高等院校研究生陣列信號處理課程混合式教學模式改革與實踐探索

時晨光 周建江 汪飛

摘? 要：2020年春季，面對突如其來的新型冠狀病毒感染肺炎疫情，國內高校紛紛響應教育部“停課不停學”的號召，借助各種信息技術和在線課程平臺開展線上教學活動。目前，國內疫情已進入常態化防控新階段。在此背景下，文章借助南京航空航天大學精品課程在線教學平臺，介紹了研究生陣列信號處理在線課程的教學情況，設計了一種以學生學為中心、以教師教為主導、以學生能力為根本、以實際工程需求為牽引的線上線下混合式教學模式，并建立了過程性、多元化的課程考核評價方案。目的是激發學生的求知欲和學習積極性，進一步提高教學質量，并且為其他專業課程的教學改革工作提供借鑒和參考。

關鍵詞：陣列信號處理;混合式教學;教學改革;線上教學;線下教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）09-0122-04

Abstract： In the spring of 2020， in the face of the sudden outbreak of novel coronavirus pneumonia， domestic colleges and universities have responded to the call of the Ministry of Education to "suspend classes and not suspend classes" and carry out online teaching activities with the help of various information technologies and online course platforms.At present， the epidemic in China has entered a new stage of normal prevention and control.In this scenario， with the help of the fine course online teaching platform， this paper introduces the online teaching situation of Array Signal Processing course for postgraduates in Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. It has designed a student-centered， teacher-led， student-centered and practical-engineering demand-oriented online and offline hybrid teaching mode， and has established a process and diversified course assessment and evaluation scheme. The purpose is to stimulate students' thirst for knowledge and learning enthusiasm，further improve teaching quality， it also provides reference for the teaching reform of other professional courses.

Keywords： Array Signal Processing; hybrid teaching; reform in education; online teaching; offline teaching

2020年伊始，一場突如其來的新型冠狀病毒感染肺炎疫情牽動了全國億萬人民的心，醫護人員夜以繼日地奮戰在救治工作的第一線。全國大中小學發布了延遲開學的通知。2020年2月，針對新冠狀病毒感染肺炎疫情對高校正常開學和課堂教學造成的影響，教育部印發《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》[1]，要求各高校應充分利用線上優質課程教學資源，依托各級各類在線課程平臺、校內網絡學習空間等，實施并保障高校在疫情防控期間的在線教學，實現“停課不停教、停課不停學”，保證疫情防控期間教學進度和教學質量[2]。

根據教育部、工信部和江蘇省統一部署，按照“延期開學、線上教學，創新模式、保證質量”的工作方針，南京航空航天大學依托校精品課程在線教學平臺，綜合運用超星學習通、雨課堂和MOOC等智慧教學工具，按照原定教學計劃開展線上教學，盡最大可能減小對正常教學工作的影響。在以習近平同志為核心的黨中央堅強領導下，經過全國人民艱苦努力，我國新冠肺炎疫情防控阻擊戰取得重大戰略成果，國內疫情目前已進入常態化防控新階段。根據黨中央、國務院決策部署，教育部、國家衛健委持續加強疫情防控常態化條件下復學復課和疫情防控工作。作為一線教師，如何選擇和利用在線教學資源和平臺，構建適合研究生課程的線上線下混合式教學模式，保障疫情防控常態化下的課程教學效果，是當前面臨的重要課題。

在此背景下，筆者以南京航空航天大學研究生陣列信號處理課程為例，結合南京航空航天大學精品課程在線教學平臺，提出了線上線下混合式課程教學模式，分別闡述了課程建設、教學實踐、考核評價和教學滿意度評價等方面的情況。教學實踐表明，對陣列信號處理課程進行的混合式教學改革與實踐探索，打破了傳統課堂的時間和空間限制，克服了傳統教學模式的缺點，取得了良好的教學效果。

一、課程教學資源建設

南京航空航天大學精品課程在線教學平臺是南京航空航天大學與南京超星云舟教育科技有限公司（以下簡稱“超星”）合作建設的在線教學服務平臺，涵蓋不同專業的海量精品課程教學資源。該平臺包括線上學習（觀看教學視頻、答疑、作業、測驗等）、觀看速課（微視頻）學習、同步課堂學習、直播學習和相關技術服務，旨在利用電腦、手機、網絡等電子信息設備開展教學活動。筆者借助本校精品課程在線教學平臺，建立了較為完善的研究生陣列信號處理課程教學資源，見表1。

本校研究生陣列信號處理課程共32學時，涵蓋8章內容，每個章節設置相應的PPT和視頻單元、拓展閱讀單元和課后討論單元。在制作速課過程中，教師根據課程知識點之間的內在關系，將教學內容拆分為45個速課，每個速課5～10分鐘，供學生線上自學。陣列信號處理課程主要包括波束形成和波達方向角估計兩部分[3]，前者包含窄帶波束形成和寬帶波束形成，后者包含一維波達方向角估計、二維波達方向角估計、目標參數聯合估計等，課程結構清晰、邏輯嚴謹、模塊性強。教師可根據各知識點間的對應關系，將碎片化的理論知識進行有機整合[4-6]。例如，第3章波束形成算法的教學視頻根據波束形成原理和準則拆分為5個速課。各速課之間相互聯系，以問題引導，闡述概念及公式推導，并通過MATLAB仿真實驗驗證理論分析。通過利用南京航空航天大學精品課程在線教學平臺，建設課程教學資源，為研究生進行自主學習提供了良好的線上學習環境，如圖1-圖3所示。

二、混合式教學模式實踐

針對本校研究生陣列信號處理課程教學，筆者采用了“教師課前導學+學生線上自學+教師線下重難點講解+師生線上互動答疑”的混合式教學模式，如圖4所示，實現了完整的線上線下混合式學習流程。

（一）教師課前導學

每次上課前，教師通過騰訊會議等直播軟件對學生進行引導學習，闡述本次課程教學的大致內容，介紹相應章節的重難點，以使學生對將要學習的內容建立初步概念，做到有的放矢，避免機械地完成線上章節任務點。

（二）學生線上自學

教師完成課前導學后，學生自主學習在線教學平臺上的課程教學資源，并完成相應任務點。南京航空航天大學精品課程建設平臺包含電腦端和手機端（學習通APP）兩部分，電腦端和手機端可自動實現資源、數據、功能同步，因此，學生可根據實際環境自由選擇電腦端或手機端，而且不需要在固定時間學習相關內容，這樣就打破了傳統課堂教學的時空限制。對于難以理解的部分，學生還可以反復觀看速課并下載教學PPT，從而保證學習質量。

（三）教師線下重難點講解

學生完成課程內容的線上自學后，教師在課堂上對本次教學內容的重難點進行深度講解。在此基礎上，針對章節內容的特點，以工程實踐為應用背景，開展項目式教學，將所學的理論知識和基本概念與實際工程需求相結合。教師將4～6名學生分為一個小組，各小組學生針對具體項目獨立自主地進行研討和交流，嘗試利用所學的內容進行解決或發表創新性的觀點。這樣不僅有助于加深學生對所學知識的理解，而且提高了學生的思維創新能力、團隊協作能力和交流溝通能力。另外，教師還可在課堂上介紹學科前沿和最新研究進展，以拓展學生的學術視野，讓學生感受到科學研究的深度和廣度，進一步提升學生的學習興趣。

（四）師生線上互動答疑

學生如果對課程有任何疑問或對授課教師有任何建議，可在在線教學平臺上進行留言，也可以通過教師開課前建立的課程班級QQ群或微信群進行互動交流。教師可對有關疑問進行在線解答，而對于共性問題，可在下一次課堂授課時統一進行講解。

三、課程考核評價方案

強調課程過程性考核，將課前簽到及課堂隨機點名、課程在線視頻觀看、在線章節學習次數和小組討論情況等納入平時分計算，實施能力與知識考核并重的全過程、多元化課程考核評價模式。對于課程總評成績計算，提高了平時分比例（由原來的30%升至50%），降低了期末考試成績比例（由原來的70%降至50%）。另外，結合學校精品課程在線教學平臺所記錄的學生完成任務點情況、課堂活躍度、作業成績、在線簽到等各項統計數據，綜合計算得到課程平時分。

四、課程教學滿意度評價

陣列信號處理課程教學結束后，筆者針對本校研究生設計了混合式教學模式滿意度調查問卷，以了解學生對課程教學的看法和建議。結果顯示，有88%的學生傾向于混合式課程教學，認為該教學模式極大地改變了學習方式，通過教師課前引導，學生能夠充分調動自己的主觀能動性和學習積極性去探索和求知，加深了對基礎概念和理論的掌握，能夠更好地集中精力，提高了學習效率;通過介紹學科前沿和最新技術進展，拓展了學生的學術視野;通過開展以實際工程需求為牽引的項目式教學，學生不再拘泥于書本上的固有知識和已有的MATLAB程序代碼，而是將學到的理論知識和豐富的實踐應用相結合，培養學生的創新能力，打破了固化思維和定勢思維，提高了學生的團隊協作能力和交流溝通能力。當然，還有一小部分同學不認可混合式教學模式，他們更傾向于傳統的課堂教學，線上學習較多地占用了他們的課余時間，而且多元化的過程性考核方式大大增加了他們的學業負擔。筆者分析原因，可能是少部分學生仍有較為嚴重的依賴心理，習慣于教師“填鴨式”的課堂教學和被動地接受知識，而混合式教學使得他們必須自己花費精力進行自學、討論、團隊協作和創新。這也從一方面提醒我們要進一步優化課程教學設計，合理安排學生的學習任務，盡可能地滿足不同層次學生的需求。

五、結束語

筆者通過開展研究生陣列信號處理課程教學改革，充分利用南京航空航天大學精品課程在線教學平臺和“超星學習通”軟件等信息化資源，采用線上線下混合式教學模式，打破了傳統課堂授課的時間、空間限制，并建立了多元化的學業考核評價方案，強化過程性考核。匈牙利數學家波莉亞說過：“學習任何知識的最佳途徑是由自己去發現，因為這種發現理解最深，也最容易掌握其中的規律、性質和聯系。”混合式教學模式不僅促進了“以教師教為主”向“以學生學為主”的轉變，而且加深了師生之間的良性互動，提升了學生學習的主動性和求知欲，相比傳統課堂授課，混合式教學模式取得了更好的教學質量和教學效果，也為今后其他專業課程的教學改革工作提供了思路和借鑒。

參考文獻：

[1]教育部.教育部印發指導意見疫情防控期間做好高校在線教學組織與管理工作[EB/OL].[2020-4-5].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200205_418131.html.

[2]王寶國，張軍，楊挺.研究生混合式在線課程教學模式的探索與實踐研究[J].工業和信息化教育，2020（9）：78-81.

[3]張小飛，李建峰，徐大專，等.陣列信號處理及MATLAB實現[M].北京：電子工業出版社，2020.

[4]羅小巧.“信號與系統”課程教學改革與探索[J].工業和信息化教育，2021（1）：53-57.

[5]蔣玉龍.復旦大學“以學為中心”的混合式教學案例集[M].上海：復旦大學出版社，2020.

[6]王建明.基于超星泛雅平臺的在線開放課程建設與實踐[J].中國教育信息化，2020（14）：78-80.