“测试信号分析与处理”全英文课程教学探索

曾 洪，王爱民

（东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096）

0 引言

“测试信号分析与处理”是测控技术与仪器专业一门重要的专业主干课。课程通过讲授、练习使学生掌握测试信号分析与处理的基本理论和方法，使之能进行测试信号分析与处理工作［1］。

为开拓国际化视野，顺应国际化办学的发展趋势，笔者所在的学校早在十年前就开展了部分课程的双语或全英语教学，“测控信号分析与处理”课程也是其中的一门［2］。笔者从事了五年该课程的双语和全英文教学，虽然也对此进行过教学内容的改革［3］，但仍发现本课程全英文教学的教学方式和手段存在以下三个问题：

（1）全英语教学中存在抽象性和非母语的障碍。即使是中文授课的“测试信号分析与处理”课程也具有较大抽象性，学生反映课程内容较难，而教师在采用非母语讲授时，更增加了这一难度，况且还不可避免地会产生信息损失，即非母语障碍。

（2）本课程开设时间为大三第一学期，此时学生刚接触专业课。之前学生所接触到的几乎都是基础性理论课程，例如“高等数学”、“大学物理”、“大学英语”等，并未建立起提出问题、分析问题和解决问题的工科思维习惯［4～6］，这种思维方式在以往课程中没有提供充分的训练。学生难以接触到工程实例中的信号分析与处理问题，对测试信号分析与处理技术缺少感性认识，感觉课程深奥难懂，一定程度上影响了学生学习的积极性，从而造成课堂教学有效性的降低。

（3）课堂讲授时间有限且课时少，课后教师发现学生有掌握不好的共性知识点，或发现有能阐述知识点的新案例的情形后，却难以及时给学生以反馈，导致课外互动效果不佳［7］。虽然学校网络中心已建设有课程中心可上传相应资料，但笔者发现通过电脑主动登录并及时下载阅读的学生人数仍偏少。其中的一个主要原因是电脑难以随身携带，学生难以随时查看教师发布的新资讯。本文介绍的以下三项教学方式改革正是针对上述三个问题进行的探索，旨在激发学生对本课程的学习兴趣和提高教学效果。

1 降低课程抽象性和非母语障碍

首先是选择合适的英文教材：为使学生在较短学时内高效且牢固地掌握“测试信号分析与处理”课程的基本概念和基本理论，我们选用了在经典原版教材《Digital Signal Processing：A Computer-Based Approach》（第四版）基础上改编而成的英文教材。该教材的最大特点是每一章节都配以Matlab例子及习题，使学生能充分地利用计算机程序验证并深入理解课堂所学的知识，进而增强感性认识并激发他们的学习兴趣和创造性思维。

其次是帮助学生建立课程全局观：在课程开始之初，笔者就强调本课程的学习目标是建立测试信号与系统的分析以及测试信号的处理的整体观念，提供本课程的不易迷失方向的全局图。即使课程中有些内容不清楚，但因为知道是哪个知识点不懂，学生自己可进行查漏补缺。同时在每节课中，黑板上始终保留一块区域写明本次课程需要掌握的知识点，以确保学生清楚明白并跟上授课节奏。

最后是采用形象化教学：我们在课堂上开展了形象化教学的探索，试图让学生将感性认识与理性认识快速地统一起来，从而有利于学生理解抽象概念。比如，在介绍采样信号频谱与原信号频谱之间的关系时，以强调物理概念和工程应用为主，淡化数学推导运算过程；同时，对于采样信号频谱与原信号频谱之间关系的数学公式，采用口语化描述，即采样信号的频谱密度是原信号频谱以2π／Ts为周期进行周期延拓，且幅度变为原来的1／Ts；最后，再进一步通过图形化演示从原信号频谱到采样信号频谱的绘制过程。

2 开展启发式课堂教学

在课堂教学时，我们采用工科思维的方式通过问题引入、问题分析、问题解决和问题引申等几个步骤来启发引导学生。比如，离散傅立叶变换是该课程一个要点也是难点，根据DFT的定义引导学生思考提出这样一些问题：为什么强调信号的时域和频域的幅度都是“离散化的”？这种离散化结果对于我们用数值计算方法分析信号有何帮助？在实际处理信号时我们获得的信号往往是长度为t的连续信号，它既不是周期信号也不是离散信号，现在学习DFT能否帮助我们分析这类连续信号的频谱呢？若能又该如何实现呢？让学生先自己考虑这些问题的答案，使他们带着问题来听讲，而教师在讲解中并不直接将答案全盘给出，而是引导学生思考答案由来的原因、理解推导过程，从而调动了学生的参与意识并激发了学生的学习激情。

其次采用类比的方法即通过与前修课程“信号与系统”知识的类比，帮助学生理解本课程的结构与内容，降低陌生感。比如在宏观层面，“测试信号分析与处理”主要的研究对象是离散时间信号或系统，而“信号与系统”研究的是连续时间信号或系统，从信号或系统分析的角度来看，讨论的内容都是信号的时频域分析或系统特性分析及设计；在微观层面，两门课程均采用线性常系数方程来描述线性时不变系统，但“测试信号分析与处理”采用线性常系数差分方程来描述时域离散系统的输入与输出关系，“信号与系统”采用线性常系数微分方程，另外，在“测试信号分析与处理”中，频率响应反映了系统函数在z平面单位圆上的情况，而“信号与系统”中的频率响应反映了系统函数在s平面虚轴上的情况，通过类比的方式可以很方便地做到知识铺垫、过渡和深入。

最后进一步围绕知识点选择贴合实际应用的具体案例，结合案例讲解并演示知识点应用的全过程。比如用数字陷波滤波器対受到工频干扰的语音信号进行仿真演示，并播放处理器前后的语音以及显示处理前后信号的频谱，比较不同设计参数下滤波前后的效果，使学生清晰地了解合理设计滤波器的意义，亲身感受信号处理导致的性能提高，这样做不仅激发了学生的学习兴趣，还增强了学生学习该课程的信心，充分体会所学的“测试信号分析与处理”课程的实用性。

3 以微信公众平台辅助课堂教学

除了在课堂教学上组织好教学，引导调动学生们的积极性，实现良性互动之外，我们在课堂外还搭建了微信公众号移动学习平台，延伸课堂教学，促进学生及时预习、巩固与提高。

2012年腾讯推出的微信公众平台，是建立在目前庞大智能手机用户群体上的一整套集后台内容管理、主动推送、双向交流及数据收集等功能的应用。首先，我们借此注册测试了信号分析与处理微信公众平台，经过激活、审核后，把微信公众号或者二维码告知学生，学生添加关注以实现消息互动。然后，我们围绕教学大纲挑选资源，通过各种不同媒体形式的图文信息为学生提供丰富课程学习资料，开辟了诸如实践案例、重点知识点专题、专题视频、参考书籍推荐，优秀作业展示，行业专家、相关网站链接等紧密结合实践的专栏，拓展学生的视野，这样做不仅提高了学生学习灵活度，且由于单个内容的学习时间较短，还保障了学生学习兴趣的不减。最后，我们还根据微信公众平台数据统计功能中的“图文转化率”，了解阅读每条消息的人数及阅读次数，大致掌握学生对每条消息的阅读程度，并根据学生课堂中的反应，适当调整各知识点的讲解时间或调整教学方式。可喜的是，虽然本课程课堂授课人数约50人，但关注的学生人数却超过了70人，这说明通过微信公众号，因授课时间、人数限制而不能参加课堂教学的学生也获得了本课程的学习机会。

4 结语

笔者近年来进行的教学实践从“测试信号分析与处理”全美文课程的特点和大三年级学生的特点出发，开展了降低课程抽象性和非母语障碍的尝试，采用培养工科思维的启发式教学方法，并进行了基于微信公众平台辅助课堂教学的探索。近年来，有不少学生以本课程实践环节的研学为基础进一步申报校级SRTP、省级和国家级大学生创新实践项目等，这充分显示出本课程的教学改革在学生工程意识和能力培养方面起到了积极推动作用。