基于“新工科”建设的高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程教学方法改革浅谈
时晨光，周建江
（南京航空航天大学 电子信息工程学院，江苏 南京）
摘 要： 《阵列信号处理》双语课程是电子信息与电气信息类研究生的一门重要的专业课程。然而，随着信号处理技术的飞速发展，知识与技术更新迭代的速度越来越快，传统的阵列信号处理已难以满足“新工科”的建设需求。本文在对高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程总结和反思的基础上，指出了目前课程教学中存在的问题。然后，提出了该课程教学方法改革的具体措施，探索以“新工科”人才培养为导向的课程教学改革方法。最后，以研究生为调查对象，对教学方法改革后的课程教学效果进行了问卷调查和分析。研究表明，改革后的课程有效促进了师生互动，使学生在学习课程核心概念的同时，提高了科研能力和工程创新能力。本文所提的高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程教学方法改革不仅能够适应“新工科”的建设需求，也为电子信息类等其他工科专业的研究生教育教学改革提供了借鉴。
关键词： 阵列信号处理；教学方法改革；新工科；工程创新能力；案例分析
一 引言
人才是发展壮大新经济的首要资源。由于大量科研人员集中在高校、科研院所，一些高校毕业生学用脱节，许多新经济企业都反映最大的问题是人才难求[1,2]。工程教育以面向社会生产活动培养人才为根本特征，加快发展新经济必须建设发展“新工科”，健全新经济发展人才支撑体系。因此，“新工科”概念的提出对高等院校的人才培养提出了更高的要求[3]。在“新工科”研究与实践的背景下，我国高等院校工科专业的教育教学面临着一场深刻的变革，其中很重要的一个方面是对现有工科课程的教学大纲、教学内容、教学方法等进行创新改革[4,5]。
《阵列信号处理》是通信与信息系统、信号与信息处理、微波和电磁场及水声等工科研究生的一门重要专业课程[6]。阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，它是用传感器阵列来接收空间信号，其研究成果已广泛应用于雷达、声呐、通信、导航、地震勘探、射电天文与医学诊断等多种国民经济和军事领域。研究生《阵列信号处理》双语课程内容繁多，涉及信号与信息系统、随机信号处理、矩阵论等多课程交叉融合知识，具有很强的理论性和应用性。但由于该课程涉及较多的抽象概念和算法，理论性较强，对教师的教和学生的学造成了一定的困难，当前的课程教学过程中还存在着许多问题需要解决。首先，传统的课堂教学侧重于基本概念的介绍和理论公式的推导，内容晦涩难懂，没有深刻剖析知识点所隐含的物理意义与实践应用价值，即使学生能够理解有关知识点，也不清楚该知识点在实际工程中的具体应用，学习积极性不高；其次，在教学方法方面，往往以“满堂灌”的授课模式为主，这种单向性的知识传输形式不能充分调动学生的主观能动性，学生的工程创新能力难以得到有效锻炼；再次，学生的专业英语表达能力差，不能熟练地应用专业英语进行学术交流，学术视野不够开阔。
综上所述，目前存在于高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程中的弊端不利于提高学生的自主学习能力、科研能力以及工程创新能力。笔者结合近两年的实际工作经验，通过优化整合教学内容，以小组形式开展课题研讨，鼓励学生应用专业英语进行交流，积极指导学生参加课外科技活动，取得了初步教学效果。
第三，推广现代农耕技术，提高太阳能的转化效率，充分利用绿色植物的光合作用，加速物质流和能量流在生态系统中的运动过程，提高农业生产力。
二 教学方法改革及案例分析
（一） 优化整合教学内容，体现学术前沿
联合国教科文组织曾经做过一项研究：18世纪时，知识更新周期为80～90年，19世纪到20世纪初，知识更新周期缩短为30年，上世纪60～70年代，一般学科的知识更新周期为5～10年，到上世纪80～90年代，许多学科的知识更新周期缩短为5年，进入21世纪，这个数字已经是2到3年。当今科技的发展日新月异，知识更新周期日益缩短，知识的迭代与重构从未像现在这样迅速。原有的研究生《阵列信号处理》双语课程主要讲解阵列信号处理基础知识、自适应波束形成算法、DOA估计、相干信源DOA估计、二维DOA估计、宽带阵列信号处理基础以及阵列多参数估计等章节，教材内容具有一定的时效性，不可能涵盖当前学术研究的最近成果，这就要求教师在课下阅读大量的文献资料，了解掌握最新的学术研究动态，优化整合教学内容。例如，在讲解传感器阵列和DOA估计时，引入了频率分集阵列的概念，并结合理论推导及仿真结果，分析了频率分集阵列相对于传统的传感器阵列在抗干扰、抗模糊中的优势；在讲解波束形成算法时，除介绍传统的MUSIC、ESPRIT等波束形成算法外，介绍了雷达通信干扰一体化条件下的自适应波束形成技术，比较了平台一体化情况对波束形成算法带来的性能影响。通过最新研究成果的介绍，大大开拓了学生的知识面，提高了学生的学习热情。
传统的课堂教学采用“满堂灌”的教学模式，主要通过教师讲解进行知识的单项传输，但教学效果欠佳，学生的自主学习能力和工程创新能力得不到充分的锻炼与提升。为此，在讲到某核心概念时，要求学生分成几个小组，通过查阅科技资料，分别讨论该理论可能应用的场景，加强学生团队协作的意识，提升学生分析问题、解决问题和交流表达的能力。例如，以往在讲解最大信噪比准则、最大似然比准则和线性约束最小方差准则等波束形成算法时，教师直接给出几种不同准则的性能比较，学生被动地接受相关知识。而现在，教师在介绍波束形成的基本概念之后，将各种不同准则分配给由3～5人组成的小组分别研究，每个小组通过文献调研、理论推演、MATLAB仿真以及实际工程应用，将各自所做工作在课堂上进行汇报。经课堂实践证明，这种方法教学效果良好，将教师变为“导”师，引导学生进行探索，并让学生主动参与到教学活动中来，促进了师生互动。
（二） 以项目小组的形式，开展课题研讨
1）要对现有的计算机软件进行改造，确保原有和单机运行的软件可以在网络环境下顺利运行，并借助网络传输提供必要条件的文件；
（三） 鼓励学生应用专业英语，拓展学生视野
研究生《阵列信号处理》双语课程教学的目的主要有两个：一是获取课程相关专业知识，二是提高学生应用专业英语的能力，为日后的学术研究打下基础。在实际的课程教学过程中，发现学生英语基础都很好，却不敢用英语进行自由交流。为此，教师在课堂上采用了案例分析、头脑风暴等方法，引导学生积极思考，并大胆地用英语对教师提出的问题进行表达。经过一段时间的实践与练习，学生不仅能够较熟练地用专业英语进行文献阅读、学术交流、课题汇报，而且进一步拓展了学术视野。
（四） 积极指导研究生参加科技创新活动
国家、各级组织及高等院校每年都有不同规模、不同级别的科技创新竞赛，如挑战杯、全国研究生电子设计竞赛、全国研究生数学建模竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、大学生创新训练计划等，为学生提供了良好的工程实践与创新环境。鼓励学生积极参加相关科技创新活动，并进行相应指导。教师结合自身科研，将课堂上所授的知识应用到实际工程应用中，如机载雷达的自适应干扰抑制、基于无人机集群通信的自适应波束形成算法等。另外，学生的科技作品也为《阵列信号处理》的课程教学提供了丰富的素材。
长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区于 1992年经国务院批准建立，辖长江89 km石首江段和天鹅洲故道，该区域生态环境的优劣直接关系到生活于其中的保护动物如白鱀豚（Lipotes vexillifer）和江豚（Neophocaena asiaeorientalis）等栖息环境的好坏，进而影响其种群的正常繁衍和维系。本研究以湖北石首长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区附近长江河段（89 km）为研究对象，采用多元统计方法，研究该河段浮游动植物群落结构及季节变化，探讨浮游动植物之间的相互关系，为该区域生态系统保护与研究工作提供基础资料和科学依据。
三 课程教学效果调查
采用本文提出的“新工科”教学方法改革措施后，对本校硕士研究生一年级学习《阵列信号处理》双语课程的30名同学进行了问卷调查。其中，80%的同学认为改革后的课程教学方法是积极有效的，他们表示这些措施不仅提高了他们学习本课程的兴趣和积极性，而且加深了他们对有关核心概念的理解，并在课下将所学知识应用于各自研究方向和工程实践应用中，有效提升了研究生的科研能力和工程创新能力；13%的同学认为采用的教学改革方法有一定效果，但效果一般；还有7%的同学不认可该课程所采用的教学改革方法，他们更喜欢传统的课堂教学方法。
四 结束语
《阵列信号处理》双语课程是电子信息与电气信息类研究生的一门重要的专业课程。本文在教育部“新工科”研究与实践的背景下，对高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程的教学方法进行了综合研究，提出了该课程教学方法改革的具体措施。最后，以学生为调查对象，对教学方法改革后的课程教学效果进行了问卷调查和分析。研究表明，通过一系列改革与实践，本文所提的高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程教学方法改革适应“新工科”建设需求，将“考生”变成学生，将教师变为“导”师，有效地促进了师生互动，使学生在学习课程核心概念的同时，提高了科研能力和工程创新能力，也为电子信息类其他工科专业的研究生教育教学改革提供了良好的范例。
参考文献
[1] 刘瑶, 吴涛, 孟祥丽, 等. “新工科”背景下基于创新创业能力培养的教学改革探索——以《通信原理》课程为例[J]. 教育现代化, 2018, 30: 67-69, 75.
[2] 胡兵. 新工科背景下地方应用型本科电气控制与PLC课程教学改革与探索[J]. 教育现代化, 2018, 6: 70-72, 81.
[3] 徐伟. 新工科建设背景下的计算机类专业改革浅谈 [J]. 软件,2018, 39(8): 228-231.
[4] 吕学鹏, 张保森, 巴志新, 等. 新工科背景下《工程材料》的混合式教学模式研究与实践[J]. 广州化工, 2018, 46(17): 126-127, 152.
[5] 胡雪, 夏博, 李华, 等. 基于“新工科”项目建设探讨提升课堂教学质量的方法策略[J]. 高教学刊, 2018, 16: 77-79.
[6] 张小飞, 汪飞, 陈华伟. 阵列信号处理的理论及应用[M]. 北京:国防工业出版社, 2013.
本文引用格式： 时晨光,等.基于“新工科”建设的高等院校研究生《阵列信号处理》双语课程教学方法改革浅谈[J].教育现代化,2019,6(71):77-78,97.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.71.024
基金项目： 本文系2016年德州仪器与教育部协同育人项目、南京航空航天大学电子信息工程学院2018-2019年本科专业建设项目（项目编号：1804ZJ03JG04）和南京航空航天大学2018年研究生教育教学改革研究项目（项目编号：2018YJXGG09）资助的研究成果。
作者简介： 时晨光，男，河南洛阳人，南京航空航天大学电子信息工程学院，讲师，硕导；周建江，男，江苏南通人，南京航空航天大学电子信息工程学院，教授，博导，常务副院长。
标签：阵列信号处理论文; 教学方法改革论文; 新工科论文; 工程创新能力论文; 案例分析论文; 南京航空航天大学电子信息工程学院论文;