通信工程教学改革论文

一、通信工程专业进行信号处理课程群建设的必要性

为适应社会经济与科学技术发展的需要，教育部在2007年下发的《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》(教高〔2007〕2号)中提到，必须从综合优化的角度开展课程体系及教学内容的改革，建立与经济社会发展相适应的课程体系，课程群建设即是上述综合优化式的教学改革方式之一。所谓“课程群”，即是指将若干具有关联性与衔接关系，能够相互支撑、补充或强化的单门课程通过优化整合后形成的课程群体［1］。自1990年北京理工大学首次提出“课群”(课程群的前期称谓)的概念开始［2］，国内高校相继开展了各类课程群的教学改革与建设，最近几年呈现迅速发展的态势，涌现出许多优秀的课程群建设案例。以信号处理课程群为例，如2008年重庆大学信号与信息处理课程群建设［3］，2010年长沙理工大学基于CDIO的信号处理课程群教学改革［4］，2012年安徽建筑工业学院基于创新实践体系的信号处理课程群建设［5］，以及2013年中国矿业大学树状交织模块化信号处理课程群体系［6］等。这些案例大部分是针对电子信息专业或电气信息大类专业进行建设，具有一定的普适性;由于各专业的人才培养目标略有不同，在课程设计及教学重点上也存在一定差异。以电子信息工程专业与通信工程专业在信号处理类课程设置上的区别为例，电子信息工程专业的信号处理课程群一般设置有信号与系统、数字信号处理、语音信号处理、数字图像处理、DSP技术和嵌入式技术等，这些课程大多都属于电子信息工程专业的核心主干课程，课时量大，逻辑衔接非常紧密，其中信号与系统和数字信号处理属于基础类课程，语音信号处理和数字图像处理属于应用类课程，而DSP技术和嵌入式技术属于实现类课程。上述课程设置方式与文献［3］－［6］的课程群建设方案基本一致，可以将其作为电子信息工程专业信号处理课程群设置的参考范例。而通信工程专业的信号处理类课程中通常仅有信号与系统和数字信号处理属于核心主干课程，由于信号处理技术的应用与实现并不属于通信工程专业的重点培养目标，因而应用及实现类课程多为选修课程，课时量安排较少，对学生掌握程度的要求相对较低;在信号与系统、数字信号处理等基础课程的教学内容选取方面，则必须要考虑与通信工程专业其他主干课程的衔接关系，如通信原理、通信电子线路以及移动通信等。因此，照搬现有的案例并不可行，需要结合学校实际及通信工程专业的具体情况构建适合的信号处理课程群，才能使其与通信工程专业的整体课程架构紧密契合。

二、本校通信工程专业信号处理类课程设置及存在的问题

通信工程专业的信号处理类课程设置如表1所示，其中信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现属于专业必修课程，数字图像处理、DSP技术及应用和综合技能实践属于选修课程，目前这些课程在实际教学中主要存在以下几方面问题:

(一)关联课程在部分教学内容上重叠或逻辑衔接不够紧密

例如，信号与系统和数字信号处理在教学内容上的交叉部分为离散时间系统的时频域分析，利用差分方程和Z变换求解离散时间系统的响应或系统函数是信号与系统的重要知识点，也是数字信号处理的基础知识，在课程群规划之前各门课程单独设置授课学时，因此都花费相当的课时数重复讲授该部分内容。又如，信号与系统中的傅里叶变换是时域和频域转换的桥梁，在常用信号的傅里叶变换一节中仅用一个公式简单描述正余弦信号的频谱表达式，因此在教学中通常被一笔带过，很少详细讲述该表达式的物理意义，而这正是调制与解调的理论基础，在后续的通信电子线路、通信原理以及移动通信等课程中将被反复提及和运用，学生却因为印象不深刻而对此概念不甚理解，从而影响了对后续专业课程的掌握。这些都是没有充分利用课程内容间的逻辑关联进行相互支撑和强化的典型案例。

(二)应用类课程偏重理论体系的完整性而忽略其实践价值

DSP技术及应用课程讨论数字信号处理的硬件实现，是将理论联系实际的平台，而以往的教学通常利用大量的课时讲授DSP器件的结构特征、软件体系和编程方法等，具体应用也只局限于IIR和FIR数字滤波器的硬件设计，学生没有机会体验和实践DSP技术在实际应用中的强大功能。而数字图像处理课程被设置为纯理论课程，主要讲述数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，要求学生掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，由于缺乏软件或硬件实践课程的支撑，学生很难将所学知识应用到未来相关领域的工作和科学研究中。

(三)实验教学从属于理论教学，按单门课程独

立设计教学内容，偏重知识的横向联系，体现不出实践教学本身的连贯和系统性例如信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现三门课程的实践教学均采用MATLAB仿真软件，却都要花两至三个课时学习MATLAB基础知识。另外，现在的实验教学还存在其他诸多方面的问题，如实验教学内容简单、陈旧，多为验证性实验，开放型和研究型的综合设计实验太少，达不到锻炼学生创新能力的效果;实验设备的利用率不高，买回来的新设备两三年都没有在教学中得以应用;综合技能实训名不副实，一周或两周的实训课程只需在网上搜索一份类似的课程设计报告就可以拿到学分，学生得不到真正的锻炼。

(四)在理论和实践

教学中仍采用传统单一的教学模式，教学效果不佳例如信号与系统、数字信号处理等基础课程的理论教学一直沿用黑板授课方式，大量图片和演算都依靠板书展示，使得课堂效率不高。因此，将经典教学法与多媒体以及仿真教学相结合是信号处理类课程教学改革的必然趋势，也是课程群建设的首要任务。在实践教学方面，单一的演示和验证方式已经无法满足实践创新的要求，在很大程度上限制了学生主观能动性的发挥，不能真正完成“实践能力”的培养任务;实践内容与“实际”联系不紧密，学生的感性认识得不到加强，不利于将学到的知识应用到实际领域，更不利于他们直接获得与现实要求相应的职业能力。

(五)教学评价机制缺位

对于理论教学质量的评价方式仅以考试和考查区分，学生为获得学分死记硬背、临场发挥的学习方式无法将知识内化，使个人能力没有得到真正提升。对于实践能力的考查，更没有统一的评价标准和考核指标，学生不重视实践课程的学习，更谈不上激发他们在实践中改革创新的积极性，相反存在着一定的制约倾向。

三、课程群体系重构及教学改革

基于上述问题，面向通信工程专业的信号处理课程群教学改革不仅需对现有理论教学和实验教学中存在的弊端进行针对性改革，还应对教学模式和教学评价机制等进行全方位建设，下面就上述几点进行详细阐述。

(一)理论教学内容的优化与整合

对于理论教学内容改革的关键是利用课程群知识结构的关联和承接性对相关教学内容进行优化与整合。例如，上文中提到信号与系统和数字信号处理两门课程在Z变换相关教学内容的重复问题，可以考虑将离散系统的时频域分析放在信号与系统课程中，以三大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)为线索，研究信号通过系统进行传输、处理的基本理论和分析方法;而数字信号处理的重点则放在两个傅里叶变换(离散傅里叶变换DFT和快速傅里叶变换FFT)和两种数字滤波器(无限脉冲响应数字滤波器IIR和有限脉冲响应数字滤波器FIR)设计上。在课程群间的逻辑衔接问题上，在信号与系统和数字信号处理这类基础课程的讲授中，如果涉及到与通信系统相关的基本理论时，应多花时间进行讲授和引导，为日后其他专业课程的学习打好基础。鉴于通信工程专业的DSP技术及应用课程为选修课程课时量不多，可将该课程定位为应用实践课程，在理论部分主要结合现有的DSP实验设备资源，以TMS320DM642芯片为基础，讲授它的片上资源及相关设计即可，无需花太多时间系统介绍DSP的结构特征和编程技巧等。

(二)实践教学内容的优化与整合

对于课程群实践教学内容的优化与整合，按照各门课程实践教学内容的性质和关联性，提出了如图1所示的综合实践教学方案，分为软件实验、硬件实验和综合设计实验三个模块。软件实验MATLAB应用基础信号与系统模块数字信号处理模块{通信系统仿真模块硬件实验数字滤波器设计模块图像处理模块{音视频通信系统模块综合设计实验网络视频安防系统IP可视电视设计{视频点播机顶盒设计等图1基于课程群的综合实践教学设计在软件实验部分，考虑到信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现这三门课程的实验平台都是MATLAB软件，并为确保信号与系统及数字信号处理这两门基础课程充足的理论课时，将它们的实验部分去掉，统一整合到MATLAB仿真及系统实现课程中，整门课程分为MATLAB应用基础、信号与系统的时频域分析、数字滤波器设计以及基于SIMULINK的通信系统仿真四部分，通信系统仿真部分要求学生能够掌握MATLAB软件在通信系统中的运用，学习各种基本的通信系统的数学建模与计算机仿真方法。在硬件实验部分，将数字图像处理和DSP技术及应用两门课程做有机结合。现有的DSP教学实验设备是闻亭公司的TS－DM64X实验箱，该实验箱集成的DSP芯片为TMS320DM642，这是一款高性能的数字信号处理器，片上带有丰富的音视频硬件资源，具有多种接口，可应用于音视频、网络和信号处理等方面。因此，可加大DSP技术及应用课程的实践教学比例，在实践教学中融入图像处理基础实验和音视频通信系统实验等。而在综合设计部分及综合技能实训课程中，则侧重引导学生将信号处理类课程的理论知识应用到通信系统的相关设计中，希望学生以小组形式完成一些综合性的系统设计，如网络视频安防系统、IP可视电话系统等。

(三)在理论教学和实践教学中采用多元化教学模式

将多元立体化的教学模式应用到课程群教学中是改革的必然趋势。在理论教学方面，将传统教学、多媒体教学、网络教学以及科学软件仿真相结合，根据教学内容需要以及学生对知识的接收度实施灵活多样的教学模式。在实验教学方面，通过有效利用现有的实验设备资源，采用硬件实验和计算机仿真实验相结合的方式，构造多样化实践平台。在实验教学实施的过程中，对不同的项目任务、不同的完成阶段，采取不同的教学模式，如基于工作过程的教学模式、自主式实验教学模式、参与研究式实验教学模式以及校企联合培养教学模式等。1．基于工作过程的教学模式:是以工作过程为导向，构建与工作过程相适应的专业课程体系，分析工作过程中涉及的知识与技能，设置或模拟工作过程情景组织教学，使学生获得职业岗位或岗位群职业能力的新兴教学模式。2．自主式实践教学模式:在实践过程中由几名学生组成研究小组，在教师的指导和引导下“自行”选择的研究项目，要求学生自己查阅文献，验证项目的可行性和先进性，自己撰写论文和报告，通过这样的模式突出学生在教学中的主体地位，从而培养学生自主分析问题、解决问题的能力，并以此提升他们的创新意识和团队精神。在自主实践环节，教师应从知识的提供者转变为学习的引导和启发者。加大实验室开放力度，加强各类竞赛、学生社团、兴趣小组、科技创新、自由创作等课外实践活动，并将学生的自主实践成果纳入实践能力的考核范围。3．参与式实践教学模式:教师可将与课程相关的科研课题引入到教学中，根据学生的能力节选部分科研内容作为课程实践内容的拓展。该模式主要提高学生的专业素质，促使学生了解学科的先进知识，在真正的科研课题中将课本中学到的知识学以致用，并在实践中提高学生的创新思维和科研能力，为实现自主创业打下良好基础。4．校企联合培养教学模式:加强与企业的合作，开办教学改革实验班，为企业培养各种定向的高级应用型人才;加强与相关职业资格认证部门的合作，在实践教学环节增加各种职业资格课程，要求学生在校期间选修一到两门，并取得相关的职业资格认证;加强实习基地建设，要求学生在实习期间到企业顶岗实习，参与企业相关产品研发，毕业论文选题应与企业中的真实案例相关，实习期间的考核评价由企业相关指导人员负责等。总之，信号处理课程群是一个理论和实践教学的综合体，在教学过程中切勿将两者分离。

(四)构建多元化教学评价体系

建立和实施以综合能力与创新能力为主的全程考核多元化教学考核体系，建立可持续评价机制，重点考核学生综合运用所学知识和技能，创造性发现问题、分析问题、解决问题的能力，保证课程目标的实现，使学生专业技能和创新技能以及创业能力得到提高。在考核机制中，要避免只注重结果、不注重过程的考核办法，教师要跟踪学生的整个学习过程，每个阶段都要和学生交流，及时反馈，并对该阶段学生的成果进行考核，最后给出综合成绩，以促使学生在教学的各环节都能得到锻炼。

四、课程群教学改革对教师的挑战

面向课程群的教学改革对教师提出了更高的要求。首先，教师不能只关注自己教授的某一两门课程，而必须对整个课程群的知识体系有宏观性的把握，并具备很好的学习迁移能力［7］，从而在教学过程中引导学生完成整个知识链的逻辑衔接。其次，教师需要具备较强的科研能力，并将自己的科研课题引入到教学中，促进开放型和研究型的学习氛围。因此，课程群建设需要一支素质精良、技术过硬的教师团队，任课教师应努力提高自身的专业素质、教学改革意识和应用现代教育技术的能力，针对个人专业及特长制订中长期的学习计划，通过教学与科研相结合的方式，以科研带进新理论、新思路、新动向，在实践中积累教学与研究经验，整体提高教学队伍的教学质量，活跃教学思想，使教学队伍中各教师的教学各具风格。第三，应积极鼓励和支持教师以多种渠道、多种方式到企业进修，通过产学研相结合的方式提高实践能力，打造一批具有较高技能的“双师型”教师队伍。

作者:邓莉孙山林李欧迅单位:桂林航天工业学院