聲納信號處理課程研討式教學研究

包長春 馬樹青 張振慧 陳羽

[摘 要] 聲納信號處理是水聲工程學科的核心課程，國防科技大學聲納信號處理課程在學校教育教學崗位建設的推動下，經過多年建設，持續對課程進行改進，探索本課程的教學規律，總結教學的經驗和方法，按照新型的研討式教學方法進行課堂教學的創新和改進，取得了良好的教學效果。總結課程研討式教學的經驗，并提出下一步改進的目標和思路。

[關 鍵 詞] 聲納信號處理；研討式教學；教學模式

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）19-0153-03

聲納信號處理是水聲工程學科的核心課程，也是其他學科專業的選修課程。它是信號處理理論在水聲領域中的應用，是一門對國防和國民經濟的發展都具有重要作用的邊緣學科。該課程是一門實用性、針對性、專業性都較強的課程，其基本任務是較為全面系統地學習聲納系統設計的一般概念，掌握數字式聲納信號處理的基本方法，熟練運用波束形成方法，了解目標測向、測距以及速度估計等方法，為今后從事聲納設計、水聲信號處理等相關領域內的深入研究打下較為堅實的基礎。

近年來，國防科技大學將聲納信號處理課程建設納入新一輪教育教學崗位建設任務，按照優質課程的目標進行全方位建設。幾年來，對該課程繼續進行教育教學崗位建設工作，在總學時54個學時每次課3個學時的基礎上，持續對課程進行改進，探索本課程的教學規律，總結教學的經驗和方法，加強教學隊伍建設，大膽啟用年輕新教員的同時注重老教員的指導。

在課程講授過程中，該課程受到了教學督導組專家的細心監督指導，同時也有教學經驗豐富的資深教員的熱心幫助，還有課堂上下與學生的密切溝通和交流，對于課程教學工作的改進積累了很多經驗。

本文結合近年來的教學工作，從目前國防科技大學聲納信號處理課程建設的現狀與問題出發，以改革和發展的眼光，對課程內容體系改革、教學手段和方法改革、課堂教學模式的探索和實踐、完善課程考核模式、建設教學資源、加強教師隊伍建設進行全面總結，并提出幾點建設性的意見。

一、課程內容體系改革繼續推進

聲納信號處理課程的教學任務通常由一名高級職稱教員和一名青年教員共同承擔。課程學時為54個學時，主要圍繞聲納信號處理的相關知識和技術展開教學工作，主要分為三個階段：

第一階段為基礎理論部分的階段，由前三章構成，主要講授了聲納系統綜述、換能器、聲納方程、水聲學基礎理論等知識要點，為進一步進行聲納信號處理奠定理論基礎。

第二階段為聲納信號處理的主要技術學習階段，在這一階段，主要講授聲納信號處理中主流的技術方法，掌握其實現方法，由四、五、六章構成，內容包括聲納基陣陣形理論基礎、波束形成（本門課程的核心）、數字化波束形成技術發展與主流技術、聲納信號檢測與估計等，這一部分是本門課程的核心內容。

第三階段為聲納的設計和應用階段，由七、八、九、十共四個章節構成，在已有的基本理論和基本技術的基礎上，主要講授了一些具體應用功能的實現方法以及聲納設計方法，內容包括多目標跟蹤和多目標分辨、目標運動分析、聲納測距、聲納定位等最新的技術發展。

課程授課內容的總體框架已經比較成熟穩定。但是，由于近年來海洋領域教學科研工作日益重要，選課學員很多并非水聲工程專業的學員，包括光學工程、信號與信息處理、計算機技術等多個專業，這些學員此前從未接觸過聲納設計與處理。為了平順地把學生的知識基礎與本課程的教學內容銜接起來，使學生在理解課程內容時不過于吃力，在課程教學內容的具體安排上進行了一些局部調整。

在第一階段的基礎理論部分中，針對學生此前沒有接受過水聲學理論教學的知識基礎，適當減少了水聲學理論的教學內容，降低了內容的難度，同時此前適當講授了一些預備知識，為學生理解水聲學理論搭好臺階。另外，利用我校學員物理功底較深厚的優勢，適當減少數學性內容的教學，注重加強物理性內容的理解。

在第二階段的聲納信號典型處理方法的階段，針對其他專業學員的知識結構，適當補充數字信號處理、檢測與估值理論的知識基礎，然后再進入核心內容的教學。

通過課程體系針對學生基礎的局部調整，避免了課程內容與學員基礎差距過大的問題，同時將學生學習的重點放在物理概念的理解上，使學生更好、更容易地理解課程內容，掌握相關技術。

二、豐富教學手段和方法，探索教學模式

隨著當前教學理念和教學手段的快速發展，各種新式的教學手段和方法不斷出現。為了提高本課程的教學水平和質量，我們在教學過程中也在不斷探索適合本課程的各種教學手段和方法，不斷總結教學經驗和規律，改進教學模式。在教學探索和改進過程中，形成了一些經驗和方法，現總結如下：

（一）開展研討式教學，激發學生興趣和動力

自從聲納信號處理課程納入2010年新一輪教育教學崗位建設以來，課程的學時安排也發生了較大變化，原來的36個學時擴充至54個學時，而每次課的時間長度由原來的2個小時擴展到3個小時。對于每次課程的時間擴展，其目的是希望每次課能夠給予師生充分的時間，展開研討式教學，激發學生在課堂上的興趣和思考，從而更為主動地進行學習。

我們在展開教學工作的過程中，也對研討式教學方式進行了積極的探索，積累了一些經驗。研討式教學，可以因時制宜、因地制宜而靈活采取各種方式。

首先，在我們的授課過程中，最常用、最基本的方式就是，依教學內容進展和學生理解情況，適時提出一些典型問題，讓學生就問題開展討論，老師在學生的討論中適時引導，使學生在討論中質疑、思考、理解并享受這一過程，老師同時也可以把握學生的知識掌握情況。這種方法一開始使用的困難是教員提出問題后，沒有學生主動起來回答問題。我們的解決方案是，最開始提出問題要簡單而容易回答，這樣，漸漸地其他學生也都踴躍加入研討，形成了良好的研討環境。