信號處理類研究生課程線上線下相結合教學模式探索

馬金銘，李永哲，陶 然

（北京理工大學信息與電子學院，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、地震勘探、天文、高光譜信號處理等眾多國防科技和民用領域無處不在[1]。信號與信息處理專業隸屬于信息與通信工程學科，而信息科學是社會生產發展到一定階段的產物，并且隨著科學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、學科交叉性強、學科前沿性強等特點[2]。這就要求信息與通信工程學科學生在研究生階段，既需要不斷深入學習大量的信號處理類理論知識，也需要結合各交叉學科前沿科研內容和具體實際應用需求，探索理論知識在前沿實踐中的應用，促進課程學習和科學研究的有機結合。

傳統信號與信息處理專業研究生課程以線下課堂講授為主，然而由于相關課程大多晦澀枯燥，且課堂講授時長有限，導致授課老師很難在短時間內傳授大量專業知識。另一方面，由于線下課程在每個學年內僅于特定學期開課，授課老師在前沿知識講授方面具有一定的滯后性；此外，受制于高校學科交叉政策和人為時間安排等因素，在相關課程的開課時間段內，常常難以邀請到本校其他學科老師以及學科前沿研究領域的優秀科研工作者進入課堂與學生進行面對面交流，這些因素導致研究生與交叉學科和前沿科研工作者的交流不足，對前沿知識和前沿領域的探索不足，進而嚴重制約了信號處理類研究生課程的建設和發展。在課程評價體系方面，當前線下課程的考核與評價形式包括期末考試、隨堂匯報等，此外還可將學生日常考勤與課后作業成績計入總評成績。但考慮到期末考試卷面容量有限，并且需要兼顧全體學生的層次，因此難以對學生的能力和水平進行全方位衡量與考察。此外，由于課堂教學時間有限，當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時間。日?？记谥械狞c名環節會占據一定的課堂教學時間，而傳統的紙質版課后作業批改也會大大增加教師的任務量。

隨著互聯網技術的發展，線上課程教學愈加發揮其重要作用[3]。線上教學資源包括教學視頻、教學案例、代碼、在線虛擬仿真實驗教學平臺、以及擴展資料包等，可囊括大量理論知識和實踐知識，能夠作為線下教學內容的有力補充，彌補線下課堂教學時長有限的缺點[4]。此外，線上教學內容的更新不受時間限制，可依據學科發展進程和前沿科學進展，隨時進行教學內容的迭代與優化，有助于增進學生對前沿科研內容的了解，拓寬學生的科研思路。線上學習不受開課時間的限制，學生可以根據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容的學習和研究，從而大大提高學習的靈活性和自主性[5]。線上課程的課后作業成績、期中和期末考試成績、以及學生在課程討論區的活躍度等都可以計入學生的平時成績，作為線下考核評價的補充；此外，線上課后作業中的客觀題可由系統自動批改計分，大大減輕了授課教師的任務量，提高了教學效率。由于線上課程教學具備上述諸多優勢，可以作為線下課堂教學的有力補充，因此本文將探討如何將線上線下相結合的教學模式應用到信號處理類研究生課程建設當中。通過分析當前信號處理類研究生課程線下課堂教學的現狀與特點，提出相應的線上線下相結合教學改革實施方案，相關研究將為信號處理類研究生課程建設提供新方法和新思路。

1 信號處理類研究生線下課程建設現狀與不足

1.1 對前沿領域的探索不足

信號處理類研究生課程教學內容需要依據學科發展進程和科學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內容進行更新與優化，導致教學內容具有一定滯后性。此外，受制于時間安排等因素，在線下課程的講授時間段內常常難以邀請到行業專家和青年學者等專業人士進入課堂，與學生進行面對面交流。這些因素導致學生難以通過課堂學習及時獲取國際上與信號處理相關的最新研究成果和前沿研究課題，難以掌握與前沿領域相關的信號處理類專業知識，難以利用所學知識分析和解決工程實踐中的問題。教學內容前沿性不足、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量提升的重要原因[7-8]。

1.2 學科交叉建設不足

信號處理類研究生課程建設與其他學科的交叉融合需要在整體上把握信息與通信工程學科的研究現狀和未來發展趨勢，對我國的經濟社會發展具有非常重要的意義。當前人工智能、車聯網、智慧農業，智慧醫療等新興領域的迅猛發展對信號處理類研究生課程建設提出了新的要求，然而受制于高校學科交叉政策等因素，往往存在交叉性課程開設不足等問題，導致當前信號處理類研究生線下課程教學內容和教學方法與這些熱門領域的結合仍然不夠密切，研究生對學科交叉中相關科學問題的研究背景和研究內容了解不足，難以做到在學科交叉的基礎之上對所學信號處理領域知識進行重新理解。學科交叉建設不足已成為制約信號處理類研究生進行真正的底層創新、學以致用的重要因素。

1.3 研究生課程學習評價體制落后

當前研究生教育已從數量增長逐步轉向質量提高，為保證研究生培養質量符合社會和科技發展需求，需要進一步完善研究生課程學習評價體制。當前信號處理類研究生課程往往以學生的課后作業、日?？记?、期末試卷成績、專題匯報情況等作為評價依據，然而日常點名、學生單獨/小組匯報等考察方式往往需要占用大量課堂教學時間，批改課后作業會增加授課教師的任務量，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時間內對學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習評價體制改革的難題。

2 線上線下相結合教學改革實施方案

針對上述信號處理類研究生線下課程建設現狀與不足，提出如下線上線下相結合教學改革實施方案。

2.1 線上前沿/交叉學科教學內容與線下教學相結合

充分利用線上教學不受教學時長和開課時間限制等優點，在線上教學資源中融入大量前沿和交叉學科教學內容，并根據國際上與信號處理相關的最新研究成果，隨時隨地對線上教學內容進行更新與優化，有助于研究生及時掌握前沿科研動態和學科發展進程，拓寬科研思路。邀請行業專家和青年學者等專業人士做線上報告，介紹信號與信息處理領域的最新研究進展及未來研究方向，開拓學生的學術視野，啟發創新性思維；增加學生與專業人士進行交流的機會，以對話討論進行互動，引導學生深入思考，建立學術思維，提升科研素質。

2.2 線上多樣化教學資源與線下學習相結合

充分利用線上教學資源的多樣性，提供與信號處理類研究生課程教學內容配套的教學視頻、教學案例及擴展資料，學生可以根據線下學習進度和個人知識掌握情況，有選擇地進行教學內容的補充學習或深入挖掘，提高學生對基礎理論知識的掌握程度；補充信號與信息處理應用于雷達探測、無線通信、電磁場與微波、陣列信號處理等領域的研究背景、相關代碼及仿真實例，提高學生利用所學知識分析和解決實際問題的能力；建設在線虛擬仿真實驗教學平臺，實現實踐教學的課程化和實踐操作的協同化，激發學生的學習興趣和創造潛能。

2.3 線上靈活性考評手段與線下考評相結合

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題、期中和期末考試、課后研討等線上測試環節，有利于及時反饋學生對所學知識的掌握情況；將課后習題完成情況、期中和期末考試成績、以及課后研討活躍度等作為學生的平時成績，由于線上試題中的客觀題可由系統自動評閱，因此可以大大降低授課教師的工作量，提高教學效率；進行線上線下相結合的混合考評模式，將多方面考核分值加權，得到最終考核結果，例如：線上研討20%+線上作業15%+線上期中/期末測驗 15%+線下期末考試=100%掌握知識。

3 結論

本文針對信號處理類研究生課程，探索將線上線下相結合的教學模式應用于課程建設當中。針對當前信號處理類研究生線下課程存在的對前沿領域的探索不足、學科交叉建設不足、研究生課程學習評價體制落后等問題，提出了線上線下相結合教學改革實施方案。通過在線上教學中融入前沿和交叉學科的教學內容、邀請領域前沿科研人員做線上報告、提供豐富多樣的教學資源、建立線上線下相結合的混合考評模式等，增進了學生對前沿科研內容的了解，促進了理論與實踐的有機結合，完善了研究生課程學習評價體制，進一步提高了研究生教育質量。