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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称： 数字信号处理 一级学科：  08 工学
二级学科： 0806 电气信息类 教学层次：  本科
负责教师： 韦 岗 学校名称：  华南理工大学
院系名称：   申报状态：  已获奖
申报级别： 国家级 申报文件下载：  无下载文件
获奖名称： 获奖年度：  2006
主页地址： http://www.scut.edu.cn/course， 是否交换：  否
浏览次数： 8954 网上评论：  没有相关评论
课程介绍：

数字信号处理》是“通信与信息系统”、“信号与信息处理”学科专业基础课程中的核心课程之一。《数字信号处理》课程的关键是对于一般实际信号的数字化采集、表示与处理的理论和技术。课程中的知识点可以直接用于科学研究和工程实践，同时也是继续学习其它信号处理课程、通信与电子系统课程的必不可少的基础，因而，它既是承上启下的关键课程又是这两个学科研究领域中的重要工具。通过本课程的学习，在前期课程的基础上，学生能够掌握更进一步的信号数字化处理的理论与技术，为后续课程的学习奠定坚实基础，同时能够激发学生参与科学研究的潜能，培养实际动手能力。在本专业培养目标中，《数字信号处理》作为基础课程转入专业基础课程的开端之一，对于培养高素质信息产业人才而言，是十分关键的一门课程。
六.??? 课程目标
本课程的改革以“扎实基础，因材施教，破除盲从，鼓励创新，走出局限”为宗旨。
本课程的教学不仅要给学生传授基础知识理论，课程引入了国际上流行MATLAB语言，将信号与系统、数字信号处理、反馈与控制等课程进行合并重组，使教学内容更具有学科的先进性和条理性，为学生打下坚实的专业基础。教学采用多种形式和方法，包括多媒体课件的使用，课堂上的互动教学，网上答疑，形式多样、深浅不同的习题等教学手段以适应不同潜质的学生。科学若要发展必须不断创新，在尊重和学习前人成果的基础上要大胆否定，不断革新。学院培养学生的科研思维既要求学生尊重已有的知识，又鼓励学生敢于提出新问题、新思路。在此思想指导下，设置了由浅入深的实验课，强调培养学生的动手能力和综合素质，要学生在实践中巩固知识、发现问题、解决问题。现今信号处理技术已有了突飞猛进的发展，从其它学科如生物学中借鉴发展出了如神经网络学，自适应信号处理中的遗传算法等，涉及越来越多的知识面，这要求教师必须具有高水平的科研能力和开拓性的思维方式，不断走出对信号处理技术和该课程的认识的误局限，在更大范围内发展对信号认识，使我院在该领域的科研有长足的发展。基于该点，本课组的教师不仅投身教学中，也致力与该领域的科研工作，且在学科带头人的带领下取得了令人属目的成果。并鼓励学生参与本课组教师的科研工作，开展学生的课外科研活动，使学生的视野更加开拓，历届学生的课外科研活动也获得了不少的奖项。
??? 本课程的目标是为华南地区乃至全国的相应专业培养宽口径的高素质的品学兼优、德才兼备的集理论研究、工程设计等综合能力于一体的复合型精英人才打下基础。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
课程知识模块分成7个模块：
一.??? 信号的类型、信号处理应用的基本介绍。2学时。
二.??? 离散时间信号与系统的时域分析。介绍离散时间信号与系统的时域描述、信号的相关性和随机信号的基本参数。4学时，配套实验2学时。
三.??? 离散时间信号的变换域分析。讲述离散傅立叶变换、线性卷积的计算和复习有关Z变换的定义及性质。8学时，配套实验2学时。
四.??? 线性时不变离散时间系统在变换域中的分析。介绍系统的频率响应和传输函数的性质及类型、简单的数字滤波器和全通系统及最大和最小相位系统、数字二端口网络的参数和连接。8学时，配套实验2学时。
五.??? 连续时间信号的数字处理。讲解抽样定理和各类型模拟滤波器的设计、数模和模数转换以及重构滤波器的设计。8学时，配套实验4学时。
六.??? 数字滤波器的结构。FIR和IIR数字滤波器的基本结构和它们的级联和并联结构、全通滤波器的实现。8学时。
七.??? 数字滤波器的设计。讲述IIR滤波器的双线性法、低通、带通和高通、带阻数字滤波器的设计；FIR滤波器的加窗法、最小均方误差法和约束最小二乘的滤波器设计。8学时，配套实验4学时。
4-2-3课程的重点、难点及解决办法
重点：
数字信号的采样与时/频域表示;数字信号系统的特性分析;数字滤波器的设计与应用。
难点：
（1）各种概念、定义和公式的物理含义
在本课程中，大量使用了数学的方法来表示物理的过程，因此理解各种数学公式所含的物理意义是学好本课程的关键，也是学生学习中的难点之一。
（2）数字信号和系统分析方法的运用
本课程中所介绍的数字信号和系统的时域和频域分析方法，如各种变换工具的使用、零极点分析、稳定性分析等，均为抽象的数学模型，如何掌握和运用这些数学的方法和工具来解决实际问题，需要教师在讲授过程中进行大量的启发和引导。
（3）滤波器的设计和实现
数字滤波器设计和实现中的难点一方面在于设计过程中公式较多，计算繁复，学生不容易掌握计算的思路；另一方面，各种性能指标、滤波器类型、实现的结构、以及设计过程中涉及的参数如何根据实际需要进行设定和选择，也是教师需要重点讲解的地方。
解决办法：
（1）在概念与公式的讲授中，注重物理含义的阐述和定性的分析，并利用图形、动画等多媒体教学手段，使抽象的内容形象化和可视化，令学生理解其物理含义或包含的思想。
（2）在公式推导和定量计算方面，着重方法、思路的介绍，采用课堂例题讲授和课外作业相结合的方式，使学生掌握同类问题的解决方法。
（3）在知识面的拓展和知识的综合运用方面，一方面利用我们教师在科研工作中积累的丰富经验，在课堂中对所讲授的知识点相关领域情况及其在实际中的应用等方面进行介绍，来拓展学生的知识面和提高学习兴趣，另一方面通过实验、课程设计、课外参加设计比赛或科研活动等方式来加深学生对本课程知识的理解，提高学生对知识的综合运用能力。
4-2-4实践教学的设计思想与效果（不含实践教学内容的课程不填）
一.???? 实践教学的设计思想
理论联系实际，教学科研结合，强化工程素质和实践能力的综合训练，培养学生的动手能力，分析解决问题的能力和创新精神。
二.???? 采取的措施
1.?????? 实验教学方面，积极进行改革，开出综合性、设计性实验，要求学生根据所学的理论知识，查阅文献资料，自己设计实验方案，经老师审阅后按所拟方案进行实验，并综合分析实验结果。还利用学校与国外知名IT企业共建的联合实验室提供的先进设备和技术；全天候开放综合创新实验室；以及广东省电工电子实验教学示范中心等平台，开出一些综合性较强的选修实验。
2.?????? 教学实习方面，坚持在老师指导下到校外和校内实习基地进行，除在校内实验室中见习外，重点是到国内有代表性的电子信息类知名企业（京信通信系统有限公司、华强三洋、德生通用电器制造有限公司等）实习，使学生对现代电子通信技术有较全面的了解和亲身感受，为理论知识的学习和应用打下良好的基础。
3.?????? 科研实践方面，教学改革与科研实践相结合，本科生从二年级起就可根据自己的兴趣参加有关课题的研究工作，包括参与老师们的科研课题，以及学生自己申报的科技项目等，以培养学生的动手能力和创新精神。
三.??? 取得的效果
1.?????? 巩固所学的理论知识，提高了学生的工程素质和实践能力；
2.?????? 通过实验和科研训练，提高了学生的动手能力和分析解决问题的能力；
3.?????? 激励学生积极申报科技项目-----百步梯攀登计划项目、学生研究计划（SRP）、挑战杯，开展科技创新活动，培养了学生的创新精神。近3 年本科生获得的“百步梯攀登计划”科技创新项目22项， 学生研究计划27项；
4.?????? 参加“挑战杯”全国大学生课外学术作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛和学校每年的电子设计大赛。近几年所取得的成果：全国大学生电子设计竞赛全国一等奖01年1项、03年1项、05年4项；“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛广东省特等奖2项，一等奖2项，二等奖4项。在其他各类科技创新活动中，也取得了不俗的成绩：如第九届FIFA机器人足球世界杯团体第三名；在广东省程序设计大赛中取得一等奖2项。
*4-2 实践（验）课教学内容
4-2-1课程设计的思想、效果以及课程目标
? 《数字信号处理》课程实验是一个综合性、开放性的实验，与课程教学内容紧密配合，同步进行。实验设计的目的在于：
1.?????? 对课程内容中较为抽象、或需要有一定感性认识和实践经验的知识点通过实验方案设计验证所学的概念和算法，达到加深印象、加强理解的效果。
2.?????? 应用软件和工具解决信号处理的问题，设计和实现常用数字信号处理系统，实现理论学习与实际应用的有机结合。在遇到实际问题时候，会使用工具建模、仿真和设计，为学生自主深入学习、研究和创新打下基础。
3.?????? 培养创造性的工程设计能力和协同工作能力，提高综合分析和解决问题的能力。通过与科研、应用的实际课题相结合，培养学生严谨、求实的科学态度，激发学生的创新意识。
4.?????? 该实验课程已开设多年，经长期的教学实践，证明实践性教学有力地加强了学生对相关知识的掌握和理解，有力促进了教学质量的提高。而且通过实验，锻炼了学生使用软件和工具计算分析解决实际工程问题的能力，在后续的相关课程以及毕业设计中发挥了很大的作用。
??? 5.?? 为达到上述宗旨，在做实验前，学生需要详细了解实验的内容与任务，按照要求，完成各项实验工作，在老师的指导和学生的努力下，这门课的实验取得了良好的效果。
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4-2-2课程内容（详细列出实验或实践项目名称和学时）
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实验名称? ?????????????????????????? ?学 时
实验一? 常见离散信号产生和实现?????????????????????????????????????????? ??? 2
实验二? 离散系统的时域分析????????????????????????????????????????????????? ????? 2
实验三? FFT算法的应用?????????????????????????????????????????????????????????????????? 2
实验四? 离散系统的变换域分析???????????????????????????????????????????????????2
实验五? 有限冲激响应数字滤波器设计??????????????????????????? ???????? 2
实验六? 无限冲激响应数字滤波器设计?????????????????????????? ????????? 2
实验七 设计性和研究性实验??????????????????
???????? （语音采样及去噪声、语音信号增强及变换等）?????? 4
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4-2-3课程组织形式与教师指导方法
实验组织方式：为培养其的独立工作能力和创新思维的发展，实验采取开放式教学方式。实验室全面开放，学生预约实验，并在规定的时间内完成实验。学生自愿组合为实验小组（3—5人），以小组为单位，独立完成一个实验。
实验设计中，分为基础实验模块和设计性实验模块。实验一～六为基础实验，是必选内容，以保证学生的基本能力的训练；实验七为任选内容，设计性和研究性实验课题和科研相结合，学生根据教学要求、专业特点、就业方向、自身能力等因素进行选择，给他们营造了一个选择自我发展方向的余地和体现个性特点的空间。
基础实验通过教师讲解和举例后，学生自主完成。设计性实验以学生为主，通过自学、讨论、查阅资料完成，教师参与协助。课外时间，学生和老师之间还可以通过网上论坛和email交流。
4-2-4考核内容与方法
课程设计考核内容分为三部分：
一.??? 上机验收（共40分）?
包括：程序运行情况（10分）、系统结构（10分）、实际操作能力（10分）、创新性（10分）。
二.??? 实验报告（共35分）?
包括：文档质量（15分）、实验问题的分析解答（15分）、创新性（5分）。
三.??? 其 他（25分）?
包括：个人工作量及验收操作（10分）、独立分析解决问题能力 （10分）、团结协作精神（5分）。
?? 以小组为单位由命题教师上机验收，每个小组/实验的验收时间为15～20分钟。由小组成员运行和解释自己的程序，然后由教师检查。课程设计文挡上机验收后一周内提交。
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4-2-5创新与特点
一.??? 模块化实验设计体系，基础实验模块培养学生基本的分析问题和解决问题的能力，设计实验模块与科研和应用相结合，强调综合性和创新性，能充分发挥学生的能动性，使学生根据自己的兴趣、专业发展、及能力合理选择测量项目。
二.??? 科研第一线教授参与教学，使得设计性实验课题与科研应用前沿紧密结合，更好地保证教学质量并可不断更新升级教学内容，有利于培养学生的科研意识和工程意识。
三.??? 实验课逐步实现开放式，网络化管理，从管理模式上保证师生的互动和交流。此外，通过自建的“数字信号处理”网站，提供了丰富的实践实验课题网络资源。
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4-3教学条件（含教材使用与建设；促进学生主动学习的扩充性资料使用情况；配套实验教材的教学效果；实践性教学环境；网络教学环境）
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一.??? 教材使用与建设
1.?????? 目前使用教材
理论课教材近年来一直使用[美]Sanjit K. Mitra “Digital Signal Processing---A Computer-Based Approach”的英文版和中文版，本书在国际上享有很高的声誉，是美国、欧洲等多个国家许多著名大学的选用教材。本教材结合现代科技的发展，列举了大量的MATALAB的例题和习题，并讲述了数字信号处理在实际中应用的实例。
2.?????? 参考教材
教学过程中，曾使用并参考的其它国内外教材如下
?[1] Vinay K. K. Ingle? John G. Proakis , Digital Signal Processing Using MATLAB, 2nd BK&DK, PWS Publishing Company, 1999,
[2] 金连文，韦岗，“现代数字信号处理简明教程”，清华大学出版社
[3]韦岗，邱伟，“现代信号处理技术理论与技术”，华南理工大学出版社，1994年10月.
[4] 余英林，谢胜利，蔡汉添，“信号处理新方法导论”，(高等院校信息与通信工程系列教材)，清华大学出
[5] [美] A.V奥本海姆，R.W.谢弗编，离散时间信号处理，科学出版社，1998.
[6] Sanjit K.Mitra,DIGITAL SIGNAL PROCESSING---A CONPUTER—BASED APPROACH（SECOND EDITION）, McGraw-Hill and Tsinghua University Press,2001
[7] [加]Joyce Van de Vegte著，侯正信等译，数字信号处理基础，电子工业出版社，2003年1月.
[8] 程佩青，数字信号处理教程(第二版），数字信号处理习题解答，清华大学出版社， 2001年8月.
[9] Sophocles J.Orfanids(奥法尼索斯S.J)，Signal Processing 信号处理导论，清华大学出版社，1999.
[10]维纳.K.恩格尔，约翰.G.普罗克斯（Vinay K. K. Ingle? John G. Proakis），刘树棠译，数字信号处理使用MATLAB（Digital Signal Processing Using MATLAB），西安交通大学出版社，2002.
[11] 楼顺天等编著，基于MATLAB的系统分析和设计-信号处理，西安电子科技出版社，1998.
3.?????? 自编教材
紧密结合学科发展动态，课程组从93年开始一直在从事作教材建设工作，目前已经出版的自编教材有：
[1] 金连文，韦岗，“现代数字信号处理简明教程”，清华大学出版社，2004年1月.
[2] 韦岗，邱伟，“现代信号处理技术理论与技术”，华南理工大学出版社，1994年10月.
[3] 余英林，谢胜利，蔡汉添，“信号处理新方法导论”，(高等院校信息与通信工程系列教材)，清华大学出版社，2004.
[4] 谢胜利，何昭水，高鹰，“信号处理的自适应理论”(当代杰出青年科学文库)， 科学出版社， 2006.
4.?????? 拟编教材
此外，为了合理地利用人力物力，又要保证教材的高水平和高质量，课题组还拟进行如下教材的编写计划：
（1）?? 编写“数字信号处理”理论课习题集；
（2）?? 编写“数字信号处理实验指导”，作为适合不同基础的学生实验课的参考书；
（3）?? 编写网络辅导教案及习题解答和自测试题库以便学生自学和远程教育的开展。
二.??? 促进学生主动学习的扩充性资料使用情况
1.?????? 数字信号处理课堂教学课件，开始使用时间：2002年
2.?????? “数字信号处理”学习网站，使用时间：2002年
3.?????? 自编一套CAI教学软件，为学生和教师的交互性互动教学提供了平台，为研究和设计性实验
提供了更加方便的工具。
三.??? 配套实验教材的教学效果
实验教材：
1.《数字信号处理实验手册(Matlab 版)》，[美]Sanjit K. Mitra
2. ICETEK-DM642-PCI嵌入式DSP系统之图像、语音和网络处理系统硬件、软件使用说和实验指导。
教学效果：
该两本教材与理论课教学丝丝相扣，实验的设计所涉及的知识点具有代表性，有利于学生对理论知识的理解和加深对该学科应用领域的了解，培养学生动手能力和综合设计能力，以及创造性思维。
四.??? 实践性教学环境
实验课内容的设置由浅入深、由简单到复杂、由单一性到综合性的设计，要求学生能融会贯通的运用所学的有关知识设计出综合性较强题目，并通过软件或硬件来实现。并结合华南理工大学学生研究计划、本科生电子设计大赛和“挑战者杯” 课外科研竞赛等本科科研活，动在辅导教师的指导下完成综合性、设计性、科研性和创新性较强的课题。
基本的实验使用MATLAB进行仿真，内容包括离散时间系统的仿真、离散傅立叶变换、模拟低通滤波器的设计、FIR和IIR滤波器的设计、DFT计算的几个模块。每个模块设置2～3个题目供学生与教师选用。另外设置一些软、硬件结合的提高性综合实验供优秀的或有兴趣的学生选做，作为考核加分因素。为了配合实践教学需求，引入ICETEK-DM642-PCI嵌入式DSP系统之图像、语音和网络处理软、硬件系统。
五.??? 网络教学环境
?? 自1998年始建立了“数字信号处理”学习网站，逐年建设成为成熟的网络教学环境，网站公开课程简介、教学大纲、实验指导、参考文献资料等相关信息；实现网络辅导、网上课程研讨、网上交付作业与实验报告和优秀作业展示；建立例题解答范例库和自测试题库，以便方便学生自学和开展远程教学，使书本内容与教辅网站的参考资料相结合。
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4-4教学方法与教学手段（含多种教学方法灵活使用的形式与目的；教育技术应用与教学改革）
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一.??? 教学方法
该课程注重理论教学与实践教学的有机结合，并进一步向研究型教育观念转变。在教学过程中，结合学习的规律性，针对不同阶段、不同知识点灵活运用引导式、启发式和讨论式教学方法，引入专题讲座的形式介绍数字信号处理学科领域的前沿知识，拓展学生视野，激发学生的兴趣，调动学生参与教学的主动性。通过一系列的实践教学改革，促进学生动手能力和创新能力的提高。具体表现在以下五方面：
1.?????? 采用引导式教学方法，激发学生学习兴趣
??? 引导式教学法适用于教学过程的初期阶段，是通过形象化的成果引导学生去了解理论知识在实践中的应用。我们将课堂讲授与课外专题讲座相结合，充分利用学科建设优势，以课内外讲座的形式式，让学生了解到学科发展的最新动向，开拓视野，激发学习兴趣；或者在开始讲授一个新的知识体系时，结合学科研究和工程开发成果，有针对性地介绍不同技术在数字信号处理领域的相关应用，并以动画、图片和音、视频等形式展现给学生，调动他们学习的积极性和主动性，相比苦口婆心的劝慰，其效果非常显著。
2.?????? 采用启发式、讨论式教学方法，改变单向灌输的教学模式。
在教学的中间过程适合采用启发式、讨论式教学方法，鼓励学生积极投入到课堂教学的过程中，变被动式灌输为主动式学习，也是自主式教学方法的有益探索。教师根据授课内容的需要可以编制一些讨论题，在课堂上以设问的方式，引导学生积极思考，并应用所学知识解决问题，使学生参与到教学过程中来。或者采用课堂讨论的方式，让学生将他们对知识的理解、解决问题的思路讲出来，教师则以倾听为主，通过点评及时纠正学生的错误，另一方面也有利于教师适时调整教学思路，不断提高教学水平。
3.?????? 采用研究式教学方法，注重学生思维及创新能力的培养。
在教学的后期阶段注重将科研成果导入教学内容，鼓励学生开展研究性学习，通过布置思考题和课程小论文的方式，引导学生运用数字信号处理的知识分析、解决问题，在研究中加深对基础知识的理解，提高利用理论知识解决问题的能力。进一步鼓励学生参加教师承担的相关项目组和百步梯、学生研究计划等课外研究项目，在项目开发过程中进一步提高创新能力。???
4. 教学讲义双语化，提高学生专业英语的应用能力
课堂教学的课件中有相当一部分内容采用英语编写，教师在上课中也经常使用英语进行解释，在潜移默化中提高学生的专业英语能力，有助于提高学生阅读科技文献、查阅资料的能力。
5．注重实践教学，强化理论知识在实践中的应用，锻炼学生动手能力。????
在实践教学中，通过开设综合性、设计性实验，全天候开放综合创新实验室，激励学生学以致用，在实践中加深对教学内容的理解。基础实验通过教师讲解，由学生自主完成；设计性实验以学生为主，通过自学、讨论、查阅资料完成，教师参与协助。课外时间，学生和老师之间还可以通过网上论坛和email交流。鼓励学生参与教师承担的相关项目组和课外科研活动，承担部分设计任务，锻炼学生运用知识解决问题和创新能力。
二.??? 教学规模
《数字信号处理》课程为电路与系统、通信与电子系统、信号与信息处理等学科专业基础主干课程，目前每年校内必修教学人数500人左右；选修、辅修该门课程的学生涉及计算机科学与技术、工控学院、交通学院等9个学院。
三.??? 教学手段
1.采用多媒体课件教学手段，使教案多媒体化、教学过程互动化
本课程利用自己研制的多媒体课件进行辅助教学，从而在精简课堂授课学时、激发学生学习兴趣和提高教学效果方面取得实效。
2.理论和实践相结合，将研究案例导入教学
本课程在教学中注重实践，以讲座的形式把研究成果介绍给学生，或者通过播放视频资料的方式介绍理论知识在实践中的应用,以下是我们采用过的实例：
1）.电影中车轮倒转假象解释（采样）
2）、语音信号和图象信号的滤波（滤波）
3）、高动态范围图形学（量化）
4）、计算机图形学中的反走样处理（随机信号）
5）、手指检测（随机信号）
6）、频谱分析在语音识别中的应用（傅立叶变换）
3.通过建设网络教学资源，使教学资源共享化、教学方式多样化和教师答疑实时化
本课程已经建立了各种网络教学资源，包括课程简介、教学大纲、实验指导、参考文献资料等相关信息；实现网络辅导、网上课程研讨、网上交付作业与实验报告和优秀作业展示；通过建立例题解答范例库和自测试题库，方便学生自学和开展远程教学，使书本内容与教辅网站的参考资料相结合。
?四.??? 考核方式
1．作业：分基本题和编程题两部分。基本题是手写的并要求必须完成；编程题是一些运算较复杂的和一些深入的题型，要求学生有选择地完成并在网上上交与批改。作业完成情况在期末总评成绩中占20%。
2．实验：实验成绩在期末总评成绩中占30%。
3．期末考试：采取半开卷的考试模式，学生可自带一张A4纸，上书自己对该门课重要内容的总结，题型增加设计性和理论分析性的题型，减少纯数学运算类的题型，卷面成绩在期末总评成绩中占50%。
4．课程论文：鼓励学生就对该课程内容的理解，查阅相关的技术资料写课程论文，不做硬性规定，作为期末总评的加分项目，根据论文的质量在总评中给予不超过10分的加分。
采用笔试+课程论文的考试方式，用笔试考核学生对数字与信号处理的基本概念、基本知识的理解与掌握；用课程论文的方法考察学生应用理论知识解决实践问题，收集技术资料，并撰写技术论文的能力。笔试是闭卷考试，占总评成绩的50%，优秀的课程论文可获得额外加分；作业和实验做为平时成绩，占总评成绩的50%。
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