學工具。通過對信號采集與處理流程的分析，使學生在建立專業知識體系的同時，明白“數字信號處理”課程核心知識點的工程背景及重要性，引起學生的學習興趣及對課程的重視。

3)基于工程案例的實踐化教學過程

根據學生的認知規律及過程，以學生為中心，依托工程案例開展理實一體化教學。通過前修課程“傳感器原理與檢測技術”、“電子技術基礎”、“單片機原理及應用”等課程，學生已以小組為單位完成所分配案例的硬件系統。基于該系統開展“數字信號處理”課程的理論和實踐教學。首先，對工程案例進行分解，獲取完成案例所需的理論知識和實踐技能。然后，對理論知識進行講解，讓學生掌握必要的概念和原理。針對所學習的理論，指導學生在所開發的系統上完成理論驗證和算法編程實現。例如，①講解完采樣定理之后，讓學生在單片機系統內設置不同采樣頻率對模擬信號進行采樣，通過模擬信號和數字信號時域波形和頻譜成分的對比，掌握采樣定理內容。②在講解完IIR濾波器設計方法之后，指導學生對已采集的離線數據在MATLAB軟件中完成濾波器的性能設計，得到濾波器的系統傳遞函數和差分方程;在此基礎上，在單片機上采用C語言代碼實現差分方程，通過實際信號的濾波過程讓學生感受濾波器的作用，掌握實際工程項目開發中濾波器的設計和調試過程。采用這種方式，使學生具備完成工程案例的基礎知識和基本能力。最后，通過綜合實訓，指導學生對所學知識進行整合，完成完整的工程案例，強化他們的能力，使其能夠進行實際工程項目開發，滿足企業用人需求。

4)教學效果評估

采用多種手段對學生的學習效果進行評估:(1)基于“藍墨云班課”軟件，通過知識點測評、學生自評、調查問卷等形式，對學生理論知識學習的效果進行打分，把握學生理論知識掌握程度，了解學習中遇到的困難，有針對性地進行課外輔導。(2)制定實踐環節的評分細則，對學生實踐環節表現進行評價。同時，編纂數字信號處理算法的Matlab、C語言程序試題庫，讓學生在課余時間以“刷積分”的形式進行實踐學習。最終，通過實踐編程考試，對其學習效果進行測評。(3)制定實訓環節的評分細則，根據學生對工程案例的完成程度對其進行評價。該部分由項目的完成度、答辯成績和實驗報告成績組成。

4結語

面向應用性人才培養，根據企業需求，依據實際工程項目探索數字信號處理課程實踐化教學模式改革。將信號采集與處理流程引入教學，使學生建立完整的專業知識體系。同時，將工程案例引入課堂，開展理實一體化教學。最終，通過指導學生完成完整工程案例鍛煉其工程實踐能力。

參考文獻:

［1］王繼元．行業學院:應用型人才培養的時代要求［J］．南京:江蘇高教，2019，(3):71-74．

［2］李鵬．基于新形勢下的數字信號處理技術的應用和發展研究［J］．北京:電子測試，2016，(3X):76-77．

［3］易婷．基于Matlab的“數字信號處理”課程實驗設計［J］．南京:電氣電子教學學報，2017，39(2):111-113．

［4］丑永新，劉燕，魯明麗，等．“數字信號處理”課程輔助教學系統［J］．南京:電氣電子教學學報，2018，40(5):81-84．

［5］席在芳，歐青立，曾照福．IIR數字濾波器設計實驗教學的探索與實踐［J］．北京:實驗技術與管理，2008，25(8):48-50．

［6］楊毅，李澤偉，鄧北星，馬曉紅．語音信號處理實驗的改革與實踐［J］．上海:實驗室研究與探索，2014，33(4):123-126．

［7］武曄，萬永革，石硯斌．數字信號處理課程“地震數據重采樣”綜合性實驗設計［J］．上海:實驗室研究與探索，2018，37(2):178-182+192．

作者:丑永新 劉繼承 鐘黎萍 謝啟 單位:常熟理工學院