高等院校研究生阵列信号处理课程混合式教学模式改革与实践探索

时晨光 周建江 汪飞

摘  要：2020年春季，面對突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情，国内高校纷纷响应教育部“停课不停学”的号召，借助各种信息技术和在线课程平台开展线上教学活动。目前，国内疫情已进入常态化防控新阶段。在此背景下，文章借助南京航空航天大学精品课程在线教学平台，介绍了研究生阵列信号处理在线课程的教学情况，设计了一种以学生学为中心、以教师教为主导、以学生能力为根本、以实际工程需求为牵引的线上线下混合式教学模式，并建立了过程性、多元化的课程考核评价方案。目的是激发学生的求知欲和学习积极性，进一步提高教学质量，并且为其他专业课程的教学改革工作提供借鉴和参考。

关键词：阵列信号处理;混合式教学;教学改革;线上教学;线下教学

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：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，一场突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情牵动了全国亿万人民的心，医护人员夜以继日地奋战在救治工作的第一线。全国大中小学发布了延迟开学的通知。2020年2月，针对新冠状病毒感染肺炎疫情对高校正常开学和课堂教学造成的影响，教育部印发《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》[1]，要求各高校应充分利用线上优质课程教学资源，依托各级各类在线课程平台、校内网络学习空间等，实施并保障高校在疫情防控期间的在线教学，实现“停课不停教、停课不停学”，保证疫情防控期间教学进度和教学质量[2]。

根据教育部、工信部和江苏省统一部署，按照“延期开学、线上教学，创新模式、保证质量”的工作方针，南京航空航天大学依托校精品课程在线教学平台，综合运用超星学习通、雨课堂和MOOC等智慧教学工具，按照原定教学计划开展线上教学，尽最大可能减小对正常教学工作的影响。在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下，经过全国人民艰苦努力，我国新冠肺炎疫情防控阻击战取得重大战略成果，国内疫情目前已进入常态化防控新阶段。根据党中央、国务院决策部署，教育部、国家卫健委持续加强疫情防控常态化条件下复学复课和疫情防控工作。作为一线教师，如何选择和利用在线教学资源和平台，构建适合研究生课程的线上线下混合式教学模式，保障疫情防控常态化下的课程教学效果，是当前面临的重要课题。

在此背景下，笔者以南京航空航天大学研究生阵列信号处理课程为例，结合南京航空航天大学精品课程在线教学平台，提出了线上线下混合式课程教学模式，分别阐述了课程建设、教学实践、考核评价和教学满意度评价等方面的情况。教学实践表明，对阵列信号处理课程进行的混合式教学改革与实践探索，打破了传统课堂的时间和空间限制，克服了传统教学模式的缺点，取得了良好的教学效果。

一、课程教学资源建设

南京航空航天大学精品课程在线教学平台是南京航空航天大学与南京超星云舟教育科技有限公司（以下简称“超星”）合作建设的在线教学服务平台，涵盖不同专业的海量精品课程教学资源。该平台包括线上学习（观看教学视频、答疑、作业、测验等）、观看速课（微视频）学习、同步课堂学习、直播学习和相关技术服务，旨在利用电脑、手机、网络等电子信息设备开展教学活动。笔者借助本校精品课程在线教学平台，建立了较为完善的研究生阵列信号处理课程教学资源，见表1。

本校研究生阵列信号处理课程共32学时，涵盖8章内容，每个章节设置相应的PPT和视频单元、拓展阅读单元和课后讨论单元。在制作速课过程中，教师根据课程知识点之间的内在关系，将教学内容拆分为45个速课，每个速课5～10分钟，供学生线上自学。阵列信号处理课程主要包括波束形成和波达方向角估计两部分[3]，前者包含窄带波束形成和宽带波束形成，后者包含一维波达方向角估计、二维波达方向角估计、目标参数联合估计等，课程结构清晰、逻辑严谨、模块性强。教师可根据各知识点间的对应关系，将碎片化的理论知识进行有机整合[4-6]。例如，第3章波束形成算法的教学视频根据波束形成原理和准则拆分为5个速课。各速课之间相互联系，以问题引导，阐述概念及公式推导，并通过MATLAB仿真实验验证理论分析。通过利用南京航空航天大学精品课程在线教学平台，建设课程教学资源，为研究生进行自主学习提供了良好的线上学习环境，如图1-图3所示。

二、混合式教学模式实践

针对本校研究生阵列信号处理课程教学，笔者采用了“教师课前导学+学生线上自学+教师线下重难点讲解+师生线上互动答疑”的混合式教学模式，如图4所示，实现了完整的线上线下混合式学习流程。

（一）教师课前导学

每次上课前，教师通过腾讯会议等直播软件对学生进行引导学习，阐述本次课程教学的大致内容，介绍相应章节的重难点，以使学生对将要学习的内容建立初步概念，做到有的放矢，避免机械地完成线上章节任务点。

（二）学生线上自学

教师完成课前导学后，学生自主学习在线教学平台上的课程教学资源，并完成相应任务点。南京航空航天大学精品课程建设平台包含电脑端和手机端（学习通APP）两部分，电脑端和手机端可自动实现资源、数据、功能同步，因此，学生可根据实际环境自由选择电脑端或手机端，而且不需要在固定时间学习相关内容，这样就打破了传统课堂教学的时空限制。对于难以理解的部分，学生还可以反复观看速课并下载教学PPT，从而保证学习质量。

（三）教师线下重难点讲解

学生完成课程内容的线上自学后，教师在课堂上对本次教学内容的重难点进行深度讲解。在此基础上，针对章节内容的特点，以工程实践为应用背景，开展项目式教学，将所学的理论知识和基本概念与实际工程需求相结合。教师将4～6名学生分为一个小组，各小组学生针对具体项目独立自主地进行研讨和交流，尝试利用所学的内容进行解决或发表创新性的观点。这样不仅有助于加深学生对所学知识的理解，而且提高了学生的思维创新能力、团队协作能力和交流沟通能力。另外，教师还可在课堂上介绍学科前沿和最新研究进展，以拓展学生的学术视野，让学生感受到科学研究的深度和广度，进一步提升学生的学习兴趣。

（四）师生线上互动答疑

学生如果对课程有任何疑问或对授课教师有任何建议，可在在线教学平台上进行留言，也可以通过教师开课前建立的课程班级QQ群或微信群进行互动交流。教师可对有关疑问进行在线解答，而对于共性问题，可在下一次课堂授课时统一进行讲解。

三、课程考核评价方案

强调课程过程性考核，将课前签到及课堂随机点名、课程在线视频观看、在线章节学习次数和小组讨论情况等纳入平时分计算，实施能力与知识考核并重的全过程、多元化课程考核评价模式。对于课程总评成绩计算，提高了平时分比例（由原来的30%升至50%），降低了期末考试成绩比例（由原来的70%降至50%）。另外，结合学校精品课程在线教学平台所记录的学生完成任务点情况、课堂活跃度、作业成绩、在线签到等各项统计数据，综合计算得到课程平时分。

四、课程教学满意度评价

阵列信号处理课程教学结束后，笔者针对本校研究生设计了混合式教学模式满意度调查问卷，以了解学生对课程教学的看法和建议。结果显示，有88%的学生倾向于混合式课程教学，认为该教学模式极大地改变了学习方式，通过教师课前引导，学生能够充分调动自己的主观能动性和学习积极性去探索和求知，加深了对基础概念和理论的掌握，能够更好地集中精力，提高了学习效率;通过介绍学科前沿和最新技术进展，拓展了学生的学术视野;通过开展以实际工程需求为牵引的项目式教学，学生不再拘泥于书本上的固有知识和已有的MATLAB程序代码，而是将学到的理论知识和丰富的实践应用相结合，培养学生的创新能力，打破了固化思維和定势思维，提高了学生的团队协作能力和交流沟通能力。当然，还有一小部分同学不认可混合式教学模式，他们更倾向于传统的课堂教学，线上学习较多地占用了他们的课余时间，而且多元化的过程性考核方式大大增加了他们的学业负担。笔者分析原因，可能是少部分学生仍有较为严重的依赖心理，习惯于教师“填鸭式”的课堂教学和被动地接受知识，而混合式教学使得他们必须自己花费精力进行自学、讨论、团队协作和创新。这也从一方面提醒我们要进一步优化课程教学设计，合理安排学生的学习任务，尽可能地满足不同层次学生的需求。

五、结束语

笔者通过开展研究生阵列信号处理课程教学改革，充分利用南京航空航天大学精品课程在线教学平台和“超星学习通”软件等信息化资源，采用线上线下混合式教学模式，打破了传统课堂授课的时间、空间限制，并建立了多元化的学业考核评价方案，强化过程性考核。匈牙利数学家波莉亚说过：“学习任何知识的最佳途径是由自己去发现，因为这种发现理解最深，也最容易掌握其中的规律、性质和联系。”混合式教学模式不仅促进了“以教师教为主”向“以学生学为主”的转变，而且加深了师生之间的良性互动，提升了学生学习的主动性和求知欲，相比传统课堂授课，混合式教学模式取得了更好的教学质量和教学效果，也为今后其他专业课程的教学改革工作提供了思路和借鉴。

参考文献：

[1]教育部.教育部印发指导意见疫情防控期间做好高校在线教学组织与管理工作[EB/OL].[2020-4-5].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200205_418131.html.

[2]王宝国，张军，杨挺.研究生混合式在线课程教学模式的探索与实践研究[J].工业和信息化教育，2020（9）：78-81.

[3]张小飞，李建峰，徐大专，等.阵列信号处理及MATLAB实现[M].北京：电子工业出版社，2020.

[4]罗小巧.“信号与系统”课程教学改革与探索[J].工业和信息化教育，2021（1）：53-57.

[5]蒋玉龙.复旦大学“以学为中心”的混合式教学案例集[M].上海：复旦大学出版社，2020.

[6]王建明.基于超星泛雅平台的在线开放课程建设与实践[J].中国教育信息化，2020（14）：78-80.