民航维修专业“数字信号处理”课程体系优化探索＊

房玮

民航维修专业“数字信号处理”课程体系优化探索＊

房玮

（南京航空航天大学金城学院，江苏 南京 211156）

“数字信号处理”是民航电子电气维修类专业的一门选修课，针对这门课程教学过程中存在的问题，将理论教学和民航维修专业相结合，对该课程教学改革进行一定程度探讨，力求提高教学质量，适应人才培养的需要。

维修专业；“数字信号处理”；教学方法；体系优化

“数字信号处理”是高校电类或者自动化类专业一门有严谨的逻辑性和广泛的应用性的课程，该课程利用数学语言作为工具对工程实践中的数据获取、分析处理等问题的基本原理进行描述。另外，该课程还要求学生有一定的编程能力，能够使用汇编语言、C/C++或matlab等工具进行算法设计与实现。该课程能够提高学生的创新实践能力，为将来的毕业设计和科学研究工作打下基础。但是从多年的经验来看，学生普遍反映该课程理论性强、难度大、概念抽象、公式多、公式推导烦琐，难以应用到具体工程实践中，缺乏学习的动力和兴趣。复杂的编程语句和枯燥的器件功能介绍，使得大部分学生畏难情绪比较明显，学习效果欠佳。

1 目前教学中存在的问题

南航金城学院作为民办类本科，部分学生的数学功底略差，运算能力和细致程度略微有所欠缺，而数字信号处理中的傅里叶变换和拉普拉斯变换等，都需要用到高数里的积分运算，部分学生学习起来比较吃力，计算结果的出错率较高。同时，目前这门课程的教学安排在大二的第二学期，为56个学时，且都为理论学时，和“数字电路”“模拟电路”“飞机电磁电器”等课程在同一学期开设，这些课程都是学生口中的“硬课”，不仅需要课堂时间的学习，还需要较多课余时间的预习和复习，学生普遍反映课程负担比较重，而且由于金工实习也安排在本学期的最后几周，学生的课堂学习时间再度被压缩，学生觉得学习起来非常辛苦。

交通运输（民航电子电气工程）专业属于典型的应用型专业，其人才培养目标的定位是民航维修类应用型人才，主要为各大航空公司、机场和民航维修企业培养直接在一线工作的电气或机务维修人员，所以课程设置上也应该和飞机维修技术上的应用相结合。而本院虽然开设了这门课程，但大多都是理论上的教学，以数学的演算为主，导致学生过于注重公式推导而不能理解其实质，理论与实践脱节，没有体现出民航特色，教学内容当中缺少对应用于民航业的实例讲解，使得学生没法将学习到的原理知识和毕业后从事的飞机维修工作建立关联，缺乏学习的兴趣。

2 研究现状

关于“数字信号处理”这门课程的教学改革在很多非民航类本科院校进行过研究，甚至在2013年本校信息工程系的季秀霞教师也做过“‘数字信号处理’课程形象化教学方法研究”的教改项目。不同的教改方案中，有的强调仿真软件的应用，使抽象问题直观化，加深对理论知识的理解；有的通过案例导学和科研项目同教学内容结合的方式帮助学生理解抽象理论，比如将抽样、频谱分析、滤波等工程应用方面的例子穿插于相关知识点；有的从教师队伍、教学内容、教学方法、教学手段、实践教学等方面对“数字信号处理”进行全方位的改革和建设，建成了精品课程；有的强调多元化实践教学体系，增加FPGA实践教学平台，提高实践教学水平；有的在实验室利用DSP开发系统进行设计，使学生具备初步的软件和硬件开发能力；有的基于MATLAB和Simulink环境，开发了一套语音通信系统实例，利用GUI界面设计出了一个简单易用的图形用户界面，并将语音质量、误码率等指标嵌入其中，拓展学生对该门课程的认识；有的根据数字信号处理在双音多频拨号系统中的实际应用，设计了双音多频信号系统，用D/A变换器产生模拟信号并进行传输，在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别，强化该课程的实践教学。

通过整理后发现，以上绝大部分教学改革的探讨都是针对信息工程专业和计算机专业进行的，虽然取得了相关的成果，但针对民航维修类专业“数字信号处理”课程改革的研究还很少，显然本专业对实践性的要求更高，需和民航业的

具体应用结合，让学生清晰了解到所学习的数字信号处理的有关知识和民航业的很多方面都是息息相关的，也是今后走上工作岗位的需要，激发起学生学习这门课程的兴趣和动力。

3 课程改革探索

针对此问题，同时契合本校“应用型”本科教学特点和目标定位，有必要对该门课程的教学内容、教学手段和考核方式进行改革。

3.1 教学内容体系构建改革

需要补充整理实例讲解方面的内容，特别是应用于民航业的实例讲解。主要包括航空电瓶的充放电分析、无线电导航中微波着陆系统、ADS-B系统等的数据处理、飞机温度传感器校验、航空仪表信号模拟器的设计、航空发动机控制系统的设计、飞机座舱综合图形显示技术等。通过将理论内容和民航实践中的应用紧密结合，让学生更清楚地了解在未来工作当中的用处，拓宽学生视野。

在民航业的应用具体分为：①了解到采用此技术借助数字式航空总线进行通讯，可以解决信息数据格式兼容问题和信息错误码率较高的问题，在一定程度上实现航空机体所载信息的共享，并可以实现对航空设备的控制。②了解到该技术可应用于电瓶充放电分析。通过DSP控制器电路完成与人机交互界面的通信，用设置的充放电方式自动完成充放电过程，并采样电压与电流信号输出到人机交互界面进行显示，同时根据电压信号判断充放电是否完成和根据放电电流信号计算电瓶容量。③了解到该技术可应用于微波着陆系统。通过DSP完成各种角引导信息的精确解算，以及保证信号处理模块与前端信道模块和系统中央处理机的正常通信。④了解到该技术也可应用于ADS-B。DSP首先接收ADS-B信息，进行数据的检查纠错、多目标飞机数据的管理、融合后，DSP将打包的数据通过网络发送给上位机，最终将飞机实时位置数据通过座舱显示器显示，方便地面站监控人员及飞行员查看周围飞机运行状况。⑤了解到该技术可应用于飞机温度传感器和发动机压力传感器、转速传感器、振动传感器的信号控制和数据通信中，以及软硬件代码的开发中。⑥了解到还可将该技术应用于一些设备的故障诊断，比如发电机旋转整流器等。诊断方法是采用快速傅里叶变换对励磁电流进行频谱分析，提取故障特征参数。

3.2 教学方法和手段改革

利用MATLAB强大的信号处理工具箱函数和绘图功能，加入动态演示环节。例如在讲解数字滤波器设计时，可以演示不同参数下滤波之前和滤波之后的效果，使学生清晰了解合理设定参数的重要性。在讲解FFT时，演示进行频谱分析和数据压缩的应用，使学生有了形象生动的感性认识。利用手机资源，进行微课堂平台的建设。由于该课程的学习难度较大，很多学生在课堂有限的学习时间内不能完全跟上教师的进度，掌握相应的知识点。所以可以利用手机资源，比如微信公众号或者慕课的形式来辅助学生课余时间的学习，这样也使得学习变得更加灵活方便。在公众号或者慕课中可以把每节课的提纲、重点、难点用PPT、动画甚至视频展现出来，学生随时随地可以就某个课堂上没有学明白的知识点有针对地学习，而且可以多次学习。这个平台的建设由师生共建，让一部分学有余力的学生参与进来，可以设置专题讨论和答疑环节，教师出几个问题，学生作答。也可以让学生对不懂的地方进行提问，教师解答，激发学生的参与性。同时，在这次新冠疫情师生不方便见面的线上教学期间，微平台很好地发挥了它的优势。

3.3 考核方式研究

针对学生觉得期末笔试较难，计算量较大的问题，探讨将考试分为笔试和上机两部分。分值各占50%。笔试部分仍然沿用原来的大纲，上机部分采用Matlab仿真的方式，要求学生会使用简单的Matlab函数来实现滤波器的设计、信号的卷积、频谱分析、傅里叶变换等，考察学生分析问题、解决问题的能力。比如滤波器的设计，只给出各个参数指标，学生可以自行选择逼近方式、窗函数及滤波器的阶次等。

通过此次教学改革，希望把课堂教学从板书和多媒体课件的讲解这种单向的教学模式中解脱出来，采用启发式教学方法，多增加和学生的互动。课后，不妨给学生布置一些软件仿真的作业，让他们对课堂教学的例题进行验证，从而帮助其理解相关知识，变被动接受为主动学习。教学内容方面，淡化公式的推导和解题技巧，增加一些数字信号处理技术在飞机维修中的应用实例，并建立微课堂平台进行灵活教学，将理论和实践知识融为一体，有利于提高学生的学习兴趣。

4 总结

本篇论文针对目前民航维修类专业“数字信号处理”这门课程学习难度大、理论和实际结合不紧密、教学内容当中缺少对应用于民航业的实例讲解，使得学生没法将学习到的原理知识和毕业后从事的飞机维修工作建立关联，缺乏学习的兴趣等问题，提出了从教学内容、教学模式、考核方式等方面的改革和实践，从而达到提高学生学习该课程积极性和灵活性的目的，为本院相关专业课程建设提供了一定的参考借鉴。

［1］刘建华，王子杰.民航类院校的DSP课程教学改革与实践［J］.科技经济导刊，2018，26（8）：94.

［2］王守坤.基于DSP的航空电瓶充放电分析仪研究［D］.天津：中国民航大学，2013.

［3］杨宁娟.基于DSP的ADS_B数据处理系统［D］.西安：西安电子科技大学，2017.

［4］熊美英.数字信号处理课程教学改革研究［J］.科技资讯，2016（27）：70，72.

2095－6835（2020）20－0075－02

TN911

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.031

南京航空航天大学金城学院2019年教育教学改革研究项目“2019-Y-11新工科背景下民航电子电气维修专业人才培养模式研究”和“2019-D-01 民航维修专业‘数字信号处理’课程体系优化研究 ”的研究成果

〔编辑：严丽琴〕