“新工科”背景下《雷達(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)改革的實(shí)踐探索*

嚴(yán)俊坤 邵 帥通訊作者 魏嘉琪

（1.西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710071；2.西北大學(xué) 陜西西安 710127）

引言

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，要求不僅在某一學(xué)科專業(yè)上學(xué)業(yè)精深，而且還應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”的特征。

雷達(dá)信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，具有重要的軍事、民事應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景[1-3]?！独走_(dá)信號(hào)處理》課程是學(xué)院面向本科生開設(shè)的專業(yè)選修課程，是通信與信息系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理、電路系統(tǒng)等專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生開展理論研究和工程實(shí)踐有著重要作用?！独走_(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)改革的重點(diǎn)是結(jié)合“新工科”建設(shè)要求和本課程特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)科研成果和學(xué)科特色與教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力[4-6]。課程教學(xué)改革的研究目標(biāo)是結(jié)合“新工科”建設(shè)要求和本科生信號(hào)處理類課程理論性強(qiáng)、信息量大、概念抽象等特點(diǎn)，以本科生國(guó)際雙創(chuàng)實(shí)踐周引入課程為切入點(diǎn)，對(duì)我院工科學(xué)生《雷達(dá)信號(hào)處理》課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革，構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為中心的學(xué)習(xí)內(nèi)容知識(shí)地圖，突出知識(shí)框架和理論體系；同時(shí)，開展多種形式的課堂教學(xué)，創(chuàng)建服從知識(shí)學(xué)習(xí)科學(xué)規(guī)律的教學(xué)方法，踐行學(xué)生為教學(xué)主體、老師為教學(xué)主導(dǎo)的教學(xué)理念；另外，根據(jù)高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才的培養(yǎng)目標(biāo)，在課程知識(shí)點(diǎn)的講解中將最新的科研成果和學(xué)科特色融入教學(xué)，強(qiáng)化國(guó)際化教育，培養(yǎng)本科生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，擴(kuò)展國(guó)際化視野[7-8]。

一、《雷達(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)的現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“一帶一路”“中國(guó)制造 2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快我國(guó)工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才[9-12]。在此背景下，國(guó)內(nèi)不少高校都在積極推進(jìn)轉(zhuǎn)型發(fā)展，在人才培養(yǎng)、產(chǎn)教研協(xié)同創(chuàng)新、跨學(xué)科發(fā)展等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)的要求，傳統(tǒng)工科專業(yè)要逐步升級(jí)，人才培養(yǎng)模式也要逐步改進(jìn)，專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐改革也勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的授課形式以理論教學(xué)為主，在課堂上通過(guò)系統(tǒng)的理論推導(dǎo)，讓學(xué)生掌握相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)方法以 PPT 為主，板書為輔。然而，這種教學(xué)模式理論性過(guò)強(qiáng)，缺乏應(yīng)用實(shí)例，難以讓學(xué)生做到舉一反三；教學(xué)方法單一，課堂教學(xué)質(zhì)量不高；考核方式單一，難以衡量學(xué)生的綜合能力；缺乏教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，未能充分利用MATLAB等仿真軟件對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行性能驗(yàn)證；缺乏學(xué)生英文文獻(xiàn)閱讀與匯報(bào)環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容難以保證前沿性與實(shí)效性，且難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，學(xué)生的英文閱讀能力和國(guó)際交流能力亟待提高。所以，應(yīng)針對(duì)本科生信號(hào)處理類課程特點(diǎn)和學(xué)科特色，依據(jù)高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外本科生課程教育教學(xué)改革的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我院工科學(xué)生《雷達(dá)信號(hào)處理》課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法進(jìn)行改革，將科研成果和學(xué)科特色 融入教學(xué)活動(dòng)中，并強(qiáng)化國(guó)際化教育，使得我們培養(yǎng)的學(xué)生更加適合國(guó)防和“新工科” 建設(shè)的需要。同時(shí)，通過(guò)對(duì)該教學(xué)改革的實(shí)施，能對(duì)我院其他信號(hào)處理類課程的教育教學(xué)改革與實(shí)踐起到示范作用。

二、《雷達(dá)信號(hào)處理》課程的主要問(wèn)題

1.學(xué)生上手學(xué)習(xí)較困難

由于《雷達(dá)信號(hào)處理》課程需要綜合運(yùn)用前期所學(xué)的多門專業(yè)課程與基礎(chǔ)課程的知識(shí)，并且需要掌握一定的軟件編程能力，而學(xué)生之前在這方面的鍛煉與實(shí)踐較少，學(xué)生上手困難；并且該課程中大量的公式推導(dǎo)與數(shù)學(xué)運(yùn)算會(huì)讓初次接觸該課程的同學(xué)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生畏難情緒，這都會(huì)大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，從而影響課堂教學(xué)效果。

2.對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)力度不足

由于學(xué)生在本課程之前，所接觸的綜合性實(shí)驗(yàn)課程很少，并且也很少有機(jī)會(huì)參與科研實(shí)踐活動(dòng)，沒有受過(guò)這方面的鍛煉，因此學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，表現(xiàn)出來(lái)的自我分析與解決問(wèn)題的能力較差。需要考慮如何教會(huì)他們使用科研的方法完成實(shí)驗(yàn)，并且充分發(fā)揮自我思考、自我啟發(fā)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、深入討論的能力。

3.教學(xué)方法過(guò)于單一

雖然當(dāng)今的教學(xué)手段、用具、設(shè)備等具有多樣性，但是大多數(shù)課堂還是以教師理論授課為主，受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，教學(xué)模式創(chuàng)新與改革還不夠深入，師生之間互動(dòng)十分有限，課堂上的師生互動(dòng)大多是就基礎(chǔ)概念與理論性質(zhì)等問(wèn)題進(jìn)行問(wèn)答，學(xué)生并不需要深入思考就能夠得到相關(guān)答案。而且由于用PPT授課的進(jìn)度往往較快，理論知識(shí)講解經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不夠細(xì)致的問(wèn)題，課堂教學(xué)仍然是以“填鴨式”的教師口頭傳授為主，無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，學(xué)生在課堂上的帶入度、參與感往往不足，因此對(duì)于一些理論性、程序性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)理解往往不夠深刻，理論較難聯(lián)系實(shí)際。

4.考核方式過(guò)于單一

課程結(jié)束后的開卷考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%，較難以衡量到學(xué)生多門課程知識(shí)的搜索與聯(lián)系能力、將已有知識(shí)理解并進(jìn)行實(shí)踐轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力、將已理解知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案的能力、結(jié)合實(shí)際行業(yè)成熟應(yīng)用案例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與創(chuàng)新的能力等工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

三、《雷達(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)改革的內(nèi)容

1.對(duì)課堂教學(xué)模式進(jìn)行改革

用清晰的物理概念凝練教學(xué)內(nèi)容，突出知識(shí)框架和理論體系，側(cè)重課程知識(shí)點(diǎn)與不同的教學(xué)案例及工程應(yīng)用的結(jié)合。將知識(shí)內(nèi)化與外化的轉(zhuǎn)化過(guò)程與雷達(dá)信號(hào)處理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課堂實(shí)踐過(guò)程相結(jié)合，分析課堂實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)的主要問(wèn)題，并研究針對(duì)性的改進(jìn)措施。在實(shí)際教學(xué)中有意識(shí)地將改進(jìn)的教學(xué)方法與策略進(jìn)行嘗試與實(shí)踐，并與學(xué)生交流討論改進(jìn)的效果以及進(jìn)一步改進(jìn)的策略。通過(guò)多次與學(xué)生的相互迭代過(guò)程，提升實(shí)際教學(xué)效果。

另外，在知識(shí)點(diǎn)的組織上進(jìn)行教學(xué)改革，構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為中心的學(xué)習(xí)內(nèi)容知識(shí)地圖，強(qiáng)調(diào)不同章節(jié)與知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系和應(yīng)用上的區(qū)別，重視知識(shí)的關(guān)聯(lián)性、條理性和邏輯發(fā)展，以開放的問(wèn)題（或課題）形式誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生了解本課程知識(shí)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系和區(qū)別。

2.對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行改革

積極采用啟發(fā)式教學(xué)方法、比較法教學(xué)和案例教學(xué)，引入形式多樣的互動(dòng)環(huán)節(jié)，如開展分組討論，專題報(bào)告匯報(bào)，最新學(xué)術(shù)論文解析，邀請(qǐng)學(xué)術(shù)造詣高、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師做專題講座等，增強(qiáng)課程內(nèi)容的前沿性和實(shí)效性。創(chuàng)建服從知識(shí)學(xué)習(xí)科學(xué)規(guī)律的教學(xué)方法，提升學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的參與度，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生為教學(xué)主體、老師為教學(xué)主導(dǎo)的教學(xué)理念。

3.將最新科研成果和學(xué)科特色引入教學(xué)

針對(duì)本課程的特點(diǎn)，在講授課程知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將最新科研成果和學(xué)科特色與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生從物理概念上理解雷達(dá)信號(hào)處理理論。雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)一直是西電的優(yōu)勢(shì)研究方向和學(xué)科特色，作者主持了國(guó)家自然科學(xué)基金面上/青年項(xiàng)目等多項(xiàng)與雷達(dá)技術(shù)密切相關(guān)的國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目。在課程知識(shí)點(diǎn)的講解中，可將雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的最新科研成果和學(xué)科特色融入教學(xué)。

4.結(jié)合MATLAB仿真軟件，開展相關(guān)雷達(dá)信號(hào)處理算法仿真

在課外練習(xí)中，遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜這一循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，先進(jìn)性單個(gè)簡(jiǎn)單算法的MATLAB仿真及性能對(duì)比，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行復(fù)雜算法的仿真實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生結(jié)合MATLAB仿真軟件，進(jìn)一步掌握理論算法的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程，深入理解理論中各個(gè)參數(shù)的物理含義及其對(duì)算法性能的影響。

5.強(qiáng)化國(guó)際化教育

利用國(guó)際雙創(chuàng)實(shí)踐周機(jī)會(huì)，與意大利比薩大學(xué) Maria 教授（IEEE Fellow）合作引入雷達(dá)信號(hào)處理相關(guān)課程，并在課程考核中，要求學(xué)生完成一定的英文文獻(xiàn)閱讀，提高學(xué)生的英文閱讀能力和國(guó)際交流能力，加強(qiáng)與國(guó)外大學(xué)的教學(xué)合作，進(jìn)一步強(qiáng)化本課程的國(guó)際化教育水平。

6.對(duì)課程水平的評(píng)定方式以及考核方法的改革

《雷達(dá)信號(hào)處理》課程考核方式單一，課程結(jié)束后的開卷考試成績(jī)占 70%，平時(shí)成績(jī)占 30%，僅由這兩方面來(lái)評(píng)定學(xué)生的成績(jī)難以評(píng)測(cè)出學(xué)生的真正水平。應(yīng)該從平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)（包括但不僅限于MATLAB仿真軟件實(shí)驗(yàn)），英文文獻(xiàn)閱讀量，課外文獻(xiàn)閱讀量，課堂參與度等多方面來(lái)評(píng)定。采用多種評(píng)定方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)以及將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的能力和意識(shí)。

四、《雷達(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)改革的實(shí)施方法

1.結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，一對(duì)一交流的方式，總結(jié)與梳理出《雷達(dá)信號(hào)處理》課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題；

2.針對(duì)教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，通過(guò)多種方式進(jìn)行充分的調(diào)研，包括與其他院校的教師進(jìn)行交流，利用互聯(lián)網(wǎng)搜索雷達(dá)信號(hào)處理課程建設(shè)方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，閱讀雷達(dá)信號(hào)處理課程方面的教學(xué)改革論文，了解和借鑒雷達(dá)信號(hào)處理專業(yè)課程建設(shè)的新思路，新方法。

結(jié)語(yǔ)

本文旨在將本課程的教學(xué)改革與實(shí)踐融入“信號(hào)與信息處理類”課程群的整體建設(shè)中，并進(jìn)一步促進(jìn)該課程群的建設(shè)與發(fā)展。另外，還要將最新的科研成果和學(xué)科特色融入教學(xué)過(guò)程中，增強(qiáng)課程內(nèi)容的前沿性和實(shí)效性，這有利于提升學(xué)生對(duì)于已學(xué)習(xí)的多門課程知識(shí)的搜索與聯(lián)系能力、將已有知識(shí)理解并進(jìn)行實(shí)踐轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力、將已理解知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案的能力以及結(jié)合實(shí)際行業(yè)成熟應(yīng)用案例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與創(chuàng)新的能力，從而系統(tǒng)性地提升學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化與外化能力，使得學(xué)生具備一定的獨(dú)立從事相關(guān)領(lǐng)域工程實(shí)踐工作和創(chuàng)新的能力。