“新工科”背景下《雷達信號處理》課程教學改革的實踐探索*

嚴俊坤 邵 帥通訊作者 魏嘉琪

（1.西安電子科技大學雷達信號處理國家重點實驗室 陜西西安 710071；2.西北大學 陜西西安 710127）

引言

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。新經濟的發展對傳統工程專業人才培養提出了挑戰。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才，要求不僅在某一學科專業上學業精深，而且還應具有“學科交叉融合”的特征。

雷達信號處理是信號處理領域的一個重要分支，具有重要的軍事、民事應用價值和廣闊的應用前景[1-3]。《雷達信號處理》課程是學院面向本科生開設的專業選修課程，是通信與信息系統、信號與信息處理、電路系統等專業學生基礎課程，對學生開展理論研究和工程實踐有著重要作用。《雷達信號處理》課程教學改革的重點是結合“新工科”建設要求和本課程特點，實現科研成果和學科特色與教學內容的有機結合，充分調動學生的自主學習能力和工程實踐能力[4-6]。課程教學改革的研究目標是結合“新工科”建設要求和本科生信號處理類課程理論性強、信息量大、概念抽象等特點，以本科生國際雙創實踐周引入課程為切入點，對我院工科學生《雷達信號處理》課程的傳統教學模式進行改革，構建以知識點為中心的學習內容知識地圖，突出知識框架和理論體系；同時，開展多種形式的課堂教學，創建服從知識學習科學規律的教學方法，踐行學生為教學主體、老師為教學主導的教學理念；另外，根據高素質復合型“新工科”人才的培養目標，在課程知識點的講解中將最新的科研成果和學科特色融入教學，強化國際化教育，培養本科生的工程實踐能力和創新能力，擴展國際化視野[7-8]。

一、《雷達信號處理》課程教學的現狀

當前，我國推動創新驅動發展，實施“一帶一路”“中國制造 2025”“互聯網+”等重大戰略，以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快我國工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才[9-12]。在此背景下，國內不少高校都在積極推進轉型發展，在人才培養、產教研協同創新、跨學科發展等方面都取得了長足的進步。

根據“新工科”人才培養的要求，傳統工科專業要逐步升級，人才培養模式也要逐步改進，專業課程的教學實踐改革也勢在必行。傳統的授課形式以理論教學為主，在課堂上通過系統的理論推導，讓學生掌握相關課程知識點。教學方法以 PPT 為主，板書為輔。然而，這種教學模式理論性過強，缺乏應用實例，難以讓學生做到舉一反三；教學方法單一，課堂教學質量不高；考核方式單一，難以衡量學生的綜合能力；缺乏教學實踐環節，未能充分利用MATLAB等仿真軟件對相關算法進行性能驗證；缺乏學生英文文獻閱讀與匯報環節，教學內容難以保證前沿性與實效性，且難以調動學生學習的積極性和自主性，學生的英文閱讀能力和國際交流能力亟待提高。所以，應針對本科生信號處理類課程特點和學科特色，依據高素質復合型“新工科”人才的培養目標，結合國內外本科生課程教育教學改革的發展趨勢，對我院工科學生《雷達信號處理》課程的教學模式和教學方法進行改革，將科研成果和學科特色 融入教學活動中，并強化國際化教育，使得我們培養的學生更加適合國防和“新工科” 建設的需要。同時，通過對該教學改革的實施，能對我院其他信號處理類課程的教育教學改革與實踐起到示范作用。

二、《雷達信號處理》課程的主要問題

1.學生上手學習較困難

由于《雷達信號處理》課程需要綜合運用前期所學的多門專業課程與基礎課程的知識，并且需要掌握一定的軟件編程能力，而學生之前在這方面的鍛煉與實踐較少，學生上手困難；并且該課程中大量的公式推導與數學運算會讓初次接觸該課程的同學會對其產生畏難情緒，這都會大大降低學生的學習興趣和學習效率，從而影響課堂教學效果。

2.對于學生實驗能力培養力度不足

由于學生在本課程之前，所接觸的綜合性實驗課程很少，并且也很少有機會參與科研實踐活動，沒有受過這方面的鍛煉，因此學生在實驗過程中，表現出來的自我分析與解決問題的能力較差。需要考慮如何教會他們使用科研的方法完成實驗，并且充分發揮自我思考、自我啟發、團隊協作、深入討論的能力。

3.教學方法過于單一

雖然當今的教學手段、用具、設備等具有多樣性，但是大多數課堂還是以教師理論授課為主，受傳統教學模式的影響，教學模式創新與改革還不夠深入，師生之間互動十分有限，課堂上的師生互動大多是就基礎概念與理論性質等問題進行問答，學生并不需要深入思考就能夠得到相關答案。而且由于用PPT授課的進度往往較快，理論知識講解經常會出現不夠細致的問題，課堂教學仍然是以“填鴨式”的教師口頭傳授為主，無法體現學生在教學活動中的主體地位，學生在課堂上的帶入度、參與感往往不足，因此對于一些理論性、程序性較強的知識點理解往往不夠深刻，理論較難聯系實際。

4.考核方式過于單一

課程結束后的開卷考試成績占70%，平時成績占30%，較難以衡量到學生多門課程知識的搜索與聯系能力、將已有知識理解并進行實踐轉化為實踐經驗的能力、將已理解知識和實踐經驗轉化為實驗技術方案的能力、結合實際行業成熟應用案例對技術方案進行進一步的改進與創新的能力等工程實踐能力和創新能力。

三、《雷達信號處理》課程教學改革的內容

1.對課堂教學模式進行改革

用清晰的物理概念凝練教學內容，突出知識框架和理論體系，側重課程知識點與不同的教學案例及工程應用的結合。將知識內化與外化的轉化過程與雷達信號處理專業綜合實驗課堂實踐過程相結合，分析課堂實踐的各個環節的主要問題，并研究針對性的改進措施。在實際教學中有意識地將改進的教學方法與策略進行嘗試與實踐，并與學生交流討論改進的效果以及進一步改進的策略。通過多次與學生的相互迭代過程，提升實際教學效果。

另外，在知識點的組織上進行教學改革，構建以知識點為中心的學習內容知識地圖，強調不同章節與知識點之間的邏輯關系和應用上的區別，重視知識的關聯性、條理性和邏輯發展，以開放的問題（或課題）形式誘導學生發散思維，引導學生了解本課程知識系統的內在聯系和區別。

2.對課堂教學方法進行改革

積極采用啟發式教學方法、比較法教學和案例教學，引入形式多樣的互動環節，如開展分組討論，專題報告匯報，最新學術論文解析，邀請學術造詣高、教學經驗豐富的教師做專題講座等，增強課程內容的前沿性和實效性。創建服從知識學習科學規律的教學方法，提升學生在教學環節中的參與度，充分調動學生的學習積極性和自主性，從而實現學生為教學主體、老師為教學主導的教學理念。

3.將最新科研成果和學科特色引入教學

針對本課程的特點，在講授課程知識點的基礎上，將最新科研成果和學科特色與教學內容有機結合，幫助學生從物理概念上理解雷達信號處理理論。雷達信號處理技術一直是西電的優勢研究方向和學科特色，作者主持了國家自然科學基金面上/青年項目等多項與雷達技術密切相關的國家級科研項目。在課程知識點的講解中，可將雷達信號處理技術的最新科研成果和學科特色融入教學。

4.結合MATLAB仿真軟件，開展相關雷達信號處理算法仿真

在課外練習中，遵循從簡單到復雜這一循序漸進的教學規律，先進性單個簡單算法的MATLAB仿真及性能對比，在此基礎上，再進行復雜算法的仿真實現，讓學生結合MATLAB仿真軟件，進一步掌握理論算法的實踐應用過程，深入理解理論中各個參數的物理含義及其對算法性能的影響。

5.強化國際化教育

利用國際雙創實踐周機會，與意大利比薩大學 Maria 教授（IEEE Fellow）合作引入雷達信號處理相關課程，并在課程考核中，要求學生完成一定的英文文獻閱讀，提高學生的英文閱讀能力和國際交流能力，加強與國外大學的教學合作，進一步強化本課程的國際化教育水平。

6.對課程水平的評定方式以及考核方法的改革

《雷達信號處理》課程考核方式單一，課程結束后的開卷考試成績占 70%，平時成績占 30%，僅由這兩方面來評定學生的成績難以評測出學生的真正水平。應該從平時實驗成績（包括但不僅限于MATLAB仿真軟件實驗），英文文獻閱讀量，課外文獻閱讀量，課堂參與度等多方面來評定。采用多種評定方式，有助于培養學生的創新意識以及將專業知識應用到實踐中的能力和意識。

四、《雷達信號處理》課程教學改革的實施方法

1.結合自身的教學經驗，通過對學生進行問卷調查，一對一交流的方式，總結與梳理出《雷達信號處理》課程教學中存在的主要問題；

2.針對教學中存在的主要問題，通過多種方式進行充分的調研，包括與其他院校的教師進行交流，利用互聯網搜索雷達信號處理課程建設方面的研究現狀和進展，閱讀雷達信號處理課程方面的教學改革論文，了解和借鑒雷達信號處理專業課程建設的新思路，新方法。

結語

本文旨在將本課程的教學改革與實踐融入“信號與信息處理類”課程群的整體建設中，并進一步促進該課程群的建設與發展。另外，還要將最新的科研成果和學科特色融入教學過程中，增強課程內容的前沿性和實效性，這有利于提升學生對于已學習的多門課程知識的搜索與聯系能力、將已有知識理解并進行實踐轉化為實踐經驗的能力、將已理解知識和實踐經驗轉化為實驗技術方案的能力以及結合實際行業成熟應用案例對技術方案進行進一步的改進與創新的能力，從而系統性地提升學生的知識內化與外化能力，使得學生具備一定的獨立從事相關領域工程實踐工作和創新的能力。