电子信息系统概论教学一致性建构探索

伍 微，李保国，李井源，于美婷，刘小汇

（国防科技大学 电子科学学院，长沙 410073）

电子信息系统广泛应用于现代信息通信、导航定位、智能感知、目标识别和移动网络等领域，不仅渗透于国民经济的方方面面，也对国防军事发挥着不可或缺的作用。电子信息系统概论是国防科技大学（以下简称我校）电子信息类研究生的专业核心课，课程以新工科教育需求为牵引，面向双一流、双重建设需求，是电子信息类学科专业方向深造的引领性课程之一，为雷达探测、卫星导航定位、通信抗干扰、电子系统建模仿真和目标识别系统设计等后续专业方向课的学习夯实理论基础，为学生面向工程开展前沿设计与研究，储备必要的专业知识。

针对新时代研究生教育改革，2020 年三部委联合发文，要求加强课程建设，提升研究生课程教学质量。课程和教学作为研究生培养过程中的重要环节，是提高研究生培养质量、提升研究生创新能力和发展能力的关键因素。电子信息系统概论课程着眼现代电子信息系统与工程，课程教与学关注的重点，是使学生理解、掌握电子信息系统的基本框架、工作原理及知识运用，培养学生具备电子信息系统设计、分析、诊断和应用等能力。

本文结合新工科建设背景下的电子信息类高层次人才培养需求，针对电子信息系统概论课程特点、内容及存在的问题，基于一致性建构理念，探索预期学习成果、教与学过程和评估任务“三位一体”的教学设计，以成果为导向，开展教学改革与设计实践，凝练知识体系，提升教学效果。

一、课程特点、内容及存在的问题

（一）课程特点及内容

电子信息系统概论面向工程，重点是无线射频系统及设计，具有理论强、概念精、知识多和应用广等特点。课程内容主要分为5 个相对独立、互有关联的子专题，见表1。

表1 课程教学内容专题列表

其中，收发机架构专题主要涵盖空间电子信息系统的基础架构与工作原理，是课程教学的基础。发射机系统、接收机系统这两个专题如同一枚硬币的两面，关联紧密，相对独立，自成体系，是课程教学的重要内容。软件无线电专题是教学内容的拓展与深化，在发射、接收环路中，数字化、可重构的软件与算法应用越来越广泛，推动电子信息技术不断发展、系统容量持续扩大及信息处理速率不断提升。典型系统设计专题覆盖雷达、通信、卫星导航和电子侦察等电子信息系统的设计方法，推动科研成果向教育教学资源转换。

（二）存在的问题

长期的课程教学过程中，作者发现的需要思考和解决的问题主要如下。

一是针对“面向产业、面向世界、面向未来”的新工科建设，课程面向的是大批量专业化、高层次的电子信息类后备人才，教学如何达成预期的学习成效。电子信息人才培养不仅是当前信息化时代的特殊需求，也是下一个智能化时代的重要需求。电子信息系统概论作为专业核心课，是电子信息类专业研究生由专业基础导向专业方向课深入学习的重要纽带，也为学生将来从事电子信息领域专业工作打好基础。在传统教学中，成果导向不够明确，课程在教学模块单元设计方面需要调整，结合专业知识体系，设计合适的教与学活动，制订评估学生学习成效的标准与措施，使学生能使用电子信息系统概论课程知识开展创新、设计及应用。此外，还需要考虑把家国情怀、理想信念和职业素养等融入到课程中，把团队协作和批判创新融入到教学中。

二是大多数学生缺少工程历练，教学如何引导学生理解数学物理原理背后的工程背景，掌握专业知识背后的技术应用。从教的角度，课程组在课程建设与设计上，集合了雷达、导航、通信和电子等多个子学科的骨干教学科研力量，为理论联系工程实际做好教学资源储备。从学的角度，电子信息系统概论课程理论性强，需要学生具备较强的数学基础，这对于研究生来说并不难；难点在于如何将课程讲授的概念、方法、技术与工程实际联系起来，使学生能将学到的知识应用到将来的专业深造学习和工程实践应用中去，进而实现“懂原理，能设计，会应用”的目标。

三是现代科技的进步深刻影响了学生的学习模式与课堂注意力。对高校学生在课堂上注意力变化的研究表明，一般情况下学生的注意力会随着老师讲课时间的变化而变化；随着现代智能手机和移动互联网越来越普及，学生注意力集中的时间呈缩短的趋势。学生们熟悉慕课、雨课堂和微信等在线交流互动，有的学生上课携带笔记本、平板电脑做笔记，通过电子版课件自学或复习。然而科技进步并不能代替学生学习。我们改革传统课堂教学模式，利用现代教育方法和技术引导学员主动学习，同时还需要关注如何面对不同需求、多样化的学生群体，明确成果导向，设计成效目标，一致性建构教与学的过程，丰富学生学习体验，支持、引导学生达成预期学习成果。

二、基于一致性建构的课程教学探索

（一）教与学：不一致向一致性的理念转变

传统课程教学中，教与学的不一致主要体现为：教学设计时没有充分考虑学习成果导向，未能采取有效的评估来掌握学生的学习成效，教师制定的教学目标难以落实到全体学生的学习端；学生对于教学内容的理解、分析、关联、比较、掌握及应用不足，教学活动、评估任务和学习成果没有形成闭环，学习成效没有达到预期的水准，作业测评不乏“死记硬背”，这样往往难以达成预期的学习成果，进而影响人才培养质量。如图1 所示。

图1 课程教与学一致性存疑的情况

课程的一致性建构，主要体现为预期学习成果、教与学过程和评估任务“三位一体”的教学设计。为了使教与学达成一致，作者在教学设计时以学生为主体，明确学习成果，面向学生制定预期要达成的成效目标；在教学活动设计阶段，将课程学习成果分解细化到每一次课堂教学中；评估任务则采用多样化测评的方式，及时获取学员完成具体任务的情况，了解学员的学习成效，动态改进后续教学活动。如图2 所示。

图2 课程教与学的一致性设计与分析

（二）一致性建构课程教学设计

针对课程内容与特点，作者基于一致性建构理念，开展课程教学实践；以学习成果为导向，从预期教学目标、优化成效目标、设计学习活动和及时评估任务四个方面开展教学改革，课程教学设计的基本框架如图3 所示。教学起始于预期的学习成果，结束于实际的学习成效，形成以下两个步骤的闭环迭代。

图3 电子信息系统概论课程的一致性建构

一是制定预期学习成果，分解成效目标。本课程教学目标涵盖了电子信息学科的特定属性和能力，不仅强调学生掌握电子信息系统基本原理和设计方法，还要求学生具备应用知识解决工程问题的能力，特别是勇于创新的科研精神和严谨务实的工作作风，以及较强的团队意识和协作能力。本着“学生主体+成果导向”的教学改革思路，将教学目标分解为课程学习成效目标和能力培养成效目标，前者对标“学习了哪些知识”，后者对标“学到的知识如何应用”，两者是学习活动与评估任务的设计输入，也是课程教学要达成的目标。

二是针对细化的成效目标，设计学习活动与评估任务，导向预期学习成果。主要是通过教学活动和互动测评等方式，使教与学的过程、评估任务与成效目标形成相互映射关系。为每次学习活动设计相应的分析案例，比如带通采样、相位噪声和频谱再生长等，案例数据源于实际的工程实践，学生在教与学的过程中，通过系统建模、分析、仿真与综合，理解并掌握课程知识；通过案例分析、课堂互动和作业测评，及时应用知识。学习活动中，多个案例和测评构成评估任务，实现成效目标的多维度覆盖。

课程教学过程中，通过评估任务及时获取学生反馈，上述两个步骤不断迭代，形成闭合回路，导向成效目标的达成。课程学习成效目标重点关注学生对每次课知识的理解、熟悉与掌握，学生通过课前预习了解知识，通过课堂学习掌握知识，通过课后练习巩固、应用知识；课前预习和课后练习都是提前布置，学生可通过网络在线高效完成。能力培养成效目标重点关注学生能力的进步，主要表现为学生学习到特定阶段，应具备解决电子信息系统相应问题或方案设计的能力；为此，设计阶段性评估任务，从系统化的知识应用、分析与解决问题的能力、职业素养和团队协作等方面，促进学生能力的提升。

（三）教学案例

作者在每次课前会明确教学目标，基于一致性建构理论，将教学目标转化为预期的成效目标。以发射机系统的教学为例，比如“发射功放模型”这个教学单元，细化后的课程学习成效目标为：（1）理解功放非线性数学模型和基本概念；（2）理解功放时、频域分析方法；（3）熟练掌握功放频谱再生长特性；（4）熟练掌握功放双音测试方法；（5）掌握基本概念高阶互调失真、高阶输入截点等。通过课前预习、多媒体课堂教学、启发式案例教学、随堂练习与互动及仿真研讨等学习活动，导向成效目标的达成。

细化后的能力培养成效目标主要表现为：（1）分析、设计基本的发射功放电路；（2）利用实测数据，求解1 dB压缩点、回退、互调失真和输入截点等基本参数；（3）使用多项式模型或萨勒赫模型，分析功放的幅度失真和相位失真；（4）应用VBA、SPICE 等工具，对发射机性能进行仿真与设计；（5）应用发射增强技术，分析、设计发射机的功率、效率和线性度等关键性能。通过雨课堂测评、课堂互动、仿真实验和综合设计等评估任务，与学生及时形成双向反馈，测评成效目标的达成度，一致性调整课程的教与学，每次课形成闭环迭代，提升教学成效。

图4 给出了课程教学实践过程中，作者基于一致性建构理论，通过测评分析与迭代反馈，提升预期学习成效。完成一次课堂教学后，学生利用雨课堂完成该次课的课后练习，系统自动统计学生答题统计情况，教师和学生自己都能及时了解本次课预期的学习目标是否达成；教师既可在线上对学生的解答给出针对性的点评和建议，也可提炼出共性问题在下次课展开讲解。

图4 一致性建构的课堂及时评估

随着学习深入到一定的阶段，结合案例分析与大作业研讨的方式，设计适当的评估活动，在教与学的过程中迭代改进，根据反馈及时微调课程教学，提升教学效果。如图5 所示。

图5 一致性建构的阶段性评估设计

课程学习中，学生分组开展发射功放建模、仿真分析与实践，结合频谱仪等常见专用仪器，灵活应用课程学到的知识，提升了学生的工程实践能力，锻炼了学生的团队协作能力。如图6 所示。

图6 发射功放建模、仿真、分析及实践

三、结束语

本文针对电子信息系统概论课程特点、内容及存在的问题，基于一致性建构理念，探索预期学习成果、教与学过程和评估任务“三位一体”的教学设计，开展教学改革与设计实践，采用启发式案例教学，重点使学生理解、掌握电子信息系统专业知识，并能将课程中学到的知识，有效地运用于将来从事的电子信息系统设计应用中。课程评估得到了学生们及时、积极地正向反馈，有力提升了教学效果，这在很大程度上归功于一致性建构的课程教学设计。

通过以学生为主体、以成果为导向的教学设计，课程激发了学生学习、应用电子信息技术的浓厚兴趣，引导学生从专业基础深入到细分专业方向研究。比如，2021 年秋季学期，隆岩等同学深入研究了软件无线电，设计了小型可配置电子信息设备，根据课程所学知识，对信号发射、接收和配置进行分析并取得了初步进展。再比如，李韬等四名同学，参加学校电子信息启航赛，结合课程学习，在通信抗干扰、无人机载应用等领域设计参赛作品，获得了一等奖的好成绩。以上是我们基于一致性建构原理，在我校研究生专业核心课电子信息系统概论中的教学探索，希望通过教学设计与方法的探讨，抛砖引玉，促进一致性教与学在高校电子信息专业人才培养中推广应用，推动电子信息高层次人才培养和双一流建设提质增效。