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摘 要 在分析通信电子与信息类专业系列课程教学的现状和存在问题的基础上,提出了加强计算机仿真技术在专业课和专业基础课中的应用,并且给出了利用计算机实现培养学生专业知识能力的途径，以及如何使得学生利用现有的实验平台将理论与实践以及应用有机地结合。
关键词 通信与电子信息专业；课程改革；计算机仿真技术；实验平台
信号与系统、数字信号处理、通信原理、DSP基础与实践、EDA技术与数字系统设计这几门课程是通信和电子信息专业的重要技术基础课和专业课,这些课程不仅在理论上,而且在实践上有着密切的内在联系,其教学内容所涵盖的基本概念、基本理论、基本方法及实践技能,对学生专业基础知识的掌握、实践能力的培养和综合素质的提高至关重要。为了进一步深化教学改革,切实提高教学质量,增强学生的综合能力,对这一系列课程的教学内容、教学方法、教学手段作深入细致的研究和探讨,并将这种改革的探索努力付诸实践是很必要和及时的。
一、课程的现状与主要问题
信号与系统课程是通信与电子专业的基础，对于学生在今后的工作与科研中分析问题和解决问题具有很重要的意义。目前本课程在教学中主要存在下列的问题:①存在随着通信产业以及科研的迅速发展使得教学内容的逐渐增多、并且教学的要求也日益提高，但是教学学时却不断减少的矛盾；②还有信号与系统与前面工科的数学基础积分变换和后继的数字信号处理的衔接关系的模糊,以及在计算机软件例如matlab或者systemview仿真实验的欠缺等问题。
数字信号处理和通信原理两门专业技术课程,这两门课程的共同特点是理论基础比较复杂,其中有一些内容老师难教,学生难懂,并且实践环节要求比较高。学生在学习理解了理论推导、弄清楚算法原理之后,还应该利用自己已经掌握的计算机编程能力实现这些算法,才能达到教学目的和要求。并且随着通信产业以及科技的发展的需要,其技术的实现主要是以算法为核心,强调通过计算机仿真技术来进行在信号的分析以及数字化处理方面算法的应用,但目前的实际情况是学生对于解决专业基础课和专业课具体问题运用计算机仿真技术的能力严重匮乏。目前尽管已经加强了对C 语言的教学和实验以及实践,但是许多学生基本上不能独立完成一个专业课程的典型算法的编程和调试,学生运用计算机语言编程来解决专业基础课和专业课中具体问题能力缺乏, 不能适应新时代的教学要求以及今后的工作和科研的需要； 另外MATLAB 语言没有发挥应有的作用。目前MATLAB 既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台,它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具[1]。和其它常用的高级语言相比,语法语句简单、编程效率高、易学易懂,更重要的是具丰富的绘图功能,使计算结果可视化。正是由于MATLAB语言的各种优势和特点,在国内外的许多高等院校里,MATLAB 已成为学生必须掌握的基本技能,在设计研究单位和工业部门,MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。而我校的现状是:有些专业到目前为止尚未开设MATLAB 语言,即使有的专业已经开设,要么往往先于专业基础课和专业课, 任课教师不了解如何将MATLAB 的具体命令或函数应用于后续的课程内容中,学生也没机会了解信号处理和通信原理等专业工具箱里的函数功能,更无法理解程序运行结果的意义,使语言教学与实际应用脱节,在后续的专业基础课和专业课应用MATLAB 语言时,学生仍不能运用自如；要么就是学完专业课和基础课以后再由一个教师专门教授matlab，这个时候学生们只是为了的学分而已，很少有学生会专门去应用matlab来编写以前的一些理论算法进行验证。
DSP(Digital Signal Processor) 是专门为实现数字信号处理算法设计的特殊的微处理器[2],由于具有哈佛结构、流水线操作、硬件乘法器、特殊的寻址方式等特点,使复杂的算法得以实时实现。目前DSP 已经成为数字信号处理技术实现的主流产品。DSP的学习、理解、应用离不开一个实践环境,否则,事倍功半,教学效果大打折扣。因此,我们在开设DSP 原理课程的同时,还应当开设DSP 的实验课。
EDA课程[3]是主要讲述FPGA和CPLD的一些基本的原理与构架，给出在硬件设计方面在电源电压以及下载匹配方面的一些基本概念以及如何选型以及目前的主要趋势；在此基础上可以选择一门硬件编程语言VHDl或Verilog HDL来进行讲述。目前主要有三家公司的产品占很大的市场份额，分别为Lattice，Xilinx和Altera公司。有专家指出，今后高速DSP/CPU加FPGA技术的发展趋势，将是以系统芯片为核心，信息处理速度将到达每秒几十亿次乘加运算，因此只有多系统芯片才能肩负此重任。DSP/CPU加FPGA系统必将成为现代电子技术，计算机技术和无线通信技术的重要支柱。
二、教学改革的具体措施
随着世界科学技术的巨大进步和信息社会的到来, 教育在社会发展中的基础地位将会进一步加强, 在社会发展中起到越来越重要的作用。目前, 重视教育改革的呼声在我国越来越高, 培养人才是根本任务, 教学工作是主旋律, 提高教育质量是永恒的主题, 教学改革是各项改革的核心。本科教育是基础的思想正在成为我国高校工作的主导思想。世纪中国高校培养的人才既要有知识, 又要有能力, 更要有使知识和能力得到充分发挥的素质, 这三方面要有机地融合在一个人身上。
目前，人才培养模式以及教学观念都在不断更新。从有利于社会发展以及今后学生的发展，培养具有创新意识和实践能力的人才出发,以信号与系统、数字信号处理、通信原理、DSP 基础与实践系列课程、EDA技术与系统设计为对象,通过有机整合,科学地构建新的课程体系,以信号与系统分析为基础、以数字信号处理原理与技术为桥梁,以通信原理为应用对象,以MATLAB语言以及DSP实验平台和EDA实验平台为实现手段,进行一系列课程的改革研究与实践。
1． 以基础为根本，理顺思路,分清层次
基础主要包括理论基础和动手实践技能两个方面,是知识结构中最具有生命力和可持续发展的内容和根本。把基础理论、算法基本原理以及相应的实现方法与技能教活学活,使得学生能够活学活用。通信电子信息专业的技术基础课的设置是多学科例如电子材料学以及大规模集成电路等科学技术发展到一定阶段时,在理论实践、实现方法诸多方面的一个综合体现。随着全球性新技术革命的不断创新,在内容上已经发展到一个新的水平,因此,技术基础课的教学内容应该能够具有时代气息的特点并且代表科技发展方向,以适应人才培养的需要。因此,在教学内容上,我们应根据这几门课程前后衔接的特点,将这几门课程作为一个整体进行优化,界定每门课程的内容和应达到的要求,使各门课程间的重复最小化,同时对每门课程还删减相对陈旧的部分,增添必要的新内容例如在通信原理中可以对3G中的Turbo码以及信道均衡技术给予简单的介绍，在讲到DSP的时候可以根据DSP目前在医学以及其他领域的一些应用的原理，以及FPGA在目前一些理论技术上的应用；另外可以根据实际情况每学期进行几次专业课教师与学生间的座谈会，针对一些问题进行进一步的讨论与完善。
2．突出计算机仿真技术的作用
随着数字化的到来,其技术实现是以计算机或者微处理器为硬件平台，以算法为核心,高技术为基础,即要求对一些算法的理论性具有一定的理解和使用,又要求具有使用实践性。因此我们需要强调以计算机仿真技术作为实现手段,在信号与系统、数字信号处理、通信原理中的重要性,考虑到具有强大计算功能和可视化特点的MATLAB 语言倍受国内外工程和高等学校的关注和实际的普遍使用, 我们将matlab的课程去掉，将其所占有的学时分别通过将MATLAB与信号与系统、数字信号处理、通信原理等课程有机地结合起来,要求各任课教师将首先融会贯通各课程与matlab的有机结合。在课堂教学中,以多媒体课件的形式,讲授MATLAB 在这些课程中的具体应用,并利用MATLAB 的可视化功能,以形象、生动的图像和动画,使学生加深对所学问题的理解,调动学习积极性,解决学时压缩且内容增多的矛盾;由于该语言易学易懂,编程效率高,可以使学生从繁琐、低层编程中解放出来,把有限的时间更多地花在解决问题中,使学生理解原理后,能够真正运用这些工具解决专业课程中出现的具体问题；课下应该给学生一定的仿真题目，要求学生独立完成；在考核学生的过程中，我们可以给出一些仿真的题目，要求学生自己运用所学过的理论知识和matlab基础，进行问题的分析与解决，给出解决方案，以报告的形式完成，该报告可以和考试共同组成学生的考核成绩。
3.合理运用实验平台，使得理论与实践统一起来
把原理、实践以及应用三者有机地结合统一起来,融汇贯穿于教学过程中。理论联系实际克服了长期以来在技术基础课程教学内容中原理方法与实际应用严重脱节的现象,解决了难学、难懂的纯理论教学的问题。系统地有计划地训练和培养学生的科学素质和创新精神,以及观察和判断事物、实际操作和测试的技能,是实践性教学过程的主要环节,是理论教学所不能替代的.
实际应用是检验理论联系实际的有效标准,也是培养开发能力和创新能力的前提。尤其是应用系统的硬件实现,目前仅仅DSP实验平台以及EDA实验平台，就已经涉及了模拟电路和数字电路中许多知识，并且还包括许多实际知识和技能,知识面广,所以不仅有利于掌握方法和技能,而且能够促进把知识转化为能力。
在硬件实现方面,以数字信号处理器TMS320 C54DSP实验平台为例子,系统地介绍其外围电路的基本构成，并且与学过的一些知识给学生讲出来使得学生更进一步理解，在此基础上讲述功能与操作,并结合应用系统的开发、设计和调试,阐明开发工具的使用,让学生有机会进行实践锻炼。把实际应用技术的实现作为课程学习的目的,符合信息时代的技术特征和社会需求,适应科学技术发展的方向。
其次，实验课程要增加综合性、设计性和开放性实验内容。培养学生具有将科学知识有效地转化为生产力的意识、方法和手段也是实验教学过程中值得重视的重要方面。通过设置综合实验课程,建立新型实验体系结构, 使得培养出的学生, 作为跨世纪的一代新生力量, 在数字信号处理专业理论和实践两方面具备较高的素质。实践教学手段由过去简单的验证、模仿向更深层次的探索、创新方向发展, 学生可自行设计实验, 不受教学大纲限制。这使学生有更多的机会锻炼实际操作能力,
增强实践能力和创新意识。
我们还要使得EDA实验平台和DSP实验平台的使用达到最大化和合理化，做到让专业课教师在实验器材的使用上面做到人人会用，并且每个老师都最大化的理解实验平台可以完成的实验功能，逐步开发完善实验箱可以实现的实验，合理利用实验室并且给出一些开放性实验，给出一些列措施鼓励学生课下进实验室学习，使得理论知识与实践更好结合；例如利用EDA实验箱可以进行通信中的编码以及FIR滤波器的设计，利用DSP实验箱可以实现FFT以及FIR滤波器的设计。学生在参加实践活动的过程中,必然会遇到许多这样和那样的,难以解决的实际问题. 教师要从理论上、方法上、实践上给予具体指导和帮助,以增强他们参加实践活动的信心,充分发挥他们各自的特长,使他们在科技创新活动中,有所发现,有所创造. 反过来又可促进教师更新知识,改进方法,强化技能、教学相长.
最后鼓励教师和学生积极参与电子设计大赛等一些与通信电子类相关的设计，使得学生在理论和实践的结合方面达到更好的有机的结合。
希望通过一系列的改革探索与实践，能够培养出适应社会发展的高素质人才，使学生毕业后即能满足职业的需要。我们将在以后的教学工作中,继续探讨提高教学质量的途径,深化教学观念的改革,努力实践新观点、新方法,以适应社会对教学提出的新要求.
参考文献
[1] 张平. matlab基础与应用简明教程.北京:北京航空航天大学出版社 .2001
[2] 邹彦. dsp原理及应用. 北京:电子工业出版社.2005
[3] 田耘 徐文波 张延伟. 无线通信FPGA设计 北京:电子工业出版社.2008
作者简介：曹玲芝女（1965 -），籍贯：河南郑州，汉族，博士，教授，现任郑州轻工业学院电气信息学院副院长，主要研究方向：电子信息与测控技术。
关键词 通信与电子信息专业；课程改革；计算机仿真技术；实验平台
信号与系统、数字信号处理、通信原理、DSP基础与实践、EDA技术与数字系统设计这几门课程是通信和电子信息专业的重要技术基础课和专业课,这些课程不仅在理论上,而且在实践上有着密切的内在联系,其教学内容所涵盖的基本概念、基本理论、基本方法及实践技能,对学生专业基础知识的掌握、实践能力的培养和综合素质的提高至关重要。为了进一步深化教学改革,切实提高教学质量,增强学生的综合能力,对这一系列课程的教学内容、教学方法、教学手段作深入细致的研究和探讨,并将这种改革的探索努力付诸实践是很必要和及时的。
一、课程的现状与主要问题
信号与系统课程是通信与电子专业的基础，对于学生在今后的工作与科研中分析问题和解决问题具有很重要的意义。目前本课程在教学中主要存在下列的问题:①存在随着通信产业以及科研的迅速发展使得教学内容的逐渐增多、并且教学的要求也日益提高，但是教学学时却不断减少的矛盾；②还有信号与系统与前面工科的数学基础积分变换和后继的数字信号处理的衔接关系的模糊,以及在计算机软件例如matlab或者systemview仿真实验的欠缺等问题。
数字信号处理和通信原理两门专业技术课程,这两门课程的共同特点是理论基础比较复杂,其中有一些内容老师难教,学生难懂,并且实践环节要求比较高。学生在学习理解了理论推导、弄清楚算法原理之后,还应该利用自己已经掌握的计算机编程能力实现这些算法,才能达到教学目的和要求。并且随着通信产业以及科技的发展的需要,其技术的实现主要是以算法为核心,强调通过计算机仿真技术来进行在信号的分析以及数字化处理方面算法的应用,但目前的实际情况是学生对于解决专业基础课和专业课具体问题运用计算机仿真技术的能力严重匮乏。目前尽管已经加强了对C 语言的教学和实验以及实践,但是许多学生基本上不能独立完成一个专业课程的典型算法的编程和调试,学生运用计算机语言编程来解决专业基础课和专业课中具体问题能力缺乏, 不能适应新时代的教学要求以及今后的工作和科研的需要； 另外MATLAB 语言没有发挥应有的作用。目前MATLAB 既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台,它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具[1]。和其它常用的高级语言相比,语法语句简单、编程效率高、易学易懂,更重要的是具丰富的绘图功能,使计算结果可视化。正是由于MATLAB语言的各种优势和特点,在国内外的许多高等院校里,MATLAB 已成为学生必须掌握的基本技能,在设计研究单位和工业部门,MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。而我校的现状是:有些专业到目前为止尚未开设MATLAB 语言,即使有的专业已经开设,要么往往先于专业基础课和专业课, 任课教师不了解如何将MATLAB 的具体命令或函数应用于后续的课程内容中,学生也没机会了解信号处理和通信原理等专业工具箱里的函数功能,更无法理解程序运行结果的意义,使语言教学与实际应用脱节,在后续的专业基础课和专业课应用MATLAB 语言时,学生仍不能运用自如；要么就是学完专业课和基础课以后再由一个教师专门教授matlab，这个时候学生们只是为了的学分而已，很少有学生会专门去应用matlab来编写以前的一些理论算法进行验证。
DSP(Digital Signal Processor) 是专门为实现数字信号处理算法设计的特殊的微处理器[2],由于具有哈佛结构、流水线操作、硬件乘法器、特殊的寻址方式等特点,使复杂的算法得以实时实现。目前DSP 已经成为数字信号处理技术实现的主流产品。DSP的学习、理解、应用离不开一个实践环境,否则,事倍功半,教学效果大打折扣。因此,我们在开设DSP 原理课程的同时,还应当开设DSP 的实验课。
EDA课程[3]是主要讲述FPGA和CPLD的一些基本的原理与构架，给出在硬件设计方面在电源电压以及下载匹配方面的一些基本概念以及如何选型以及目前的主要趋势；在此基础上可以选择一门硬件编程语言VHDl或Verilog HDL来进行讲述。目前主要有三家公司的产品占很大的市场份额，分别为Lattice，Xilinx和Altera公司。有专家指出，今后高速DSP/CPU加FPGA技术的发展趋势，将是以系统芯片为核心，信息处理速度将到达每秒几十亿次乘加运算，因此只有多系统芯片才能肩负此重任。DSP/CPU加FPGA系统必将成为现代电子技术，计算机技术和无线通信技术的重要支柱。
二、教学改革的具体措施
随着世界科学技术的巨大进步和信息社会的到来, 教育在社会发展中的基础地位将会进一步加强, 在社会发展中起到越来越重要的作用。目前, 重视教育改革的呼声在我国越来越高, 培养人才是根本任务, 教学工作是主旋律, 提高教育质量是永恒的主题, 教学改革是各项改革的核心。本科教育是基础的思想正在成为我国高校工作的主导思想。世纪中国高校培养的人才既要有知识, 又要有能力, 更要有使知识和能力得到充分发挥的素质, 这三方面要有机地融合在一个人身上。
目前，人才培养模式以及教学观念都在不断更新。从有利于社会发展以及今后学生的发展，培养具有创新意识和实践能力的人才出发,以信号与系统、数字信号处理、通信原理、DSP 基础与实践系列课程、EDA技术与系统设计为对象,通过有机整合,科学地构建新的课程体系,以信号与系统分析为基础、以数字信号处理原理与技术为桥梁,以通信原理为应用对象,以MATLAB语言以及DSP实验平台和EDA实验平台为实现手段,进行一系列课程的改革研究与实践。
1． 以基础为根本，理顺思路,分清层次
基础主要包括理论基础和动手实践技能两个方面,是知识结构中最具有生命力和可持续发展的内容和根本。把基础理论、算法基本原理以及相应的实现方法与技能教活学活,使得学生能够活学活用。通信电子信息专业的技术基础课的设置是多学科例如电子材料学以及大规模集成电路等科学技术发展到一定阶段时,在理论实践、实现方法诸多方面的一个综合体现。随着全球性新技术革命的不断创新,在内容上已经发展到一个新的水平,因此,技术基础课的教学内容应该能够具有时代气息的特点并且代表科技发展方向,以适应人才培养的需要。因此,在教学内容上,我们应根据这几门课程前后衔接的特点,将这几门课程作为一个整体进行优化,界定每门课程的内容和应达到的要求,使各门课程间的重复最小化,同时对每门课程还删减相对陈旧的部分,增添必要的新内容例如在通信原理中可以对3G中的Turbo码以及信道均衡技术给予简单的介绍，在讲到DSP的时候可以根据DSP目前在医学以及其他领域的一些应用的原理，以及FPGA在目前一些理论技术上的应用；另外可以根据实际情况每学期进行几次专业课教师与学生间的座谈会，针对一些问题进行进一步的讨论与完善。
2．突出计算机仿真技术的作用
随着数字化的到来,其技术实现是以计算机或者微处理器为硬件平台，以算法为核心,高技术为基础,即要求对一些算法的理论性具有一定的理解和使用,又要求具有使用实践性。因此我们需要强调以计算机仿真技术作为实现手段,在信号与系统、数字信号处理、通信原理中的重要性,考虑到具有强大计算功能和可视化特点的MATLAB 语言倍受国内外工程和高等学校的关注和实际的普遍使用, 我们将matlab的课程去掉，将其所占有的学时分别通过将MATLAB与信号与系统、数字信号处理、通信原理等课程有机地结合起来,要求各任课教师将首先融会贯通各课程与matlab的有机结合。在课堂教学中,以多媒体课件的形式,讲授MATLAB 在这些课程中的具体应用,并利用MATLAB 的可视化功能,以形象、生动的图像和动画,使学生加深对所学问题的理解,调动学习积极性,解决学时压缩且内容增多的矛盾;由于该语言易学易懂,编程效率高,可以使学生从繁琐、低层编程中解放出来,把有限的时间更多地花在解决问题中,使学生理解原理后,能够真正运用这些工具解决专业课程中出现的具体问题；课下应该给学生一定的仿真题目，要求学生独立完成；在考核学生的过程中，我们可以给出一些仿真的题目，要求学生自己运用所学过的理论知识和matlab基础，进行问题的分析与解决，给出解决方案，以报告的形式完成，该报告可以和考试共同组成学生的考核成绩。
3.合理运用实验平台，使得理论与实践统一起来
把原理、实践以及应用三者有机地结合统一起来,融汇贯穿于教学过程中。理论联系实际克服了长期以来在技术基础课程教学内容中原理方法与实际应用严重脱节的现象,解决了难学、难懂的纯理论教学的问题。系统地有计划地训练和培养学生的科学素质和创新精神,以及观察和判断事物、实际操作和测试的技能,是实践性教学过程的主要环节,是理论教学所不能替代的.
实际应用是检验理论联系实际的有效标准,也是培养开发能力和创新能力的前提。尤其是应用系统的硬件实现,目前仅仅DSP实验平台以及EDA实验平台，就已经涉及了模拟电路和数字电路中许多知识，并且还包括许多实际知识和技能,知识面广,所以不仅有利于掌握方法和技能,而且能够促进把知识转化为能力。
在硬件实现方面,以数字信号处理器TMS320 C54DSP实验平台为例子,系统地介绍其外围电路的基本构成，并且与学过的一些知识给学生讲出来使得学生更进一步理解，在此基础上讲述功能与操作,并结合应用系统的开发、设计和调试,阐明开发工具的使用,让学生有机会进行实践锻炼。把实际应用技术的实现作为课程学习的目的,符合信息时代的技术特征和社会需求,适应科学技术发展的方向。
其次，实验课程要增加综合性、设计性和开放性实验内容。培养学生具有将科学知识有效地转化为生产力的意识、方法和手段也是实验教学过程中值得重视的重要方面。通过设置综合实验课程,建立新型实验体系结构, 使得培养出的学生, 作为跨世纪的一代新生力量, 在数字信号处理专业理论和实践两方面具备较高的素质。实践教学手段由过去简单的验证、模仿向更深层次的探索、创新方向发展, 学生可自行设计实验, 不受教学大纲限制。这使学生有更多的机会锻炼实际操作能力,
增强实践能力和创新意识。
我们还要使得EDA实验平台和DSP实验平台的使用达到最大化和合理化，做到让专业课教师在实验器材的使用上面做到人人会用，并且每个老师都最大化的理解实验平台可以完成的实验功能，逐步开发完善实验箱可以实现的实验，合理利用实验室并且给出一些开放性实验，给出一些列措施鼓励学生课下进实验室学习，使得理论知识与实践更好结合；例如利用EDA实验箱可以进行通信中的编码以及FIR滤波器的设计，利用DSP实验箱可以实现FFT以及FIR滤波器的设计。学生在参加实践活动的过程中,必然会遇到许多这样和那样的,难以解决的实际问题. 教师要从理论上、方法上、实践上给予具体指导和帮助,以增强他们参加实践活动的信心,充分发挥他们各自的特长,使他们在科技创新活动中,有所发现,有所创造. 反过来又可促进教师更新知识,改进方法,强化技能、教学相长.
最后鼓励教师和学生积极参与电子设计大赛等一些与通信电子类相关的设计，使得学生在理论和实践的结合方面达到更好的有机的结合。
希望通过一系列的改革探索与实践，能够培养出适应社会发展的高素质人才，使学生毕业后即能满足职业的需要。我们将在以后的教学工作中,继续探讨提高教学质量的途径,深化教学观念的改革,努力实践新观点、新方法,以适应社会对教学提出的新要求.
参考文献
[1] 张平. matlab基础与应用简明教程.北京:北京航空航天大学出版社 .2001
[2] 邹彦. dsp原理及应用. 北京:电子工业出版社.2005
[3] 田耘 徐文波 张延伟. 无线通信FPGA设计 北京:电子工业出版社.2008
作者简介：曹玲芝女（1965 -），籍贯：河南郑州，汉族，博士，教授，现任郑州轻工业学院电气信息学院副院长，主要研究方向：电子信息与测控技术。