依托虛擬教研室 提升課程教學(xué)質(zhì)量

胡健 陳后金 張菁 黃偉

摘 要：為推動(dòng)與北京市屬高校之間交流合作和優(yōu)質(zhì)資源共享，北京交通大學(xué)啟動(dòng)“雙培計(jì)劃”信號(hào)處理系列課程虛擬教研室建設(shè)。充分利用教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)質(zhì)教學(xué)研究與改革成果，以信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理慕課（MOOCs）建設(shè)和教材建設(shè)為載體，探索虛擬教研室的教學(xué)活動(dòng)及交流互訪機(jī)制等，進(jìn)一步提升信號(hào)處理系列課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：信號(hào)處理；虛擬教研室；慕課（MOOCs）

當(dāng)前，在高校發(fā)展過程中面臨一系列的問題，如跨學(xué)科的師資配置問題、科研團(tuán)隊(duì)的知識(shí)結(jié)構(gòu)問題等，這些問題影響著高校的教學(xué)與科研活動(dòng)，以教研室為單位的教學(xué)及科研活動(dòng)已不能很好地適應(yīng)新形勢(shì)的需要。部分高校開始思考解決這些問題的理想模式，并提出虛擬教研室。虛擬教研室在不打亂原有教研室格局、在不影響原有教學(xué)團(tuán)隊(duì)和教研室成員的基礎(chǔ)上，由若干教研室中在某一方面較擅長(zhǎng)或?yàn)榻鉀Q某一問題有共同意愿的教師組成，可以就相關(guān)科研、教研課題在一起共同商討和活動(dòng)，形式上如同一個(gè)教研室。

2016年初，北京交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱學(xué)校）啟動(dòng)“雙培計(jì)劃”虛擬教研室建設(shè)，立項(xiàng)建設(shè)了信號(hào)處理系列課程虛擬教研室。該虛擬教研室由學(xué)校電子信息工程學(xué)院信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)的骨干教師、北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、北京建筑大學(xué)理學(xué)院以及北京聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院從事相關(guān)教學(xué)的部分教師共同組成，旨在推動(dòng)與北京市屬高校之間交流合作和優(yōu)質(zhì)資源共享，創(chuàng)新在國(guó)家教育綜合改革大背景下人才培養(yǎng)模式改革的新機(jī)制。

建設(shè)思路

充分利用北京交通大學(xué)信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)積累的國(guó)家精品資源共享課“信號(hào)與系統(tǒng)”、視頻公開課“走近數(shù)字技術(shù)”、來(lái)華留學(xué)生英語(yǔ)授課品牌課程“數(shù)字信號(hào)處理”等信號(hào)處理系列課程教學(xué)研究與改革成果，以信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理慕課（MOOCs）建設(shè)和教材建設(shè)為載體，探索虛擬教研室的教學(xué)活動(dòng)及交流互訪機(jī)制，共享共建優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，提升電子信息類專業(yè)核心技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量。

建設(shè)內(nèi)容

1.依托系列課程慕課（MOOCs）共建共享教學(xué)資源

一是優(yōu)化課程體系，明確課程內(nèi)涵?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息類專業(yè)的重要課程，其基本原理、方法與技術(shù)是信息化的基礎(chǔ)。隨著電子信息學(xué)科迅速發(fā)展，需要積極吸收教研與科研成果，面向電子信息學(xué)科整體化建設(shè)信號(hào)處理課群。根據(jù)信號(hào)處理課群的特點(diǎn)，整體優(yōu)化信號(hào)處理課群的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中強(qiáng)調(diào)基本原理，明確“信號(hào)表示、系統(tǒng)描述”為核心的課程內(nèi)涵。在“數(shù)字信號(hào)處理”課程中突出數(shù)字化技術(shù)，明確“數(shù)字化分析與處理，濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為核心的課程內(nèi)涵。在“DSP系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”中側(cè)重工程應(yīng)用。三門課程都涉及軟件仿真分析。

二是深入教學(xué)研究，完善教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)“知而有識(shí)，學(xué)而善用”[1]的教學(xué)理念，大學(xué)教育應(yīng)從注重書本內(nèi)容的傳授，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐越虒W(xué)內(nèi)容為載體，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中汲取知識(shí)的精華，在探究中領(lǐng)悟知識(shí)的真諦，在創(chuàng)新中感受知識(shí)的魅力。教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)是“為什么”和“做什么”，其次才是“是什么”。教師要以自己的學(xué)識(shí)講解相關(guān)知識(shí)的來(lái)龍去脈，講解為什么要引入此知識(shí)，其本質(zhì)內(nèi)容是什么，如何去應(yīng)用，以及存在哪些工程局限等。在系列慕課（MOOCs）教學(xué)視頻中，按照 “為什么”“是什么”“做什么”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，組織課程內(nèi)容。通過闡述“為什么”，關(guān)聯(lián)該知識(shí)模塊與其他知識(shí)模塊之間的內(nèi)在關(guān)系；通過講解“是什么”，突出該知識(shí)模塊的本質(zhì)內(nèi)容；通過示例“做什么”，加深對(duì)原理的理解并學(xué)以致用。教師應(yīng)整體把握課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，知識(shí)點(diǎn)之間應(yīng)有由此及彼的歸納，內(nèi)容之間應(yīng)有承上啟下的描述。

圖1 信號(hào)處理課群的體系結(jié)構(gòu)

三是轉(zhuǎn)化研究成果，豐富教學(xué)資源。教研室青年教師具有良好的科研背景和較高的學(xué)術(shù)水平，但科研能力不等于教學(xué)能力，只有通過積極參與教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐，科教融合，才有可能將學(xué)術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為教學(xué)能力。因此，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將科研和教研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材，圍繞課程核心知識(shí)模塊建設(shè)了多個(gè)面向工程實(shí)際的應(yīng)用案例。充分利用國(guó)家精品資源共享課程“信號(hào)與系統(tǒng)”、來(lái)華留學(xué)生英語(yǔ)授課品牌課程“數(shù)字信號(hào)處理”、國(guó)家級(jí)精品視頻公開課“走近數(shù)字技術(shù)”等高品質(zhì)課程，以及信號(hào)處理系列精品教材和國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材的成果，進(jìn)一步豐富課程素材，編寫了慕課（MOOCs）教學(xué)的典型例題、習(xí)題、討論題、試題等，建設(shè)了豐富的教學(xué)資源，如表1所示。

四是共享教學(xué)資源，提升教學(xué)質(zhì)量。教研室積極開展信號(hào)處理系列課程慕課（MOOCs）建設(shè)與教學(xué)、混合教學(xué)實(shí)踐等一系列教學(xué)教研活動(dòng)，從而共享教育資源、提升教學(xué)質(zhì)量。從2015 年秋季學(xué)期到2017 年春季學(xué)期已在中國(guó)大學(xué)慕課（MOOCs）網(wǎng)開設(shè)了4個(gè)學(xué)期“信號(hào)與系統(tǒng)”課程，自2017年春季學(xué)期，又開設(shè)了“數(shù)字信號(hào)處理”課程。因課程教學(xué)內(nèi)涵明晰，案例豐富、生動(dòng)形象，講解深入淺出，科學(xué)性和通俗性兼?zhèn)?，得到了社?huì)的普遍認(rèn)可。慕課（MOOCs）課程選課人數(shù)逐年增加，兩門課程累計(jì)選課人數(shù)達(dá)五萬(wàn)余人次。優(yōu)質(zhì)教育資源通過慕課（MOOCs）平臺(tái)向全社會(huì)輻射，為提升國(guó)內(nèi)信號(hào)處理系列課程教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮積極作用。

表1 慕課（ MOOCs）資源統(tǒng)計(jì)

資源

課程名稱 課程

視頻 PPT 案例

素材 案例 例題 動(dòng)畫 作業(yè)題（主觀） 試題

（客觀） 討論

題

信號(hào)與系統(tǒng) 93 93 110 15 100 13 80 100 48

數(shù)字信號(hào)處理 96 96 110 13 60 - 80 150 40

另外，在2016年秋季學(xué)期面向北京交通大學(xué)在校生的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)，結(jié)合信號(hào)與系統(tǒng)慕課（MOOCs）開展了混合式教學(xué)。線上為教師引導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)，線下為疑難解答、學(xué)習(xí)延伸。調(diào)查結(jié)果表明：絕大多數(shù)的學(xué)生認(rèn)可混合式教學(xué)方式，并肯定其在提高學(xué)習(xí)自主性方面起到的積極作用。在2017年春季學(xué)期，北京工業(yè)大學(xué)、北京建筑大學(xué)和北京聯(lián)合大學(xué)均利用信號(hào)與系統(tǒng)慕課（MOOCs）資源面向本校相關(guān)專業(yè)本科生開展輔助教學(xué)，在提升教學(xué)質(zhì)量方面獲得良好的反饋。

2.依托教材建設(shè)提升教師綜合素質(zhì)

教材建設(shè)是課程建設(shè)的重要組成部分。電子信息技術(shù)發(fā)展迅速，作為電子信息類專業(yè)的核心課程，信號(hào)處理系列課程的教學(xué)內(nèi)容也需要與時(shí)俱進(jìn)。近年來(lái)，我國(guó)開展國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證，成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education， OBE）是國(guó)際工程教育的核心思想，我國(guó)已正式加入《華盛頓協(xié)議》國(guó)際工程教育組織。這就迫切要求教師更新教育理念，依托教材建設(shè)提升教師綜合素質(zhì)，以適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展和要求。

根據(jù)“三個(gè)體現(xiàn)”的教材建設(shè)思想，結(jié)合OBE教育理念，出版了由清華大學(xué)出版社和北京交通大學(xué)出版社聯(lián)合出版的北京市精品教材《信號(hào)與系統(tǒng)》（第3版）[2]?！叭齻€(gè)體現(xiàn)”，即在教材觀念上，體現(xiàn)教材不僅是知識(shí)的載體，更是認(rèn)知過程和思維方法的載體；在教材體系上，體現(xiàn)課群之間相互關(guān)系、以及課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系；在教材內(nèi)容上，體現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與技術(shù)、解析與仿真的有機(jī)結(jié)合。教材內(nèi)容由信號(hào)與系統(tǒng)分析導(dǎo)論、信號(hào)的時(shí)域分析、系統(tǒng)的時(shí)域分析、周期信號(hào)的頻域分析、非周期信號(hào)的頻域分析、系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、離散信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析、信號(hào)處理在通信和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用十章組成。在教材的體系結(jié)構(gòu)上，注重知識(shí)的呈現(xiàn)方式，體現(xiàn)人類探索知識(shí)、凝練知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的過程。突出理論和方法中所蘊(yùn)涵的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，新增了面向當(dāng)今信息技術(shù)的工程案例和習(xí)題。教材建設(shè)的過程也是虛擬教研室全員教師理念更新、認(rèn)知深化、能力加強(qiáng)、素質(zhì)提升的過程。

3.探索虛擬教研室交流互訪機(jī)制

虛擬教研室是一項(xiàng)創(chuàng)新性工作，構(gòu)建規(guī)范有序的交流互訪機(jī)制是虛擬教研室可持續(xù)發(fā)展的有力保障。首先，自2016年開始，每年定期召開信號(hào)處理系列課程虛擬教研室教學(xué)研討會(huì)。分別由北京交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京建筑大學(xué)、北京聯(lián)合大學(xué)輪流主辦，就信號(hào)處理系列課程建設(shè)情況、教學(xué)教研經(jīng)驗(yàn)成果進(jìn)行匯報(bào)，并就教學(xué)教研熱點(diǎn)難點(diǎn)開展交流探討。通過教學(xué)研討會(huì)加深虛擬教研室成員的相互了解，為進(jìn)一步交流與協(xié)作奠定基礎(chǔ)。其次，北京交通大學(xué)信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理慕課（MOOCs）資源建設(shè)[3-4]、教學(xué)應(yīng)用以及研究性學(xué)習(xí)載體建設(shè)，每周定期組織開展教研活動(dòng)；每學(xué)期邀請(qǐng)?zhí)摂M教研室國(guó)家級(jí)教學(xué)名師和北京市教學(xué)名師舉辦名師示范課，以上教研活動(dòng)均邀請(qǐng)?zhí)摂M教研室的成員參加。最后，考慮到虛擬教研室的成員分散，同時(shí)又承擔(dān)繁重的教學(xué)、教研和科研任務(wù)，各方商討推行網(wǎng)絡(luò)化的虛擬教研。建立了微信群用以進(jìn)行教學(xué)教研相關(guān)活動(dòng)通知、資源分享、經(jīng)驗(yàn)交流、成果展示等；建立了QQ群用以分享課程課件、音視頻教學(xué)資源等。充分利用信息交流工具，開展虛擬教研室成員間的實(shí)時(shí)對(duì)話和深入探討。

信號(hào)處理系列課程是電子信息類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論的扎實(shí)程度。依托國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科、國(guó)家電工電子教學(xué)基地、國(guó)家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京交通大學(xué)信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)、北京建筑大學(xué)和北京聯(lián)合大學(xué)從事相關(guān)教學(xué)的部分教師共建虛擬教研室，并在慕課（MOOCs）教學(xué)資源共享共建、教師綜合素質(zhì)提升以及虛擬教研室交流互訪機(jī)制探索等方面開展實(shí)踐，為進(jìn)一步提升信號(hào)處理系列課程教學(xué)質(zhì)量積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

本文系電工電子基礎(chǔ)課程國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：244033529）；電工電子國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：351003535）；北京交通大學(xué)教師發(fā)展中心教改項(xiàng)目“依托精品課程慕課（MOOCs）建設(shè)與實(shí)踐切實(shí)提升教師教學(xué)能力”（項(xiàng)目編號(hào)：275012529）；信號(hào)處理系列課程虛擬教研室建設(shè)（項(xiàng)目編號(hào)：356037535）階段性研究成果

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳后金.轉(zhuǎn)變教育觀念 造就知而有識(shí)學(xué)而善用的優(yōu)秀人才[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013（10）：10-11，15.

[2] 陳后金，胡健，薛健.信號(hào)與系統(tǒng)（第3版）[M].北京： 清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社， 2017：15.

[3]信號(hào)與系統(tǒng)[EB/OL].（2015-08-31）[2017-12-15].http：//www.icourse163.org/course/NJTU-359003.

[4] 數(shù)字信號(hào)處理[EB/OL].（2017-02-28）[2017-12-15].http：//www.icourse163.org/course/NJTU-1001950001.

（作者單位：胡健、陳后金，北京交通大學(xué)；張菁，北京工業(yè)大學(xué)；黃偉，北京建筑大學(xué)）

[責(zé)任編輯：翟 迪]