摘 要 文章针对生物医学工程本科信号处理类专业基础课教学难、学生兴趣难以提升等问题，提出了相关的教学与实验改革。首先，在理论课的教学安排上解决了“信号与系统”和“数字信号处理”专业基础课授课重复、学习枯燥、师生交流少等问题。其次，将实验部分分三个学期进行，从最基础的信号与系统实验到最终的与生物医学工程专业相关的心音信号采集与处理综合实践，让学生由浅入深并能学以致用，解決实际问题，充分发挥创造性。
关键词 信号处理 教学改革 实验改革
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.08.053
Discussion and Practice of Teaching Experiment Reform of
Signal Processing Course
CHEN Ziyu， YU Dekuang， YANG Feng， HUANG Jing
（Department of Electronic Technology， School of Biomedical Engineering， Southern Medical University， Guangzhou， Guangdong 510515）
Abstract In view of the difficulties in teaching signal processing related courses and raising interests for undergraduates of Biomedical Engineering， we proposed the relevant teaching and experimental reforms. First of all， in the arrangement of theoretical courses we solved the problems such as the repetition in courses of “Signal and System” and “Digital Signal Processing”， boring learning and less communication between teacher and students. Secondly， the experimental class was divided into three semesters. From the basic experiments of signal and system to the final comprehensive practice of the heart sound signal acquisition and processing， let students learning from the shallower to the deeper. To enable students to solve practical problems and give full play to creativity.
Keywords signal processing， educational reform， Experiment course reform
信号处理类课程是电子工程专业本科生重要的专业基础课程。为了使该类课程更适用于生物医学工程专业本科生的教学，我们在理论和实验教学上进行了相应的改革。
“信号与系统”和“数字信号处理”是信号处理类课程里最重要的两门专业基础课。这两门课程以“高等数学”、“线性代数”、“电路分析”等课程为基础，同时也是后续信号类专业课的基础，在教学环节中起着承上启下的作用。现阶段这两门课程存在授课内容重复，实验内容衔接不合理，并缺乏综合性应用实验等问题。理论课方面，该两门课程涉及到很多数学概念、物理概念及工程概念，学生在学习过程中对于大量公式和理论推导感到吃力，很难从整体上把握住课程的实际意义和作用，也很难产生学习兴趣，因为难学而缺乏学习主动性。实验课方面，原来的实验内容是严格对应理论课而设计的上机操作，安排在对应的理论课课程最后部分。虽然通过上机操作加强了学生对之前学过的理论知识的理解，但是由于没有连贯性故无法更深入地学习，也难以学以致用解决实际问题。
针对信号处理类课程理论和实验教学上面临的问题，我们设计了一整套适合生物医学工程专业本科生的教学方法。后面将分别从理论教学和实验教学两个方面分别阐述具体教改过程。
1理论课教学改革
理论教学改革主要是针对“信号与系统”和“数字信号处理”这两门专业基础课，改变传统的公式推导、理论灌输和大量课后习题为主导的教学方式。改革的目标是为了提高学生的学习兴趣和学习效率，使学生学习完这两门课程后能在宏观上理解这两门课程的实际意义，并牢固地掌握相关基础知识从而为后续课程和后续研究打下坚实的基础。[1，2]
教学方法的改进主要有以下几点：
（1）理论联系实际从生物医学工程方面收集应用实例，结合课程相关理论知识在课堂上进行介绍，使学生由形入实地掌握知识以加深记忆。对于概念比较抽象的内容通过制作小动画清楚地演示其原理与计算过程，让学生理解得更透彻。
（2）教学内容上将“信号与系统”课程中与“数字信号处理”重复的内容进行了调整。“信号与系统”课时数由原来的72学时改为64学时，将离散信号的频域分析、离散时间系统的频域分析等移到“数字信号处理”课程中讲授。“数字信号处理”由原来的64学时改为48学时。统一将原本接在该两门理论课后的实验课内容调整到后面的学期统一进行。
（3）课后作业不仅仅是单调的作业题，我们还提供了一些辅助性的课外阅读，尤其是与生物医学工程相关的医学信号方面的文章。让学生对专业课程有宏观上的了解，提高学习兴趣，增强学习的主动性。
为了创造更好的学习氛围，我们开设了一个网站服务器，[3]作为师生学习和交流的平台。其功能首先是包含了布置作业和提交作业的系统，改善了之前批改作业需要收大量作业本的问题，提高了效率的同时也节省了空间。第二，该平台还包含平时上课签到系统，可以用手机连接服务器现场点名并直接记录在系统中，方便教师统计到课率。第三，可以存储课程相关的一些课外读物以便学生自行登录下载学习。
2实验部分教学改革
实验教学环节较之前改动比较大，主要分三个阶段进行，由浅入深，让学生从掌握理论知识逐步过渡到形成可以独立解决实际问题的能力。
第一个学期的实验内容主要是将“信号与系统”和“数字信号处理”课程的理论问题结合计算机应用软件matlab进行验证学习。之前是将两门课的实验部分分别安排在相应的课程结尾，现调整在一起作为“信号采集综合实验一”课程，总共64学时。我们自编了实验教材，从信号的创建到系统的分析，让学生学会使用matlab解决原本理论课教材中手算推导和分析的内容。将两门课的实验内容综合在一起，还能讓学生充分体会连续信号和数字信号在使用计算机处理过程中的联系与区别。[4，5，6]
第二个学期的实验内容主要是让学生应用学习到的理论知识结合matlab软件中的simulink进行信号类相关系统的设计与仿真，课程为“信号采集综合实验二”。要求每个学生选择一个信号处理类小题目在老师的指导下使用simulink完成实验，并上交最后的实验报告。如WCDMA扩频通信系统的仿真、调频立体声广播系统的建模与仿真、直流降压斩波电路设计等等。学生通过亲自仿真本来已经比较成熟的信号处理类应用，为今后的学习和实践打下坚实的基础。
第三个学期通过对心音信号的一系列分析实验，使学生能够应用所学的相关知识解决稍复杂的实际问题，提高学生的动手和思考能力。[7]实验的主要内容分硬件和软件两个方向。硬件方向主要是实现心音传感器的设计，采集人体心音信号，生成音频文件并显示出心音信号波形等信息。软件方向是对采集到的心音信号进行去噪、特征参数提取等的处理进而实现心脏疾病的诊断。通过分组的方式让学生们自由组队，每组3人分工合作完成。每周进行一次进度汇报，各组在汇报的同时互相交流知识，老师现场指导并提出问题。期末以答辩的形式由各组演示汇报设计成果。这种设计性综合实验增加了学生自主研究的能力并强调团队合作精神。实现目标功能的方法有很多种，学生通过自行查找相关文献资料，动手编写程序和制作硬件等，增强了实践动手能力，也充分发挥了自己的创造性。
3总结
经过以上教学和实验改革的实践，这两学年还是取得了比较满意的效果。不仅让学生对较为枯燥的理论知识产生了更多的兴趣，并加深了理解，同时也让学生的实际动手能力和创造力都有了提高，为将来的学习和就业打下了坚实的基础。
整套课程的安排与设计还会随着实践中发现的问题而不断改进。如课程服务器网站设计如何能让学生按时提交作业的问题还需要改进，因为经常有学生到下一章节结束才提交前几章节的作业，没有按进度学习势必影响学习效果。所以，需要在系统中设计每次作业的最终上交时间，过期该次不可提交，不按时上交作业的那次记为0分，系统自动统计，按时关闭每次的提交申请。综合实验的内容也将随着经验的积累变得更丰富，现阶段最后一学期的综合实践内容是心音信号的采集与处理，今后可根据需要加入如心电信号或生物电信号等方向的内容，使生物医学工程专业的本科生接触和实践更多生物医学信号类相关研究。
参考文献
[1] 谢启，陈飞，朱培逸.“信号与系统分析”课程教学改革探索与实践.中国电力教育，2014（2）.
[2] 樊玲.“数字信号处理”教学改革的探讨.科技创新导报，2012（4）.
[3] http：//122.114.172.81：8080/cms.
[4] 武红玉.基于MATLAB的“信号与系统”实验教学改革.科技信息，2012（11）.
[5] 艾炜华，汤建明，巫昌霖，肖森源，黄彬，曾庆宁.心音信号采集及自动识别系统.科技视界，2015（34）.
[6] 闻绍飞，刘纪红，孙宇舸.MATLAB在数字信号处理实验教学中的研究.实验室科学，2016（5）.
[7] 关成斌，王捷，张福，宝宋杰.Matlab在数字信号处理实验教学中的应用研究.电脑与电信，2011（11）.
[8] 韦哲，李战明，程自峰，李向伟，魏伟一.基于声卡的心音信号采集与处理系统的实验研究.中国医疗设备，2008（10）.