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摘要：信号处理系列课程是电子信息和通信工程专业的学科基础课，是电子信息系统的理论基础。本文从课程体系的整合、教学内容的组织、教学方法与教学方式、实践教学、教学团队建设等方面介绍了信号处理课程群建设的思路和教学改革的成果。
关键词：信号处理课程群；信号与系统；数字信号处理
作者简介：周小微（1971-），女，浙江永嘉人，中国计量学院信息工程学院，讲师；金宁（1967-），女，安徽休宁人，中国计量学院信息工程学院副院长，副教授。（浙江 杭州 310018）
基金项目：本文系中国计量学院2008年校立教改课题项目（项目编号：HEX200812）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）01- 0086-02
信號处理课程群包括“信号与系统”、“数字信号处理”、“信号与信号处理实验”等相关课程。“信号与系统”是电子信息工程、通信工程等专业一门重要的学科基础课，在培养计划中占有重要的地位，是各高校信息通信类学科的考研课程。该课程以通信系统和控制系统的基本问题为主要背景，研究信号经系统传输和处理的基本理论和基本方法。“数字信号处理”是电子信息等专业的一门重要的技术基础课，它以“信号与系统”的理论为基础，直接面向实际应用，注重算法的研究。这两门课程的特点是数学基础严密，理论性强，包含大量的公式和证明，同时，课程阐述的理论又与现代信息技术的发展和应用密切相关。“信号与系统”和“数字信号处理”的课程内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。如果每门课程都强调课程内容的系统性和完整性，必然造成内容多学时少的矛盾，单门课程的教学改革很难收到理想效果。因此整体优化课程体系，通过课程群的建设可以提高教学效率，培养学生自主学习的能力。下面从课程体系、教学内容、教学方式与方法、实践教学等几个方面阐述我们在信号处理课程群建设与教学改革上所做的工作。
一、课程体系与教学内容
1.课程体系的优化整合
“信号与系统”和“数字信号处理”的教学内容既有明确的分工又紧密关联，构成了信息与通信类学科的信号处理基础理论平台。在原先的教学计划中，两门课独立设置课内实验，使授课学时减少，且实验分散而难以统一规划。在课程建设工作中，单门课程的教学改革受学时和内容的限制难免封闭和孤立，两门课的交叉内容重复，造成课时浪费，尤其是实践教学的改革难以达到应有的效果。因此，在新教学计划中，我们把专业课程体系划分为若干个系列课程，“信号与系统”、“数字信号处理”作为信号处理基础系列课程，其课程体系和教学内容被作为一个整体进行优化整合。方案如下：首先，理顺各门课程之间的教学内容，明确各课程的任务和地位，统一规划制定了教学大纲，使课程之间很好衔接，避免重复造成课时浪费；其次，取消了原来每门课的课内实验，设置综合实验课（“信号与信号处理实验”），使综合性、设计性实验易于开展，并在第六学期的课程设计中增加了可选择的信号处理技术内容。经过优化设置后，信号处理基础系列课程体系结构如表1所示，教学体系的系统性、实践性明显加强。
2.教学内容的组织更新
“信号与系统”和“数字信号处理”课程虽然各自的内容都比较成熟和经典，但在目前国内外的多数教材中，为求自身体系的完整，都有部分内容重复。随着两门课学时的不断减少，对“信号与系统”和“数字信号处理”的教学内容进行整合，达到最好的衔接是提高这两门课教学质量的有效方法。因此在新教学大纲中明确了这两门课的教学内容。
“信号与系统”课程的教学任务仍然以经典方法研究确定性信号和线性时不变系统为主，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。课程重点概念放在典型信号与系统性质、线性系统响应分解、卷积及其意义、傅里叶变换和Z变换的性质及应用、系统函数、频响特性、抽样定理、滤波等上面。特别强调三大变换（傅氏变换、拉氏变换和Z变换）的数学概念、物理概念和工程概念，强调信号频谱和系统函数概念的建立。在保证分析方法和解决问题系统性和完整性的基础上，有意识地加强离散信号的分析，为学习离散时间信号分析与数字系统设计奠定坚实的基础。由于工程软件（MATLAB、SPICE等）的应用，微分方程和差分方程的求解、解电路方程、求逆变换等部分不作为重点讲解；教材中算子、分配函数等作为自学内容。
“数字信号处理”课程中突出数字化方法与技术，对离散信号与系统的分析基础、时域抽样定理和频域抽样定理、Z域分析的理论只做简单复习，重点内容为离散傅里叶变换及其应用、DFT的快速实现（FFT算法）、数字滤波器的结构、IIR和FIR滤波器的设计、数字信号处理中的有限字长效应等，教学内容注重面向工程实际。
为了介绍和展示信息科学前沿内容，我们对小波分析、短时傅里叶变换等新技术及其应用做了介绍性讲解，以扩展学生视野。
二、教学方式与教学方法
1.采用多媒体教学
“信号与系统”和“数字信号处理”课程的内容多，对概念和定理的说明包含大量的图形以及图形的演变过程，如信号分解、卷积的图解表示、抽样定理中的频谱混叠现象、FFT算法的实现、滤波器的特性等。采用多媒体教学方式可以形象生动地表示上述过程，使抽象的概念和生硬的公式变得既易于理解，又能让学生感兴趣。教案运用PPT和Flash技术制作。实践证明，波形图和频谱图的演化用Flash动画演示后的教学效果非常好。我们也注意到了多媒体教学带来的不足，如屏幕内容翻新太快使学生来不及思考、易疲乏等。为克服这种负面影响，在课堂教学中常常采用多媒体与传统教学（黑板、粉笔）相结合的方式。多媒体教学信息量一般占整堂课的80%以上，而贯穿前后的重要概念、定理则写在黑板上，可以随时参照。
2.采用启发式教学，在课堂教学中引入MATLAB 仿真软件
“信号与系统”和“数字信号处理”两门课公式多，切忌照本宣科、堆砌公式，否则将使学生感到烦躁，失去学习的兴趣。我们以“淡化具体电路推导，强调系统的分析和应用；淡化数学分析，强调物理概念”为指导思想，运用了以下教学方法：第一，组课材料精心选择。例如傅里叶变换的平移性质可以和调制解调组课，连续时间信号的抽样可以与信号的恢复组课，在讲课的过程中突出各知识点之间的内在联系和逻辑演化规律。第二，采用“类比”的方法。对照傅里叶变换的基本性质，采用类比的方法给出拉氏变换的基本性质；对照连续时间系统的分析方法，采用类比方法给出离散时间系统的分析方法。第三，课堂教学设计尽可能体现“问题的提出、分析思路和方法、概念和定理的物理意义”这个过程。通过问题来启发、引导学生思考，让学生在实践中解决问题、强化概念，使学生在实践过程中不再仅注重实践的结果，更加注重实践过程和对实践结果的分析。第四，将MATLAB引入到课堂教学中，简化繁琐的计算过程，使抽象的理论形象化。在介绍滤波器的特性时，可以将MATLAB中自带的信号滤波例子演示给学生看，将抽象的概念转化为图形，使学生能直观地领会滤波器的性能指标和作用，收到事半功倍的效果。在课后给学生布置一些利用MATLAB完成的大作业，要求几位学生合作完成，从而提高学生分析问题和解决问题的能力，加强其团队协作精神。
3.加强课程网站建设，为学生自主学习提供指导
提倡学生自主学习理念的同时，也为他们的自主学习创造条件。从公共基础课进入学科基础课的学习，大部分学生需要有一个在学习方法上适应的过程，需要加以正确的引导。我们采取了以下措施：第一，利用课前课后和答疑时间，加强与学生的交流。第二，加强课程网站的建设。我们利用Blackboard网络教学平台制作了网络课程，将多媒体课件、教师的上课录像、习题答案、各章的学习要求及自测题、模拟试题、MATLAB演示材料等教学资源都挂在网上，可以方便学生自学；编写了章节测试题供学生在线自行测试学习效果。网络课程中的在线交流功能可以方便教师在课外进行教学指导和答疑，学生也可以在论坛上发起话题进行讨论，可以加强师生之间、生生之间的交流，起到协作学习的效果，促进了教学质量的提高。为了激励学生的参与，我们制定了奖励机制，如上网提出问题、回帖等可以记录在平时成绩中。网络课程弥补了教学过程中课堂人数过多，师生沟通不便，学生自学通道不畅等问题，使学生学习的主动性加强。网络答疑和讨论更是激发了学生的学习兴趣和参与性，给师生之间也建立了更方便的沟通平台。
三、实践教学内容与模式
为加强和促进信号处理系列课程的整合优化，使信号处理课群成为一个有机整体，从而使学生对信号及信息处理领域有一个全面的认识，加强实践环节至关重要。我们对信号处理基础系列课程的实践教学进行了整体优化改革，取消了“信号与系统”和“数字信号处理”两门课的课内实验，设置了综合实验课“信号与信号处理实验”。实验方式采用硬件实验和计算机仿真实验相結合，实验模式采用验证性实验、综合性实验、设计性实验相结合，并在随后的集中实践环节中增加了信号处理技术方面的内容供有兴趣的学生进一步深入学习。这样设置的实践环节扩展了深度和广度，增强了系统性和综合性，有利于对学生创新能力的培养。
硬件实验采用硬件实验箱完成，实验项目有周期信号的合成、抽样定理、模拟滤波器设计、信号的调制与解调等。硬件电路实验可以使学生了解到具体系统的特征及其物理实现方法，将抽象的概念具体化、复杂的问题简单化，深入浅出，能起到“恍然大悟”的效果。软件实验主要是综合设计性实验，要求采用MATLAB软件仿真实现。实验内容有利用快速傅里叶变换分析连续信号的频谱、电话拨号音合成与识别、音频信号的滤波、信号的调制与解调等。综合设计性实验要求学生自行编写程序、对程序进行调试，给出仿真结果并对结果进行分析。综合设计性实验主要培养学生分析、解决问题的能力，提高学生系统设计的能力，通过综合设计性实验也能提高学生的学习积极性。
四、课程群教学团队的建设
课程的教学理念和目标最终是通过各位任课教师的课堂教学实现的，因此教师队伍的教学能力至关重要。组建课程群教学团队，加强教师之间的协作交流，提高教师对课程以及课程群中其他课程的深入理解，尽快提高青年教师教学素养和能力是非常有现实意义的。
信号处理课程群教学团队由课程群负责人、骨干教师、任课教师组成。课程群负责人承担课程群建设的总体规划、人员调配等宏观工作，并能胜任多门课程的教学；骨干教师除协助负责人进行总体规划等宏观工作外，还负责对课程群内的课程按照相互协调的原则进行内容和体系的改革；任课教师应了解课程群内所有课程的基本内容，能胜任课程群内课程的教学。课程群教师定期开展课程群的建设和教学研讨活动，沟通信息，共享有关的设计思路、实施方案。在教学组织上我们采取了主讲教师在信号处理系列课程的教学中每年交叉轮换的方法，以扩展教师知识的深度和广度，加深对信号处理学科知识体系的整体理解和把握。实践环节的课程由课程主讲老师负责指导，有利于理论和实践的有机结合。基于课程群制定了年轻教师的培养计划，在新教师开始上专业基础必修课之前，先安排一学期的听课计划，至少听两门相关的课程；在新教师第一次上某门课程时，课程群的负责人在开始、中期、末期跟踪听课，对新教师进行跟踪指导；新教师在上完一轮课程后，课程群负责人根据听课情况、学生反馈和生评教成绩，对其作出评价和进行相应的指导。在科研组织上，鼓励青年教师申请课题，吸收没有课题的教师参加科研工作，以科研促教学；在教师的专业能力和水平得到提高的同时，教师的科研成果可以直接丰富课程的教学内容。
参考文献：
[1]管致中,夏恭恪,孟桥.信号与线性系统(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2]程佩青.数字信号处理教程(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2007.
[3]罗鹏飞,等.信号处理系列课教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2009,(6):82-84.
[4]李杰,曹昕燕,等.《信号与系统》与《数字信号处理》课程教学改革探索[J].长春大学学报,2007,(10):35-37.
[5]胡学友,王颖,胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].高教论坛,2007,(3):67-69.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：信号处理课程群；信号与系统；数字信号处理
作者简介：周小微（1971-），女，浙江永嘉人，中国计量学院信息工程学院，讲师；金宁（1967-），女，安徽休宁人，中国计量学院信息工程学院副院长，副教授。（浙江 杭州 310018）
基金项目：本文系中国计量学院2008年校立教改课题项目（项目编号：HEX200812）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）01- 0086-02
信號处理课程群包括“信号与系统”、“数字信号处理”、“信号与信号处理实验”等相关课程。“信号与系统”是电子信息工程、通信工程等专业一门重要的学科基础课，在培养计划中占有重要的地位，是各高校信息通信类学科的考研课程。该课程以通信系统和控制系统的基本问题为主要背景，研究信号经系统传输和处理的基本理论和基本方法。“数字信号处理”是电子信息等专业的一门重要的技术基础课，它以“信号与系统”的理论为基础，直接面向实际应用，注重算法的研究。这两门课程的特点是数学基础严密，理论性强，包含大量的公式和证明，同时，课程阐述的理论又与现代信息技术的发展和应用密切相关。“信号与系统”和“数字信号处理”的课程内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。如果每门课程都强调课程内容的系统性和完整性，必然造成内容多学时少的矛盾，单门课程的教学改革很难收到理想效果。因此整体优化课程体系，通过课程群的建设可以提高教学效率，培养学生自主学习的能力。下面从课程体系、教学内容、教学方式与方法、实践教学等几个方面阐述我们在信号处理课程群建设与教学改革上所做的工作。
一、课程体系与教学内容
1.课程体系的优化整合
“信号与系统”和“数字信号处理”的教学内容既有明确的分工又紧密关联，构成了信息与通信类学科的信号处理基础理论平台。在原先的教学计划中，两门课独立设置课内实验，使授课学时减少，且实验分散而难以统一规划。在课程建设工作中，单门课程的教学改革受学时和内容的限制难免封闭和孤立，两门课的交叉内容重复，造成课时浪费，尤其是实践教学的改革难以达到应有的效果。因此，在新教学计划中，我们把专业课程体系划分为若干个系列课程，“信号与系统”、“数字信号处理”作为信号处理基础系列课程，其课程体系和教学内容被作为一个整体进行优化整合。方案如下：首先，理顺各门课程之间的教学内容，明确各课程的任务和地位，统一规划制定了教学大纲，使课程之间很好衔接，避免重复造成课时浪费；其次，取消了原来每门课的课内实验，设置综合实验课（“信号与信号处理实验”），使综合性、设计性实验易于开展，并在第六学期的课程设计中增加了可选择的信号处理技术内容。经过优化设置后，信号处理基础系列课程体系结构如表1所示，教学体系的系统性、实践性明显加强。
2.教学内容的组织更新
“信号与系统”和“数字信号处理”课程虽然各自的内容都比较成熟和经典，但在目前国内外的多数教材中，为求自身体系的完整，都有部分内容重复。随着两门课学时的不断减少，对“信号与系统”和“数字信号处理”的教学内容进行整合，达到最好的衔接是提高这两门课教学质量的有效方法。因此在新教学大纲中明确了这两门课的教学内容。
“信号与系统”课程的教学任务仍然以经典方法研究确定性信号和线性时不变系统为主，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。课程重点概念放在典型信号与系统性质、线性系统响应分解、卷积及其意义、傅里叶变换和Z变换的性质及应用、系统函数、频响特性、抽样定理、滤波等上面。特别强调三大变换（傅氏变换、拉氏变换和Z变换）的数学概念、物理概念和工程概念，强调信号频谱和系统函数概念的建立。在保证分析方法和解决问题系统性和完整性的基础上，有意识地加强离散信号的分析，为学习离散时间信号分析与数字系统设计奠定坚实的基础。由于工程软件（MATLAB、SPICE等）的应用，微分方程和差分方程的求解、解电路方程、求逆变换等部分不作为重点讲解；教材中算子、分配函数等作为自学内容。
“数字信号处理”课程中突出数字化方法与技术，对离散信号与系统的分析基础、时域抽样定理和频域抽样定理、Z域分析的理论只做简单复习，重点内容为离散傅里叶变换及其应用、DFT的快速实现（FFT算法）、数字滤波器的结构、IIR和FIR滤波器的设计、数字信号处理中的有限字长效应等，教学内容注重面向工程实际。
为了介绍和展示信息科学前沿内容，我们对小波分析、短时傅里叶变换等新技术及其应用做了介绍性讲解，以扩展学生视野。
二、教学方式与教学方法
1.采用多媒体教学
“信号与系统”和“数字信号处理”课程的内容多，对概念和定理的说明包含大量的图形以及图形的演变过程，如信号分解、卷积的图解表示、抽样定理中的频谱混叠现象、FFT算法的实现、滤波器的特性等。采用多媒体教学方式可以形象生动地表示上述过程，使抽象的概念和生硬的公式变得既易于理解，又能让学生感兴趣。教案运用PPT和Flash技术制作。实践证明，波形图和频谱图的演化用Flash动画演示后的教学效果非常好。我们也注意到了多媒体教学带来的不足，如屏幕内容翻新太快使学生来不及思考、易疲乏等。为克服这种负面影响，在课堂教学中常常采用多媒体与传统教学（黑板、粉笔）相结合的方式。多媒体教学信息量一般占整堂课的80%以上，而贯穿前后的重要概念、定理则写在黑板上，可以随时参照。
2.采用启发式教学，在课堂教学中引入MATLAB 仿真软件
“信号与系统”和“数字信号处理”两门课公式多，切忌照本宣科、堆砌公式，否则将使学生感到烦躁，失去学习的兴趣。我们以“淡化具体电路推导，强调系统的分析和应用；淡化数学分析，强调物理概念”为指导思想，运用了以下教学方法：第一，组课材料精心选择。例如傅里叶变换的平移性质可以和调制解调组课，连续时间信号的抽样可以与信号的恢复组课，在讲课的过程中突出各知识点之间的内在联系和逻辑演化规律。第二，采用“类比”的方法。对照傅里叶变换的基本性质，采用类比的方法给出拉氏变换的基本性质；对照连续时间系统的分析方法，采用类比方法给出离散时间系统的分析方法。第三，课堂教学设计尽可能体现“问题的提出、分析思路和方法、概念和定理的物理意义”这个过程。通过问题来启发、引导学生思考，让学生在实践中解决问题、强化概念，使学生在实践过程中不再仅注重实践的结果，更加注重实践过程和对实践结果的分析。第四，将MATLAB引入到课堂教学中，简化繁琐的计算过程，使抽象的理论形象化。在介绍滤波器的特性时，可以将MATLAB中自带的信号滤波例子演示给学生看，将抽象的概念转化为图形，使学生能直观地领会滤波器的性能指标和作用，收到事半功倍的效果。在课后给学生布置一些利用MATLAB完成的大作业，要求几位学生合作完成，从而提高学生分析问题和解决问题的能力，加强其团队协作精神。
3.加强课程网站建设，为学生自主学习提供指导
提倡学生自主学习理念的同时，也为他们的自主学习创造条件。从公共基础课进入学科基础课的学习，大部分学生需要有一个在学习方法上适应的过程，需要加以正确的引导。我们采取了以下措施：第一，利用课前课后和答疑时间，加强与学生的交流。第二，加强课程网站的建设。我们利用Blackboard网络教学平台制作了网络课程，将多媒体课件、教师的上课录像、习题答案、各章的学习要求及自测题、模拟试题、MATLAB演示材料等教学资源都挂在网上，可以方便学生自学；编写了章节测试题供学生在线自行测试学习效果。网络课程中的在线交流功能可以方便教师在课外进行教学指导和答疑，学生也可以在论坛上发起话题进行讨论，可以加强师生之间、生生之间的交流，起到协作学习的效果，促进了教学质量的提高。为了激励学生的参与，我们制定了奖励机制，如上网提出问题、回帖等可以记录在平时成绩中。网络课程弥补了教学过程中课堂人数过多，师生沟通不便，学生自学通道不畅等问题，使学生学习的主动性加强。网络答疑和讨论更是激发了学生的学习兴趣和参与性，给师生之间也建立了更方便的沟通平台。
三、实践教学内容与模式
为加强和促进信号处理系列课程的整合优化，使信号处理课群成为一个有机整体，从而使学生对信号及信息处理领域有一个全面的认识，加强实践环节至关重要。我们对信号处理基础系列课程的实践教学进行了整体优化改革，取消了“信号与系统”和“数字信号处理”两门课的课内实验，设置了综合实验课“信号与信号处理实验”。实验方式采用硬件实验和计算机仿真实验相結合，实验模式采用验证性实验、综合性实验、设计性实验相结合，并在随后的集中实践环节中增加了信号处理技术方面的内容供有兴趣的学生进一步深入学习。这样设置的实践环节扩展了深度和广度，增强了系统性和综合性，有利于对学生创新能力的培养。
硬件实验采用硬件实验箱完成，实验项目有周期信号的合成、抽样定理、模拟滤波器设计、信号的调制与解调等。硬件电路实验可以使学生了解到具体系统的特征及其物理实现方法，将抽象的概念具体化、复杂的问题简单化，深入浅出，能起到“恍然大悟”的效果。软件实验主要是综合设计性实验，要求采用MATLAB软件仿真实现。实验内容有利用快速傅里叶变换分析连续信号的频谱、电话拨号音合成与识别、音频信号的滤波、信号的调制与解调等。综合设计性实验要求学生自行编写程序、对程序进行调试，给出仿真结果并对结果进行分析。综合设计性实验主要培养学生分析、解决问题的能力，提高学生系统设计的能力，通过综合设计性实验也能提高学生的学习积极性。
四、课程群教学团队的建设
课程的教学理念和目标最终是通过各位任课教师的课堂教学实现的，因此教师队伍的教学能力至关重要。组建课程群教学团队，加强教师之间的协作交流，提高教师对课程以及课程群中其他课程的深入理解，尽快提高青年教师教学素养和能力是非常有现实意义的。
信号处理课程群教学团队由课程群负责人、骨干教师、任课教师组成。课程群负责人承担课程群建设的总体规划、人员调配等宏观工作，并能胜任多门课程的教学；骨干教师除协助负责人进行总体规划等宏观工作外，还负责对课程群内的课程按照相互协调的原则进行内容和体系的改革；任课教师应了解课程群内所有课程的基本内容，能胜任课程群内课程的教学。课程群教师定期开展课程群的建设和教学研讨活动，沟通信息，共享有关的设计思路、实施方案。在教学组织上我们采取了主讲教师在信号处理系列课程的教学中每年交叉轮换的方法，以扩展教师知识的深度和广度，加深对信号处理学科知识体系的整体理解和把握。实践环节的课程由课程主讲老师负责指导，有利于理论和实践的有机结合。基于课程群制定了年轻教师的培养计划，在新教师开始上专业基础必修课之前，先安排一学期的听课计划，至少听两门相关的课程；在新教师第一次上某门课程时，课程群的负责人在开始、中期、末期跟踪听课，对新教师进行跟踪指导；新教师在上完一轮课程后，课程群负责人根据听课情况、学生反馈和生评教成绩，对其作出评价和进行相应的指导。在科研组织上，鼓励青年教师申请课题，吸收没有课题的教师参加科研工作，以科研促教学；在教师的专业能力和水平得到提高的同时，教师的科研成果可以直接丰富课程的教学内容。
参考文献：
[1]管致中,夏恭恪,孟桥.信号与线性系统(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2]程佩青.数字信号处理教程(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2007.
[3]罗鹏飞,等.信号处理系列课教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2009,(6):82-84.
[4]李杰,曹昕燕,等.《信号与系统》与《数字信号处理》课程教学改革探索[J].长春大学学报,2007,(10):35-37.
[5]胡学友,王颖,胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].高教论坛,2007,(3):67-69.
（责任编辑：麻剑飞）