“新工科”背景下高等院校研究生《陣列信號處理》課程教學(xué)改革探索

“新工科〞背景下高等院校研究生?陣列信號處理?課程教學(xué)改革探究〔〕:

摘要：在教育部推進(jìn)"新工科";研究與理論的背景下，本文以高等院校研究生?陣列信號處理?課程為例，分析現(xiàn)階段該課程在教學(xué)過程中存在的缺乏，通過整合理論教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建研究性與創(chuàng)新性的教學(xué)形式、改革課程考核內(nèi)容與考核方式等詳細(xì)措施，探究以"新工科";人才培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程教學(xué)改革方法，以滿足"新工科";專業(yè)的課程建立。改革后的課程有效進(jìn)步了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，可以提升學(xué)生的創(chuàng)新才能和工程理論才能，為電子信息類等其他工科專業(yè)的教育教學(xué)改革提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：陣列信號處理；教學(xué)改革；創(chuàng)新才能；新工科

本文引用格式：時晨光，等."新工科";背景下高等院校研究生?陣列信號處理?課程教學(xué)改革探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(79):71-72,81.

一引言

"新工科";概念的提出對工程科技人才提出了更高的要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新【1】。因此，在"新工科";建立背景下，我國高等院校工科專業(yè)的教育教學(xué)面臨著一場深化的變革，既要培養(yǎng)一批工程理論才能強、創(chuàng)新才能強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才，又要對現(xiàn)有工科課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式進(jìn)展創(chuàng)新改革。

在通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理、微波和電磁場及水聲等專業(yè)中，?陣列信號處理?是一門重要的研究生專業(yè)課程。陣列信號處理是信號處理領(lǐng)域的一個重要分支，用傳感器陣列來接收空間信號，與傳統(tǒng)的單個定向傳感器相比，具有靈敏的波束控制、高的信號增益、極強的干擾抑制才能和高的空間分辨力等優(yōu)點，并已應(yīng)用于雷達(dá)、聲吶、通信、導(dǎo)航、地震勘探、射電天文與醫(yī)學(xué)診斷等多種國民經(jīng)濟和軍事領(lǐng)域。該課程內(nèi)容繁多，涉及信號與信息系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、隨機信號處理、通信信號處理、矩陣論等多課程穿插交融知識，具有很強的應(yīng)用性和理論性。

然而，由于該課程理論性較強，知識點較為抽象，對數(shù)學(xué)才能要求很高，分析中需要大量的公式推導(dǎo)，從而對課程的教學(xué)造成了一定的困難，當(dāng)前的教學(xué)過程中還存在一些亟待解決的問題。首先，在課堂教學(xué)內(nèi)容方面，側(cè)重于根本概念的介紹和理論公式的推導(dǎo)，內(nèi)容枯燥難懂，沒有深化剖析知識點所隱含的物理意義與理論應(yīng)用價值，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。其次，在教學(xué)形式方面，往往以教師課堂授課為主，這種單向性的知識傳輸形式不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，造成學(xué)生創(chuàng)新才能不高，分析、解決問題的才能缺乏【2】。再次，該課程的考核采取課堂出勤與期末考試成績相結(jié)合的形式，考核方式單一，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)才能、理論應(yīng)用才能和創(chuàng)新才能的綜合評價。

綜上所述，目前存在于研究生?陣列信號處理?課程中的問題不利于進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)才能、工程理論應(yīng)用才能以及創(chuàng)新才能。筆者結(jié)合近兩年的實際工作經(jīng)歷，整合理論教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建新的教學(xué)形式，改革課程考核方式，到達(dá)了良好的教學(xué)效果。

二解析課程框架，整合理論教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)今的信號處理技術(shù)日新月異，知識迭代更新的速度越來越快。原有的研究生?陣列信號處理?課程主要講解陣列信號處理根底知識、波束形成算法、到達(dá)角估計、二維到達(dá)角估計、陣列多參數(shù)估計以及聲矢量傳感器陣列的到達(dá)角估計等章節(jié)，課程內(nèi)容具有一定的時效性，難以囊括當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究前沿【3】。因此，可通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外陣列信號處理方面的最新研究，緊跟國內(nèi)外研究趨勢，并結(jié)合陣列信號處理技術(shù)的最新開展與應(yīng)用，在教學(xué)過程中引入相關(guān)前沿研究內(nèi)容，不斷迭代更新，與時俱進(jìn)。例如，在講解波束形成算法時，除介紹波束形成定義、常用的波束形成算法以外，可引入雷達(dá)通信一體化平臺下的波束形成技術(shù)，并比擬雷達(dá)通信一體化對波束形成算法帶來的影響。在講述到達(dá)角估計時，可引入頻控陣的概念和根本原理，梳理近年來頻控陣技術(shù)及其應(yīng)用的最新研究，在此根底上，將其與傳統(tǒng)的傳感器陣列進(jìn)展比照，開拓學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。

三結(jié)合MATLAB仿真軟件輔助教學(xué)

MATLAB是Mathworks公司于1984年推出的一套高性能的數(shù)值計算軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，可方便地應(yīng)用于數(shù)學(xué)計算、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析和可視化、科學(xué)繪圖等方面，在信號分析處理、通信工程、機械工程、語音處理、圖像處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在?陣列信號處理?課程教學(xué)中，教師可以利用MATLAB軟件對理論算法進(jìn)展仿真。通過仿真與數(shù)值分析較好地輔助課堂教學(xué)，這樣不僅可以加深學(xué)生對理論內(nèi)容的認(rèn)識和理解，而且增強了課程的理論性，對提升學(xué)生的動手才能和創(chuàng)新才能也能起到積極的作用。圖1是基于MuSIC算法的目的到達(dá)角估計仿真結(jié)果，圖2是基于LCMV準(zhǔn)那么的波束形成算法仿真結(jié)果。

四構(gòu)建研究性與創(chuàng)新性的教學(xué)形式

在"新工科";建立背景下，應(yīng)有針對性的設(shè)計具有開放性與創(chuàng)新性的課題，系統(tǒng)性地鍛煉學(xué)生的科研探究精神和創(chuàng)新才能。在課堂教學(xué)過程中，教師可結(jié)合某知識點發(fā)散地給定假設(shè)干探究性研究方向，學(xué)生自擬課題名稱，分小組查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，建立詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，編寫程序代碼并通過MATLAB仿真軟件進(jìn)展實驗驗證與分析，最后分小組進(jìn)展匯報，并由教師點評、驗收。通過這種形式，能讓學(xué)生主動地參與到教學(xué)活動中去，貫徹"以學(xué)生為中心";的教學(xué)理念，啟發(fā)學(xué)生的思維，促進(jìn)"新工科";創(chuàng)新型人才培養(yǎng)【4】。

五結(jié)合教師科研工程，引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維形式

教師是課堂教學(xué)活動的詳細(xì)施行者，教師自身的綜合素質(zhì)和才能將直接影響學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量與人才素質(zhì)。傳統(tǒng)的教師一般具有好的教學(xué)才能，可以將所承當(dāng)?shù)恼n程內(nèi)容講解清楚，使學(xué)生可以較好地理解所學(xué)知識。然而，在"新工科";背景下，教師僅僅具有這種才能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。目前高校教師大都會從事一定的科學(xué)研究工作，教學(xué)與科研是相輔相成的，同時，科研要為教學(xué)效勞。在教學(xué)過程中，教師可以與學(xué)生分享自身在科研和工程理論過程中的心得體會，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)展自由探究和學(xué)術(shù)創(chuàng)新，從而進(jìn)一步開拓學(xué)生思維、提升學(xué)生的創(chuàng)造力。

六改革課程考核內(nèi)容與考核方式

傳統(tǒng)的?陣列信號處理?課程考核內(nèi)容側(cè)重于對根本概念與公式的識記，考試試卷中的客觀試題比例偏大，占試卷總分的80%以上，而發(fā)散性的主觀試題比例偏少，難以綜合評價學(xué)生的分析才能和創(chuàng)新才能【5】。另外，學(xué)生的課程考核由平時成績〔課堂出勤〕和期末考試成績兩局部組成，分別占比30%和70%，考核形式過于單一。

新的課程考核內(nèi)容將降低試卷中客觀試題的比例，加大綜合性的、開放性的主觀試題比例，兩者占比分別由原來的80%和20%調(diào)整為60%和40%，鼓勵學(xué)生獨立考慮，并發(fā)表獨到的見解。同時，將課程考核貫穿于整個教學(xué)過程中，如采用專題講座、小組課題探究、研究報告、小論文等形式，促使學(xué)生成為課堂教學(xué)活動的主體，逐步培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作攻關(guān)、分析解決問題的才能，激發(fā)學(xué)生的探究精神和求知精神。

七完畢語

本文根據(jù)"新工科";人才培養(yǎng)的要求，對高等院校研究生陣列信號處理課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、考核內(nèi)容及考核方式等進(jìn)展了綜合研究，提出了教學(xué)改革的思路和詳細(xì)措施，構(gòu)建了以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新才能為目的的教學(xué)形式。此次研究生陣列信號處理課程教學(xué)改革符合"新工科";的建立要求，提升了學(xué)生的創(chuàng)新才能和工程理論才能，有效進(jìn)步了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時，也為電子信息類等其他工科專業(yè)的教育教學(xué)改革提供了應(yīng)用范例。

參考文獻(xiàn)

【1】劉瑤,吳濤,孟祥麗,等."新工科";背景下基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)才能培養(yǎng)的教學(xué)改革探究以?通信原理?課程為例[J].教育現(xiàn)代化,2022,30:67-69,75.

【2】胡兵.新工科背景下地方應(yīng)用型本科電氣控制與PLC課程教學(xué)改革與探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6:70-72,81.

【3】徐偉.新工科建立背景下的計算機類專業(yè)改革淺談[J].軟件,2022,39(8):228-231.

【4】呂學(xué)鵬,張保森,巴