胡健 陳后金 張菁 黃偉

摘 要：為推動與北京市屬高校之間交流合作和優(yōu)質資源共享，北京交通大學啟動“雙培計劃”信號處理系列課程虛擬教研室建設。充分利用教學團隊優(yōu)質教學研究與改革成果，以信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理慕課（MOOCs）建設和教材建設為載體，探索虛擬教研室的教學活動及交流互訪機制等，進一步提升信號處理系列課程教學質量。

關鍵詞：信號處理；虛擬教研室；慕課（MOOCs）

當前，在高校發(fā)展過程中面臨一系列的問題，如跨學科的師資配置問題、科研團隊的知識結構問題等，這些問題影響著高校的教學與科研活動，以教研室為單位的教學及科研活動已不能很好地適應新形勢的需要。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、在不影響原有教學團隊和教研室成員的基礎上，由若干教研室中在某一方面較擅長或為解決某一問題有共同意愿的教師組成，可以就相關科研、教研課題在一起共同商討和活動，形式上如同一個教研室。

2016年初，北京交通大學（以下簡稱學校）啟動“雙培計劃”虛擬教研室建設，立項建設了信號處理系列課程虛擬教研室。該虛擬教研室由學校電子信息工程學院信號處理教學團隊的骨干教師、北京工業(yè)大學計算機科學與技術學院、北京建筑大學理學院以及北京聯(lián)合大學自動化學院從事相關教學的部分教師共同組成，旨在推動與北京市屬高校之間交流合作和優(yōu)質資源共享，創(chuàng)新在國家教育綜合改革大背景下人才培養(yǎng)模式改革的新機制。

建設思路

充分利用北京交通大學信號處理教學團隊積累的國家精品資源共享課“信號與系統(tǒng)”、視頻公開課“走近數(shù)字技術”、來華留學生英語授課品牌課程“數(shù)字信號處理”等信號處理系列課程教學研究與改革成果，以信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理慕課（MOOCs）建設和教材建設為載體，探索虛擬教研室的教學活動及交流互訪機制，共享共建優(yōu)質教學資源，提升電子信息類專業(yè)核心技術基礎課程的教學質量。

建設內容

1.依托系列課程慕課（MOOCs）共建共享教學資源

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

在“信號與系統(tǒng)”課程中強調基本原理，明確“信號表示、系統(tǒng)描述”為核心的課程內涵。在“數(shù)字信號處理”課程中突出數(shù)字化技術，明確“數(shù)字化分析與處理，濾波器設計與實現(xiàn)”為核心的課程內涵。在“DSP系統(tǒng)課程設計”中側重工程應用。三門課程都涉及軟件仿真分析。

二是深入教學研究，完善教學設計。根據(jù)“知而有識，學而善用”[1]的教學理念，大學教育應從注重書本內容的傳授，逐步轉變?yōu)橐越虒W內容為載體，啟發(fā)引導學生在學習中汲取知識的精華，在探究中領悟知識的真諦，在創(chuàng)新中感受知識的魅力。教學的重點應是“為什么”和“做什么”，其次才是“是什么”。教師要以自己的學識講解相關知識的來龍去脈，講解為什么要引入此知識，其本質內容是什么，如何去應用，以及存在哪些工程局限等。在系列慕課（MOOCs）教學視頻中，按照 “為什么”“是什么”“做什么”進行教學設計，組織課程內容。通過闡述“為什么”，關聯(lián)該知識模塊與其他知識模塊之間的內在關系；通過講解“是什么”，突出該知識模塊的本質內容；通過示例“做什么”，加深對原理的理解并學以致用。教師應整體把握課程知識結構，知識點之間應有由此及彼的歸納，內容之間應有承上啟下的描述。

圖1 信號處理課群的體系結構

三是轉化研究成果，豐富教學資源。教研室青年教師具有良好的科研背景和較高的學術水平，但科研能力不等于教學能力，只有通過積極參與教學研究和教學實踐，科教融合，才有可能將學術優(yōu)勢轉化為教學能力。因此，充分利用現(xiàn)代信息技術，將科研和教研成果轉化為教學素材，圍繞課程核心知識模塊建設了多個面向工程實際的應用案例。充分利用國家精品資源共享課程“信號與系統(tǒng)”、來華留學生英語授課品牌課程“數(shù)字信號處理”、國家級精品視頻公開課“走近數(shù)字技術”等高品質課程，以及信號處理系列精品教材和國家級規(guī)劃教材的成果，進一步豐富課程素材，編寫了慕課（MOOCs）教學的典型例題、習題、討論題、試題等，建設了豐富的教學資源，如表1所示。

四是共享教學資源，提升教學質量。教研室積極開展信號處理系列課程慕課（MOOCs）建設與教學、混合教學實踐等一系列教學教研活動，從而共享教育資源、提升教學質量。從2015 年秋季學期到2017 年春季學期已在中國大學慕課（MOOCs）網開設了4個學期“信號與系統(tǒng)”課程，自2017年春季學期，又開設了“數(shù)字信號處理”課程。因課程教學內涵明晰，案例豐富、生動形象，講解深入淺出，科學性和通俗性兼?zhèn)?，得到了社會的普遍認可。慕課（MOOCs）課程選課人數(shù)逐年增加，兩門課程累計選課人數(shù)達五萬余人次。優(yōu)質教育資源通過慕課（MOOCs）平臺向全社會輻射，為提升國內信號處理系列課程教學質量發(fā)揮積極作用。

表1 慕課（ MOOCs）資源統(tǒng)計

資源

課程名稱 課程

視頻 PPT 案例

素材 案例 例題 動畫 作業(yè)題（主觀） 試題

（客觀） 討論

題

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

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

另外，在2016年秋季學期面向北京交通大學在校生的“信號與系統(tǒng)”課程教學，結合信號與系統(tǒng)慕課（MOOCs）開展了混合式教學。線上為教師引導下的自主學習，線下為疑難解答、學習延伸。調查結果表明：絕大多數(shù)的學生認可混合式教學方式，并肯定其在提高學習自主性方面起到的積極作用。在2017年春季學期，北京工業(yè)大學、北京建筑大學和北京聯(lián)合大學均利用信號與系統(tǒng)慕課（MOOCs）資源面向本校相關專業(yè)本科生開展輔助教學，在提升教學質量方面獲得良好的反饋。

2.依托教材建設提升教師綜合素質

教材建設是課程建設的重要組成部分。電子信息技術發(fā)展迅速，作為電子信息類專業(yè)的核心課程，信號處理系列課程的教學內容也需要與時俱進。近年來，我國開展國際工程教育專業(yè)認證，成果導向教育（Outcome Based Education， OBE）是國際工程教育的核心思想，我國已正式加入《華盛頓協(xié)議》國際工程教育組織。這就迫切要求教師更新教育理念，依托教材建設提升教師綜合素質，以適應現(xiàn)代教育的發(fā)展和要求。

根據(jù)“三個體現(xiàn)”的教材建設思想，結合OBE教育理念，出版了由清華大學出版社和北京交通大學出版社聯(lián)合出版的北京市精品教材《信號與系統(tǒng)》（第3版）[2]?！叭齻€體現(xiàn)”，即在教材觀念上，體現(xiàn)教材不僅是知識的載體，更是認知過程和思維方法的載體；在教材體系上，體現(xiàn)課群之間相互關系、以及課程內知識點之間的內在聯(lián)系；在教材內容上，體現(xiàn)經典與現(xiàn)代、理論與技術、解析與仿真的有機結合。教材內容由信號與系統(tǒng)分析導論、信號的時域分析、系統(tǒng)的時域分析、周期信號的頻域分析、非周期信號的頻域分析、系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)信號與系統(tǒng)的復頻域分析、離散信號與系統(tǒng)的復頻域分析、系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析、信號處理在通信和生物醫(yī)學的應用十章組成。在教材的體系結構上，注重知識的呈現(xiàn)方式，體現(xiàn)人類探索知識、凝練知識和應用知識的過程。突出理論和方法中所蘊涵的數(shù)學概念、物理概念和工程概念，新增了面向當今信息技術的工程案例和習題。教材建設的過程也是虛擬教研室全員教師理念更新、認知深化、能力加強、素質提升的過程。

3.探索虛擬教研室交流互訪機制

虛擬教研室是一項創(chuàng)新性工作，構建規(guī)范有序的交流互訪機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，每年定期召開信號處理系列課程虛擬教研室教學研討會。分別由北京交通大學、北京工業(yè)大學、北京建筑大學、北京聯(lián)合大學輪流主辦，就信號處理系列課程建設情況、教學教研經驗成果進行匯報，并就教學教研熱點難點開展交流探討。通過教學研討會加深虛擬教研室成員的相互了解，為進一步交流與協(xié)作奠定基礎。其次，北京交通大學信號處理教學團隊圍繞信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理慕課（MOOCs）資源建設[3-4]、教學應用以及研究性學習載體建設，每周定期組織開展教研活動；每學期邀請?zhí)摂M教研室國家級教學名師和北京市教學名師舉辦名師示范課，以上教研活動均邀請?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，同時又承擔繁重的教學、教研和科研任務，各方商討推行網絡化的虛擬教研。建立了微信群用以進行教學教研相關活動通知、資源分享、經驗交流、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時對話和深入探討。

信號處理系列課程是電子信息類專業(yè)重要的技術基礎課程，其教學質量直接關系到學生專業(yè)基礎理論的扎實程度。依托國家重點學科、國家電工電子教學基地、國家電工電子實驗教學示范中心，北京交通大學信號處理教學團隊，聯(lián)合北京工業(yè)大學、北京建筑大學和北京聯(lián)合大學從事相關教學的部分教師共建虛擬教研室，并在慕課（MOOCs）教學資源共享共建、教師綜合素質提升以及虛擬教研室交流互訪機制探索等方面開展實踐，為進一步提升信號處理系列課程教學質量積累了寶貴的經驗。

本文系電工電子基礎課程國家級教學團隊建設項目（項目編號：244033529）；電工電子國家級實驗教學示范中心建設項目（項目編號：351003535）；北京交通大學教師發(fā)展中心教改項目“依托精品課程慕課（MOOCs）建設與實踐切實提升教師教學能力”（項目編號：275012529）；信號處理系列課程虛擬教研室建設（項目編號：356037535）階段性研究成果

參考文獻：

[1] 陳后金.轉變教育觀念 造就知而有識學而善用的優(yōu)秀人才[J].中國大學教學，2013（10）：10-11，15.

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

[3]信號與系統(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；張菁，北京工業(yè)大學；黃偉，北京建筑大學）

[責任編輯：翟 迪]