電子信息系統概論教學一致性建構探索

伍 微，李保國，李井源，于美婷，劉小匯

（國防科技大學 電子科學學院，長沙 410073）

電子信息系統廣泛應用于現代信息通信、導航定位、智能感知、目標識別和移動網絡等領域，不僅滲透于國民經濟的方方面面，也對國防軍事發揮著不可或缺的作用。電子信息系統概論是國防科技大學（以下簡稱我校）電子信息類研究生的專業核心課，課程以新工科教育需求為牽引，面向雙一流、雙重建設需求，是電子信息類學科專業方向深造的引領性課程之一，為雷達探測、衛星導航定位、通信抗干擾、電子系統建模仿真和目標識別系統設計等后續專業方向課的學習夯實理論基礎，為學生面向工程開展前沿設計與研究，儲備必要的專業知識。

針對新時代研究生教育改革，2020 年三部委聯合發文，要求加強課程建設，提升研究生課程教學質量。課程和教學作為研究生培養過程中的重要環節，是提高研究生培養質量、提升研究生創新能力和發展能力的關鍵因素。電子信息系統概論課程著眼現代電子信息系統與工程，課程教與學關注的重點，是使學生理解、掌握電子信息系統的基本框架、工作原理及知識運用，培養學生具備電子信息系統設計、分析、診斷和應用等能力。

本文結合新工科建設背景下的電子信息類高層次人才培養需求，針對電子信息系統概論課程特點、內容及存在的問題，基于一致性建構理念，探索預期學習成果、教與學過程和評估任務“三位一體”的教學設計，以成果為導向，開展教學改革與設計實踐，凝練知識體系，提升教學效果。

一、課程特點、內容及存在的問題

（一）課程特點及內容

電子信息系統概論面向工程，重點是無線射頻系統及設計，具有理論強、概念精、知識多和應用廣等特點。課程內容主要分為5 個相對獨立、互有關聯的子專題，見表1。

表1 課程教學內容專題列表

其中，收發機架構專題主要涵蓋空間電子信息系統的基礎架構與工作原理，是課程教學的基礎。發射機系統、接收機系統這兩個專題如同一枚硬幣的兩面，關聯緊密，相對獨立，自成體系，是課程教學的重要內容。軟件無線電專題是教學內容的拓展與深化，在發射、接收環路中，數字化、可重構的軟件與算法應用越來越廣泛，推動電子信息技術不斷發展、系統容量持續擴大及信息處理速率不斷提升。典型系統設計專題覆蓋雷達、通信、衛星導航和電子偵察等電子信息系統的設計方法，推動科研成果向教育教學資源轉換。

（二）存在的問題

長期的課程教學過程中，作者發現的需要思考和解決的問題主要如下。

一是針對“面向產業、面向世界、面向未來”的新工科建設，課程面向的是大批量專業化、高層次的電子信息類后備人才，教學如何達成預期的學習成效。電子信息人才培養不僅是當前信息化時代的特殊需求，也是下一個智能化時代的重要需求。電子信息系統概論作為專業核心課，是電子信息類專業研究生由專業基礎導向專業方向課深入學習的重要紐帶，也為學生將來從事電子信息領域專業工作打好基礎。在傳統教學中，成果導向不夠明確，課程在教學模塊單元設計方面需要調整，結合專業知識體系，設計合適的教與學活動，制訂評估學生學習成效的標準與措施，使學生能使用電子信息系統概論課程知識開展創新、設計及應用。此外，還需要考慮把家國情懷、理想信念和職業素養等融入到課程中，把團隊協作和批判創新融入到教學中。

二是大多數學生缺少工程歷練，教學如何引導學生理解數學物理原理背后的工程背景，掌握專業知識背后的技術應用。從教的角度，課程組在課程建設與設計上，集合了雷達、導航、通信和電子等多個子學科的骨干教學科研力量，為理論聯系工程實際做好教學資源儲備。從學的角度，電子信息系統概論課程理論性強，需要學生具備較強的數學基礎，這對于研究生來說并不難；難點在于如何將課程講授的概念、方法、技術與工程實際聯系起來，使學生能將學到的知識應用到將來的專業深造學習和工程實踐應用中去，進而實現“懂原理，能設計，會應用”的目標。

三是現代科技的進步深刻影響了學生的學習模式與課堂注意力。對高校學生在課堂上注意力變化的研究表明，一般情況下學生的注意力會隨著老師講課時間的變化而變化；隨著現代智能手機和移動互聯網越來越普及，學生注意力集中的時間呈縮短的趨勢。學生們熟悉慕課、雨課堂和微信等在線交流互動，有的學生上課攜帶筆記本、平板電腦做筆記，通過電子版課件自學或復習。然而科技進步并不能代替學生學習。我們改革傳統課堂教學模式，利用現代教育方法和技術引導學員主動學習，同時還需要關注如何面對不同需求、多樣化的學生群體，明確成果導向，設計成效目標，一致性建構教與學的過程，豐富學生學習體驗，支持、引導學生達成預期學習成果。

二、基于一致性建構的課程教學探索

（一）教與學：不一致向一致性的理念轉變

傳統課程教學中，教與學的不一致主要體現為：教學設計時沒有充分考慮學習成果導向，未能采取有效的評估來掌握學生的學習成效，教師制定的教學目標難以落實到全體學生的學習端；學生對于教學內容的理解、分析、關聯、比較、掌握及應用不足，教學活動、評估任務和學習成果沒有形成閉環，學習成效沒有達到預期的水準，作業測評不乏“死記硬背”，這樣往往難以達成預期的學習成果，進而影響人才培養質量。如圖1 所示。

圖1 課程教與學一致性存疑的情況

課程的一致性建構，主要體現為預期學習成果、教與學過程和評估任務“三位一體”的教學設計。為了使教與學達成一致，作者在教學設計時以學生為主體，明確學習成果，面向學生制定預期要達成的成效目標；在教學活動設計階段，將課程學習成果分解細化到每一次課堂教學中；評估任務則采用多樣化測評的方式，及時獲取學員完成具體任務的情況，了解學員的學習成效，動態改進后續教學活動。如圖2 所示。

圖2 課程教與學的一致性設計與分析

（二）一致性建構課程教學設計

針對課程內容與特點，作者基于一致性建構理念，開展課程教學實踐；以學習成果為導向，從預期教學目標、優化成效目標、設計學習活動和及時評估任務四個方面開展教學改革，課程教學設計的基本框架如圖3 所示。教學起始于預期的學習成果，結束于實際的學習成效，形成以下兩個步驟的閉環迭代。

圖3 電子信息系統概論課程的一致性建構

一是制定預期學習成果，分解成效目標。本課程教學目標涵蓋了電子信息學科的特定屬性和能力，不僅強調學生掌握電子信息系統基本原理和設計方法，還要求學生具備應用知識解決工程問題的能力，特別是勇于創新的科研精神和嚴謹務實的工作作風，以及較強的團隊意識和協作能力。本著“學生主體+成果導向”的教學改革思路，將教學目標分解為課程學習成效目標和能力培養成效目標，前者對標“學習了哪些知識”，后者對標“學到的知識如何應用”，兩者是學習活動與評估任務的設計輸入，也是課程教學要達成的目標。

二是針對細化的成效目標，設計學習活動與評估任務，導向預期學習成果。主要是通過教學活動和互動測評等方式，使教與學的過程、評估任務與成效目標形成相互映射關系。為每次學習活動設計相應的分析案例，比如帶通采樣、相位噪聲和頻譜再生長等，案例數據源于實際的工程實踐，學生在教與學的過程中，通過系統建模、分析、仿真與綜合，理解并掌握課程知識；通過案例分析、課堂互動和作業測評，及時應用知識。學習活動中，多個案例和測評構成評估任務，實現成效目標的多維度覆蓋。

課程教學過程中，通過評估任務及時獲取學生反饋，上述兩個步驟不斷迭代，形成閉合回路，導向成效目標的達成。課程學習成效目標重點關注學生對每次課知識的理解、熟悉與掌握，學生通過課前預習了解知識，通過課堂學習掌握知識，通過課后練習鞏固、應用知識；課前預習和課后練習都是提前布置，學生可通過網絡在線高效完成。能力培養成效目標重點關注學生能力的進步，主要表現為學生學習到特定階段，應具備解決電子信息系統相應問題或方案設計的能力；為此，設計階段性評估任務，從系統化的知識應用、分析與解決問題的能力、職業素養和團隊協作等方面，促進學生能力的提升。

（三）教學案例

作者在每次課前會明確教學目標，基于一致性建構理論，將教學目標轉化為預期的成效目標。以發射機系統的教學為例，比如“發射功放模型”這個教學單元，細化后的課程學習成效目標為：（1）理解功放非線性數學模型和基本概念；（2）理解功放時、頻域分析方法；（3）熟練掌握功放頻譜再生長特性；（4）熟練掌握功放雙音測試方法；（5）掌握基本概念高階互調失真、高階輸入截點等。通過課前預習、多媒體課堂教學、啟發式案例教學、隨堂練習與互動及仿真研討等學習活動，導向成效目標的達成。

細化后的能力培養成效目標主要表現為：（1）分析、設計基本的發射功放電路；（2）利用實測數據，求解1 dB壓縮點、回退、互調失真和輸入截點等基本參數；（3）使用多項式模型或薩勒赫模型，分析功放的幅度失真和相位失真；（4）應用VBA、SPICE 等工具，對發射機性能進行仿真與設計；（5）應用發射增強技術，分析、設計發射機的功率、效率和線性度等關鍵性能。通過雨課堂測評、課堂互動、仿真實驗和綜合設計等評估任務，與學生及時形成雙向反饋，測評成效目標的達成度，一致性調整課程的教與學，每次課形成閉環迭代，提升教學成效。

圖4 給出了課程教學實踐過程中，作者基于一致性建構理論，通過測評分析與迭代反饋，提升預期學習成效。完成一次課堂教學后，學生利用雨課堂完成該次課的課后練習，系統自動統計學生答題統計情況，教師和學生自己都能及時了解本次課預期的學習目標是否達成；教師既可在線上對學生的解答給出針對性的點評和建議，也可提煉出共性問題在下次課展開講解。

圖4 一致性建構的課堂及時評估

隨著學習深入到一定的階段，結合案例分析與大作業研討的方式，設計適當的評估活動，在教與學的過程中迭代改進，根據反饋及時微調課程教學，提升教學效果。如圖5 所示。

圖5 一致性建構的階段性評估設計

課程學習中，學生分組開展發射功放建模、仿真分析與實踐，結合頻譜儀等常見專用儀器，靈活應用課程學到的知識，提升了學生的工程實踐能力，鍛煉了學生的團隊協作能力。如圖6 所示。

圖6 發射功放建模、仿真、分析及實踐

三、結束語

本文針對電子信息系統概論課程特點、內容及存在的問題，基于一致性建構理念，探索預期學習成果、教與學過程和評估任務“三位一體”的教學設計，開展教學改革與設計實踐，采用啟發式案例教學，重點使學生理解、掌握電子信息系統專業知識，并能將課程中學到的知識，有效地運用于將來從事的電子信息系統設計應用中。課程評估得到了學生們及時、積極地正向反饋，有力提升了教學效果，這在很大程度上歸功于一致性建構的課程教學設計。

通過以學生為主體、以成果為導向的教學設計，課程激發了學生學習、應用電子信息技術的濃厚興趣，引導學生從專業基礎深入到細分專業方向研究。比如，2021 年秋季學期，隆巖等同學深入研究了軟件無線電，設計了小型可配置電子信息設備，根據課程所學知識，對信號發射、接收和配置進行分析并取得了初步進展。再比如，李韜等四名同學，參加學校電子信息啟航賽，結合課程學習，在通信抗干擾、無人機載應用等領域設計參賽作品，獲得了一等獎的好成績。以上是我們基于一致性建構原理，在我校研究生專業核心課電子信息系統概論中的教學探索，希望通過教學設計與方法的探討，拋磚引玉，促進一致性教與學在高校電子信息專業人才培養中推廣應用，推動電子信息高層次人才培養和雙一流建設提質增效。