声纳信号处理课程研讨式教学研究

包长春 马树青 张振慧 陈羽

[摘 要] 声纳信号处理是水声工程学科的核心课程，国防科技大学声纳信号处理课程在学校教育教学岗位建设的推动下，经过多年建设，持续对课程进行改进，探索本课程的教学规律，总结教学的经验和方法，按照新型的研讨式教学方法进行课堂教学的创新和改进，取得了良好的教学效果。总结课程研讨式教学的经验，并提出下一步改进的目标和思路。

[关 键 词] 声纳信号处理；研讨式教学；教学模式

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）19-0153-03

声纳信号处理是水声工程学科的核心课程，也是其他学科专业的选修课程。它是信号处理理论在水声领域中的应用，是一门对国防和国民经济的发展都具有重要作用的边缘学科。该课程是一门实用性、针对性、专业性都较强的课程，其基本任务是较为全面系统地学习声纳系统设计的一般概念，掌握数字式声纳信号处理的基本方法，熟练运用波束形成方法，了解目标测向、测距以及速度估计等方法，为今后从事声纳设计、水声信号处理等相关领域内的深入研究打下较为坚实的基础。

近年来，国防科技大学将声纳信号处理课程建设纳入新一轮教育教学岗位建设任务，按照优质课程的目标进行全方位建设。几年来，对该课程继续进行教育教学岗位建设工作，在总学时54个学时每次课3个学时的基础上，持续对课程进行改进，探索本课程的教学规律，总结教学的经验和方法，加强教学队伍建设，大胆启用年轻新教员的同时注重老教员的指导。

在课程讲授过程中，该课程受到了教学督导组专家的细心监督指导，同时也有教学经验丰富的资深教员的热心帮助，还有课堂上下与学生的密切沟通和交流，对于课程教学工作的改进积累了很多经验。

本文结合近年来的教学工作，从目前国防科技大学声纳信号处理课程建设的现状与问题出发，以改革和发展的眼光，对课程内容体系改革、教学手段和方法改革、课堂教学模式的探索和实践、完善课程考核模式、建设教学资源、加强教师队伍建设进行全面总结，并提出几点建设性的意见。

一、课程内容体系改革继续推进

声纳信号处理课程的教学任务通常由一名高级职称教员和一名青年教员共同承担。课程学时为54个学时，主要围绕声纳信号处理的相关知识和技术展开教学工作，主要分为三个阶段：

第一阶段为基础理论部分的阶段，由前三章构成，主要讲授了声纳系统综述、换能器、声纳方程、水声学基础理论等知识要点，为进一步进行声纳信号处理奠定理论基础。

第二阶段为声纳信号处理的主要技术学习阶段，在这一阶段，主要讲授声纳信号处理中主流的技术方法，掌握其实现方法，由四、五、六章构成，内容包括声纳基阵阵形理论基础、波束形成（本门课程的核心）、数字化波束形成技术发展与主流技术、声纳信号检测与估计等，这一部分是本门课程的核心内容。

第三阶段为声纳的设计和应用阶段，由七、八、九、十共四个章节构成，在已有的基本理论和基本技术的基础上，主要讲授了一些具体应用功能的实现方法以及声纳设计方法，内容包括多目标跟踪和多目标分辨、目标运动分析、声纳测距、声纳定位等最新的技术发展。

课程授课内容的总体框架已经比较成熟稳定。但是，由于近年来海洋领域教学科研工作日益重要，选课学员很多并非水声工程专业的学员，包括光学工程、信号与信息处理、计算机技术等多个专业，这些学员此前从未接触过声纳设计与处理。为了平顺地把学生的知识基础与本课程的教学内容衔接起来，使学生在理解课程内容时不过于吃力，在课程教学内容的具体安排上进行了一些局部调整。

在第一阶段的基础理论部分中，针对学生此前没有接受过水声学理论教学的知识基础，适当减少了水声学理论的教学内容，降低了内容的难度，同时此前适当讲授了一些预备知识，为学生理解水声学理论搭好台阶。另外，利用我校学员物理功底较深厚的优势，适当减少数学性内容的教学，注重加强物理性内容的理解。

在第二阶段的声纳信号典型处理方法的阶段，针对其他专业学员的知识结构，适当补充数字信号处理、检测与估值理论的知识基础，然后再进入核心内容的教学。

通过课程体系针对学生基础的局部调整，避免了课程内容与学员基础差距过大的问题，同时将学生学习的重点放在物理概念的理解上，使学生更好、更容易地理解课程内容，掌握相关技术。

二、丰富教学手段和方法，探索教学模式

随着当前教学理念和教学手段的快速发展，各种新式的教学手段和方法不断出现。为了提高本课程的教学水平和质量，我们在教学过程中也在不断探索适合本课程的各种教学手段和方法，不断总结教学经验和规律，改进教学模式。在教学探索和改进过程中，形成了一些经验和方法，现总结如下：

（一）开展研讨式教学，激发学生兴趣和动力

自从声纳信号处理课程纳入2010年新一轮教育教学岗位建设以来，课程的学时安排也发生了较大变化，原来的36个学时扩充至54个学时，而每次课的时间长度由原来的2个小时扩展到3个小时。对于每次课程的时间扩展，其目的是希望每次课能够给予师生充分的时间，展开研讨式教学，激发学生在课堂上的兴趣和思考，从而更为主动地进行学习。

我们在展开教学工作的过程中，也对研讨式教学方式进行了积极的探索，积累了一些经验。研讨式教学，可以因时制宜、因地制宜而灵活采取各种方式。

首先，在我们的授课过程中，最常用、最基本的方式就是，依教学内容进展和学生理解情况，适时提出一些典型问题，让学生就问题开展讨论，老师在学生的讨论中适时引导，使学生在讨论中质疑、思考、理解并享受这一过程，老师同时也可以把握学生的知识掌握情况。这种方法一开始使用的困难是教员提出问题后，没有学生主动起来回答问题。我们的解决方案是，最开始提出问题要简单而容易回答，这样，渐渐地其他学生也都踊跃加入研讨，形成了良好的研讨环境。