信號處理類研究生課程線上線下相結(jié)合教學(xué)模式探索

馬金銘，李永哲，陶 然

（北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院，北京 100081）

0 引言

信號是信息的載體，信號與信息處理在雷達探測、通信、航空航天、光學(xué)、地震勘探、天文、高光譜信號處理等眾多國防科技和民用領(lǐng)域無處不在[1]。信號與信息處理專業(yè)隸屬于信息與通信工程學(xué)科，而信息科學(xué)是社會生產(chǎn)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，并且隨著科學(xué)研究的進步而不斷更新和迭代，因此信號處理類課程具備理論研究深入、學(xué)科交叉性強、學(xué)科前沿性強等特點[2]。這就要求信息與通信工程學(xué)科學(xué)生在研究生階段，既需要不斷深入學(xué)習(xí)大量的信號處理類理論知識，也需要結(jié)合各交叉學(xué)科前沿科研內(nèi)容和具體實際應(yīng)用需求，探索理論知識在前沿實踐中的應(yīng)用，促進課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的有機結(jié)合。

傳統(tǒng)信號與信息處理專業(yè)研究生課程以線下課堂講授為主，然而由于相關(guān)課程大多晦澀枯燥，且課堂講授時長有限，導(dǎo)致授課老師很難在短時間內(nèi)傳授大量專業(yè)知識。另一方面，由于線下課程在每個學(xué)年內(nèi)僅于特定學(xué)期開課，授課老師在前沿知識講授方面具有一定的滯后性；此外，受制于高校學(xué)科交叉政策和人為時間安排等因素，在相關(guān)課程的開課時間段內(nèi)，常常難以邀請到本校其他學(xué)科老師以及學(xué)科前沿研究領(lǐng)域的優(yōu)秀科研工作者進入課堂與學(xué)生進行面對面交流，這些因素導(dǎo)致研究生與交叉學(xué)科和前沿科研工作者的交流不足，對前沿知識和前沿領(lǐng)域的探索不足，進而嚴重制約了信號處理類研究生課程的建設(shè)和發(fā)展。在課程評價體系方面，當(dāng)前線下課程的考核與評價形式包括期末考試、隨堂匯報等，此外還可將學(xué)生日常考勤與課后作業(yè)成績計入總評成績。但考慮到期末考試卷面容量有限，并且需要兼顧全體學(xué)生的層次，因此難以對學(xué)生的能力和水平進行全方位衡量與考察。此外，由于課堂教學(xué)時間有限，當(dāng)采取隨堂匯報方式進行考察時，往往只允許采取小組匯報、或單人進行短時間匯報的方式，否則會大大壓縮課堂教學(xué)時間。日常考勤中的點名環(huán)節(jié)會占據(jù)一定的課堂教學(xué)時間，而傳統(tǒng)的紙質(zhì)版課后作業(yè)批改也會大大增加教師的任務(wù)量。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，線上課程教學(xué)愈加發(fā)揮其重要作用[3]。線上教學(xué)資源包括教學(xué)視頻、教學(xué)案例、代碼、在線虛擬仿真實驗教學(xué)平臺、以及擴展資料包等，可囊括大量理論知識和實踐知識，能夠作為線下教學(xué)內(nèi)容的有力補充，彌補線下課堂教學(xué)時長有限的缺點[4]。此外，線上教學(xué)內(nèi)容的更新不受時間限制，可依據(jù)學(xué)科發(fā)展進程和前沿科學(xué)進展，隨時進行教學(xué)內(nèi)容的迭代與優(yōu)化，有助于增進學(xué)生對前沿科研內(nèi)容的了解，拓寬學(xué)生的科研思路。線上學(xué)習(xí)不受開課時間的限制，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間安排和知識掌握情況，隨時隨地、有選擇地進行課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)和研究，從而大大提高學(xué)習(xí)的靈活性和自主性[5]。線上課程的課后作業(yè)成績、期中和期末考試成績、以及學(xué)生在課程討論區(qū)的活躍度等都可以計入學(xué)生的平時成績，作為線下考核評價的補充；此外，線上課后作業(yè)中的客觀題可由系統(tǒng)自動批改計分，大大減輕了授課教師的任務(wù)量，提高了教學(xué)效率。由于線上課程教學(xué)具備上述諸多優(yōu)勢，可以作為線下課堂教學(xué)的有力補充，因此本文將探討如何將線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)用到信號處理類研究生課程建設(shè)當(dāng)中。通過分析當(dāng)前信號處理類研究生課程線下課堂教學(xué)的現(xiàn)狀與特點，提出相應(yīng)的線上線下相結(jié)合教學(xué)改革實施方案，相關(guān)研究將為信號處理類研究生課程建設(shè)提供新方法和新思路。

1 信號處理類研究生線下課程建設(shè)現(xiàn)狀與不足

1.1 對前沿領(lǐng)域的探索不足

信號處理類研究生課程教學(xué)內(nèi)容需要依據(jù)學(xué)科發(fā)展進程和科學(xué)研究進展不斷更新和迭代[6]。然而由于線下課程存在開課時間和授課時長等方面的限制，使得授課教師難以隨時隨地對教學(xué)內(nèi)容進行更新與優(yōu)化，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容具有一定滯后性。此外，受制于時間安排等因素，在線下課程的講授時間段內(nèi)常常難以邀請到行業(yè)專家和青年學(xué)者等專業(yè)人士進入課堂，與學(xué)生進行面對面交流。這些因素導(dǎo)致學(xué)生難以通過課堂學(xué)習(xí)及時獲取國際上與信號處理相關(guān)的最新研究成果和前沿研究課題，難以掌握與前沿領(lǐng)域相關(guān)的信號處理類專業(yè)知識，難以利用所學(xué)知識分析和解決工程實踐中的問題。教學(xué)內(nèi)容前沿性不足、研究生前沿性知識缺乏已成為制約信號處理類研究生課程質(zhì)量提升的重要原因[7-8]。

1.2 學(xué)科交叉建設(shè)不足

信號處理類研究生課程建設(shè)與其他學(xué)科的交叉融合需要在整體上把握信息與通信工程學(xué)科的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，對我國的經(jīng)濟社會發(fā)展具有非常重要的意義。當(dāng)前人工智能、車聯(lián)網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)，智慧醫(yī)療等新興領(lǐng)域的迅猛發(fā)展對信號處理類研究生課程建設(shè)提出了新的要求，然而受制于高校學(xué)科交叉政策等因素，往往存在交叉性課程開設(shè)不足等問題，導(dǎo)致當(dāng)前信號處理類研究生線下課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與這些熱門領(lǐng)域的結(jié)合仍然不夠密切，研究生對學(xué)科交叉中相關(guān)科學(xué)問題的研究背景和研究內(nèi)容了解不足，難以做到在學(xué)科交叉的基礎(chǔ)之上對所學(xué)信號處理領(lǐng)域知識進行重新理解。學(xué)科交叉建設(shè)不足已成為制約信號處理類研究生進行真正的底層創(chuàng)新、學(xué)以致用的重要因素。

1.3 研究生課程學(xué)習(xí)評價體制落后

當(dāng)前研究生教育已從數(shù)量增長逐步轉(zhuǎn)向質(zhì)量提高，為保證研究生培養(yǎng)質(zhì)量符合社會和科技發(fā)展需求，需要進一步完善研究生課程學(xué)習(xí)評價體制。當(dāng)前信號處理類研究生課程往往以學(xué)生的課后作業(yè)、日常考勤、期末試卷成績、專題匯報情況等作為評價依據(jù)，然而日常點名、學(xué)生單獨/小組匯報等考察方式往往需要占用大量課堂教學(xué)時間，批改課后作業(yè)會增加授課教師的任務(wù)量，臨時突擊、刷題等方式使得期末考試常常難以有效反映學(xué)生的知識掌握情況和科研能力水平。因此，如何在有限的線下課堂教學(xué)時間內(nèi)對學(xué)生的知識掌握情況和科研能力水平進行全方位衡量與考察，并且盡可能為授課教師進行“減負”已成為信號處理類研究生課程學(xué)習(xí)評價體制改革的難題。

2 線上線下相結(jié)合教學(xué)改革實施方案

針對上述信號處理類研究生線下課程建設(shè)現(xiàn)狀與不足，提出如下線上線下相結(jié)合教學(xué)改革實施方案。

2.1 線上前沿/交叉學(xué)科教學(xué)內(nèi)容與線下教學(xué)相結(jié)合

充分利用線上教學(xué)不受教學(xué)時長和開課時間限制等優(yōu)點，在線上教學(xué)資源中融入大量前沿和交叉學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)國際上與信號處理相關(guān)的最新研究成果，隨時隨地對線上教學(xué)內(nèi)容進行更新與優(yōu)化，有助于研究生及時掌握前沿科研動態(tài)和學(xué)科發(fā)展進程，拓寬科研思路。邀請行業(yè)專家和青年學(xué)者等專業(yè)人士做線上報告，介紹信號與信息處理領(lǐng)域的最新研究進展及未來研究方向，開拓學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，啟發(fā)創(chuàng)新性思維；增加學(xué)生與專業(yè)人士進行交流的機會，以對話討論進行互動，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，建立學(xué)術(shù)思維，提升科研素質(zhì)。

2.2 線上多樣化教學(xué)資源與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合

充分利用線上教學(xué)資源的多樣性，提供與信號處理類研究生課程教學(xué)內(nèi)容配套的教學(xué)視頻、教學(xué)案例及擴展資料，學(xué)生可以根據(jù)線下學(xué)習(xí)進度和個人知識掌握情況，有選擇地進行教學(xué)內(nèi)容的補充學(xué)習(xí)或深入挖掘，提高學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握程度；補充信號與信息處理應(yīng)用于雷達探測、無線通信、電磁場與微波、陣列信號處理等領(lǐng)域的研究背景、相關(guān)代碼及仿真實例，提高學(xué)生利用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力；建設(shè)在線虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)實踐教學(xué)的課程化和實踐操作的協(xié)同化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造潛能。

2.3 線上靈活性考評手段與線下考評相結(jié)合

充分利用線上考核手段的多樣性和靈活性，增加線上課程課后習(xí)題、期中和期末考試、課后研討等線上測試環(huán)節(jié)，有利于及時反饋學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況；將課后習(xí)題完成情況、期中和期末考試成績、以及課后研討活躍度等作為學(xué)生的平時成績，由于線上試題中的客觀題可由系統(tǒng)自動評閱，因此可以大大降低授課教師的工作量，提高教學(xué)效率；進行線上線下相結(jié)合的混合考評模式，將多方面考核分值加權(quán)，得到最終考核結(jié)果，例如：線上研討20%+線上作業(yè)15%+線上期中/期末測驗 15%+線下期末考試=100%掌握知識。

3 結(jié)論

本文針對信號處理類研究生課程，探索將線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)用于課程建設(shè)當(dāng)中。針對當(dāng)前信號處理類研究生線下課程存在的對前沿領(lǐng)域的探索不足、學(xué)科交叉建設(shè)不足、研究生課程學(xué)習(xí)評價體制落后等問題，提出了線上線下相結(jié)合教學(xué)改革實施方案。通過在線上教學(xué)中融入前沿和交叉學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容、邀請領(lǐng)域前沿科研人員做線上報告、提供豐富多樣的教學(xué)資源、建立線上線下相結(jié)合的混合考評模式等，增進了學(xué)生對前沿科研內(nèi)容的了解，促進了理論與實踐的有機結(jié)合，完善了研究生課程學(xué)習(xí)評價體制，進一步提高了研究生教育質(zhì)量。