刍议电气信息大类学科的信号处理课程群建设

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1、刍议电气信息大类学科的信号处理课程群建设【摘要】本文主要阐述了信号处理系列课程的主要研究内容，分析了该课程体系内课程之间、课程与相关课程之间的关系，针对不同专业设计了两种课程体系Map，并对课程群内课程的整体教学、实验内容进行了规划设计。中国4/vie　　【关键词】电气信息；信号处理；课程体系　　近年来，随着以语言处理、图像处理、大数据分析处理等为核心技术的人工智能技术的发展，数字信号获取与处理的技术从制造业领域扩大到农业、医疗、教育、能源、国防等诸多领域，不断给人类社会带来更多发展。由此，随着信号处理理论与方法应用的范围的扩大，信号处理系列课程也成为国内外各

2、个工科专业的核心课程，除了电子类专业，光电、机电、计算机、生物医学等各专业也均已开设信号处理系列课程。由于存在着与原有课程体系的衔接，其在教学体系建设和教学内容安排上存在各种问题。　　一、课程群建设思路　　面向国内外高等教育的发展，跟踪学科发展，借鉴CDIO理念，以信号处理课群为背景，拓宽电气信息类专业知识模块为突破口，体现“厚基础，重应用”的特点，构建信号处理系列课程体系，及时引入高等工程教育的教研与科研成果，强化基本方法、基本技能，提高综合素养，实现具有普适性的学科大类工程基础教育的目标，并建立可持续发展的良好机制。　　由于信号处理系列课程均以数学为主要工

3、具，其理论性和应用性都很强，体系内课程之间及与相关课程之间在内容上具有一定的重叠性，需要分析各门课程内容的侧重点，理清课程之间的相互关系以保证课程内容的有效衔接，将其作为一个整体进行优化整合，以形成模块化的理论教学体系，并在大类知识平台上建立层次化的实践教学体系。在该体系下，注重理论与实验教学的有机融合，注重工程应用能力的培养。　　二、理论课程体系构建　　1、构建专业相关基础课程Map　　通过深入研究信号处理系列课程在各专业中与前开、后续课程的知识相关性，按照国家“卓越工程师计划”的要求，按照知识领域、知识点构造知识能力矩阵，理顺各知识点的衔接关系，进一步理清

4、对应课程的学期设置，为使其在培养计划中的设置更为合理奠定基础。　　在电气信息大类学科中，通识教育的核心课程中，信号处理类课程主要包括信号与系统、数字信号处理两门核心课程，根据专业需求还有信号分析与处理、DSP技术及应用以及系列实验课程等核心课程。结合各专业的开课情况，构建电工电子类专业基础课程体系Map，如�D1所示，可供开设专业选择参考。对信号处理类课程整体要求较高的专业可以采用（a），要求较低的专业可以采用（b）图结构。各专业可根据实际需要选择开设的课程及学期学时。　　电气信息类专业的首要专业基础课程为“电路”（非电专业为“电路分析”）课程，它也是“自动控

5、制原理”以及信号处理系列课程的理论基础，一般课程群中的基础课程“信号与系统”需设置在“电路”开课后的学期。“自动控制原理”课程一般可以与“信号与系统”同时开设。若有些专业对信号处理类课程要求不高，建议开设“信号分析与处理”课程，建议学时为64学时（至少48学时），由教学经验，开设在“自动控制原理”课程之后授课效果较好。　　2、建立课程群体系结构　　按照信号分析→系统分析→信号的数字处理→系统的实现作为教学体系的组织结构，实现原理、方法和应用的有机结合，构建课群内课程的知识能力矩阵。各专业可选择与本专业相适应的教学内容及学时，以形成适合本专业的教学内容完善、分工

6、合理的教学体系。建立信号处理课程群内课程的体系结构，如图2所示。　　课程群中，信号与系统、数字信号处理两门课程为核心基础，以连续时间信号与系统的分析和处理为基础，以离散时间信号与系统的分析和处理为目的。按照目前的技术发展，信号处理的核心概念应主要放在离散域的频域（即ω域）的分析和处理。　　图2信号处理课程群体系结构　　三、课程群教学内容的整体优化设计　　1、“信号与系统”　　“信号与系统”课程的传统内容包括信号分析与线性系统分析两部分内容。按照研究对象所在时间域分为连续时间和离散时间信号与系统两种系统；按照处理方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类方法。

7、变换域的方法主要概括为频域（ω域）、复频域（s域）和Z变换（Z域）。课程中重要的运算方法是卷积积分/卷积和的概念。当今由于计算机技术及各类工程软件的普及，从变换域的角度，课程重点应放在信号的频谱分析以及系统的频率响应上；从时间域的角度，课程重点应放在离散域分析。电路的时域方程求解，逆变换的求解应弱化。　　2、“电路”与“信号与系统”　　电路课程应主要介绍电路的基本概念和电路定律，其线性电阻电路、线性动态电路时域分析的方法与定理是所有后续课程的基础。其传统内容中，除电气工程专业外，均可适当进行削减，傅里叶级数、复频域分析等均可放至后续“信号与系统”课程。　　3、

8、“信号与系统”与“自动控制原理”　　这