信号处理类研究生课程线上线下相结合教学模式探索

马金铭，李永哲，陶 然

（北京理工大学信息与电子学院，北京 100081）

0 引言

信号是信息的载体，信号与信息处理在雷达探测、通信、航空航天、光学、地震勘探、天文、高光谱信号处理等众多国防科技和民用领域无处不在[1]。信号与信息处理专业隶属于信息与通信工程学科，而信息科学是社会生产发展到一定阶段的产物，并且随着科学研究的进步而不断更新和迭代，因此信号处理类课程具备理论研究深入、学科交叉性强、学科前沿性强等特点[2]。这就要求信息与通信工程学科学生在研究生阶段，既需要不断深入学习大量的信号处理类理论知识，也需要结合各交叉学科前沿科研内容和具体实际应用需求，探索理论知识在前沿实践中的应用，促进课程学习和科学研究的有机结合。

传统信号与信息处理专业研究生课程以线下课堂讲授为主，然而由于相关课程大多晦涩枯燥，且课堂讲授时长有限，导致授课老师很难在短时间内传授大量专业知识。另一方面，由于线下课程在每个学年内仅于特定学期开课，授课老师在前沿知识讲授方面具有一定的滞后性；此外，受制于高校学科交叉政策和人为时间安排等因素，在相关课程的开课时间段内，常常难以邀请到本校其他学科老师以及学科前沿研究领域的优秀科研工作者进入课堂与学生进行面对面交流，这些因素导致研究生与交叉学科和前沿科研工作者的交流不足，对前沿知识和前沿领域的探索不足，进而严重制约了信号处理类研究生课程的建设和发展。在课程评价体系方面，当前线下课程的考核与评价形式包括期末考试、随堂汇报等，此外还可将学生日常考勤与课后作业成绩计入总评成绩。但考虑到期末考试卷面容量有限，并且需要兼顾全体学生的层次，因此难以对学生的能力和水平进行全方位衡量与考察。此外，由于课堂教学时间有限，当采取随堂汇报方式进行考察时，往往只允许采取小组汇报、或单人进行短时间汇报的方式，否则会大大压缩课堂教学时间。日常考勤中的点名环节会占据一定的课堂教学时间，而传统的纸质版课后作业批改也会大大增加教师的任务量。

随着互联网技术的发展，线上课程教学愈加发挥其重要作用[3]。线上教学资源包括教学视频、教学案例、代码、在线虚拟仿真实验教学平台、以及扩展资料包等，可囊括大量理论知识和实践知识，能够作为线下教学内容的有力补充，弥补线下课堂教学时长有限的缺点[4]。此外，线上教学内容的更新不受时间限制，可依据学科发展进程和前沿科学进展，随时进行教学内容的迭代与优化，有助于增进学生对前沿科研内容的了解，拓宽学生的科研思路。线上学习不受开课时间的限制，学生可以根据自己的时间安排和知识掌握情况，随时随地、有选择地进行课程内容的学习和研究，从而大大提高学习的灵活性和自主性[5]。线上课程的课后作业成绩、期中和期末考试成绩、以及学生在课程讨论区的活跃度等都可以计入学生的平时成绩，作为线下考核评价的补充；此外，线上课后作业中的客观题可由系统自动批改计分，大大减轻了授课教师的任务量，提高了教学效率。由于线上课程教学具备上述诸多优势，可以作为线下课堂教学的有力补充，因此本文将探讨如何将线上线下相结合的教学模式应用到信号处理类研究生课程建设当中。通过分析当前信号处理类研究生课程线下课堂教学的现状与特点，提出相应的线上线下相结合教学改革实施方案，相关研究将为信号处理类研究生课程建设提供新方法和新思路。

1 信号处理类研究生线下课程建设现状与不足

1.1 对前沿领域的探索不足

信号处理类研究生课程教学内容需要依据学科发展进程和科学研究进展不断更新和迭代[6]。然而由于线下课程存在开课时间和授课时长等方面的限制，使得授课教师难以随时随地对教学内容进行更新与优化，导致教学内容具有一定滞后性。此外，受制于时间安排等因素，在线下课程的讲授时间段内常常难以邀请到行业专家和青年学者等专业人士进入课堂，与学生进行面对面交流。这些因素导致学生难以通过课堂学习及时获取国际上与信号处理相关的最新研究成果和前沿研究课题，难以掌握与前沿领域相关的信号处理类专业知识，难以利用所学知识分析和解决工程实践中的问题。教学内容前沿性不足、研究生前沿性知识缺乏已成为制约信号处理类研究生课程质量提升的重要原因[7-8]。

1.2 学科交叉建设不足

信号处理类研究生课程建设与其他学科的交叉融合需要在整体上把握信息与通信工程学科的研究现状和未来发展趋势，对我国的经济社会发展具有非常重要的意义。当前人工智能、车联网、智慧农业，智慧医疗等新兴领域的迅猛发展对信号处理类研究生课程建设提出了新的要求，然而受制于高校学科交叉政策等因素，往往存在交叉性课程开设不足等问题，导致当前信号处理类研究生线下课程教学内容和教学方法与这些热门领域的结合仍然不够密切，研究生对学科交叉中相关科学问题的研究背景和研究内容了解不足，难以做到在学科交叉的基础之上对所学信号处理领域知识进行重新理解。学科交叉建设不足已成为制约信号处理类研究生进行真正的底层创新、学以致用的重要因素。

1.3 研究生课程学习评价体制落后

当前研究生教育已从数量增长逐步转向质量提高，为保证研究生培养质量符合社会和科技发展需求，需要进一步完善研究生课程学习评价体制。当前信号处理类研究生课程往往以学生的课后作业、日常考勤、期末试卷成绩、专题汇报情况等作为评价依据，然而日常点名、学生单独/小组汇报等考察方式往往需要占用大量课堂教学时间，批改课后作业会增加授课教师的任务量，临时突击、刷题等方式使得期末考试常常难以有效反映学生的知识掌握情况和科研能力水平。因此，如何在有限的线下课堂教学时间内对学生的知识掌握情况和科研能力水平进行全方位衡量与考察，并且尽可能为授课教师进行“减负”已成为信号处理类研究生课程学习评价体制改革的难题。

2 线上线下相结合教学改革实施方案

针对上述信号处理类研究生线下课程建设现状与不足，提出如下线上线下相结合教学改革实施方案。

2.1 线上前沿/交叉学科教学内容与线下教学相结合

充分利用线上教学不受教学时长和开课时间限制等优点，在线上教学资源中融入大量前沿和交叉学科教学内容，并根据国际上与信号处理相关的最新研究成果，随时随地对线上教学内容进行更新与优化，有助于研究生及时掌握前沿科研动态和学科发展进程，拓宽科研思路。邀请行业专家和青年学者等专业人士做线上报告，介绍信号与信息处理领域的最新研究进展及未来研究方向，开拓学生的学术视野，启发创新性思维；增加学生与专业人士进行交流的机会，以对话讨论进行互动，引导学生深入思考，建立学术思维，提升科研素质。

2.2 线上多样化教学资源与线下学习相结合

充分利用线上教学资源的多样性，提供与信号处理类研究生课程教学内容配套的教学视频、教学案例及扩展资料，学生可以根据线下学习进度和个人知识掌握情况，有选择地进行教学内容的补充学习或深入挖掘，提高学生对基础理论知识的掌握程度；补充信号与信息处理应用于雷达探测、无线通信、电磁场与微波、阵列信号处理等领域的研究背景、相关代码及仿真实例，提高学生利用所学知识分析和解决实际问题的能力；建设在线虚拟仿真实验教学平台，实现实践教学的课程化和实践操作的协同化，激发学生的学习兴趣和创造潜能。

2.3 线上灵活性考评手段与线下考评相结合

充分利用线上考核手段的多样性和灵活性，增加线上课程课后习题、期中和期末考试、课后研讨等线上测试环节，有利于及时反馈学生对所学知识的掌握情况；将课后习题完成情况、期中和期末考试成绩、以及课后研讨活跃度等作为学生的平时成绩，由于线上试题中的客观题可由系统自动评阅，因此可以大大降低授课教师的工作量，提高教学效率；进行线上线下相结合的混合考评模式，将多方面考核分值加权，得到最终考核结果，例如：线上研讨20%+线上作业15%+线上期中/期末测验 15%+线下期末考试=100%掌握知识。

3 结论

本文针对信号处理类研究生课程，探索将线上线下相结合的教学模式应用于课程建设当中。针对当前信号处理类研究生线下课程存在的对前沿领域的探索不足、学科交叉建设不足、研究生课程学习评价体制落后等问题，提出了线上线下相结合教学改革实施方案。通过在线上教学中融入前沿和交叉学科的教学内容、邀请领域前沿科研人员做线上报告、提供丰富多样的教学资源、建立线上线下相结合的混合考评模式等，增进了学生对前沿科研内容的了解，促进了理论与实践的有机结合，完善了研究生课程学习评价体制，进一步提高了研究生教育质量。