依托虚拟教研室 提升课程教学质量

胡健 陈后金 张菁 黄伟

摘 要：为推动与北京市属高校之间交流合作和优质资源共享，北京交通大学启动“双培计划”信号处理系列课程虚拟教研室建设。充分利用教学团队优质教学研究与改革成果，以信号与系统、数字信号处理慕课（MOOCs）建设和教材建设为载体，探索虚拟教研室的教学活动及交流互访机制等，进一步提升信号处理系列课程教学质量。

关键词：信号处理；虚拟教研室；慕课（MOOCs）

当前，在高校发展过程中面临一系列的问题，如跨学科的师资配置问题、科研团队的知识结构问题等，这些问题影响着高校的教学与科研活动，以教研室为单位的教学及科研活动已不能很好地适应新形势的需要。部分高校开始思考解决这些问题的理想模式，并提出虚拟教研室。虚拟教研室在不打乱原有教研室格局、在不影响原有教学团队和教研室成员的基础上，由若干教研室中在某一方面较擅长或为解决某一问题有共同意愿的教师组成，可以就相关科研、教研课题在一起共同商讨和活动，形式上如同一个教研室。

2016年初，北京交通大學（以下简称学校）启动“双培计划”虚拟教研室建设，立项建设了信号处理系列课程虚拟教研室。该虚拟教研室由学校电子信息工程学院信号处理教学团队的骨干教师、北京工业大学计算机科学与技术学院、北京建筑大学理学院以及北京联合大学自动化学院从事相关教学的部分教师共同组成，旨在推动与北京市属高校之间交流合作和优质资源共享，创新在国家教育综合改革大背景下人才培养模式改革的新机制。

建设思路

充分利用北京交通大学信号处理教学团队积累的国家精品资源共享课“信号与系统”、视频公开课“走近数字技术”、来华留学生英语授课品牌课程“数字信号处理”等信号处理系列课程教学研究与改革成果，以信号与系统、数字信号处理慕课（MOOCs）建设和教材建设为载体，探索虚拟教研室的教学活动及交流互访机制，共享共建优质教学资源，提升电子信息类专业核心技术基础课程的教学质量。

建设内容

1.依托系列课程慕课（MOOCs）共建共享教学资源

一是优化课程体系，明确课程内涵。“信号与系统”“数字信号处理”课程是电子信息类专业的重要课程，其基本原理、方法与技术是信息化的基础。随着电子信息学科迅速发展，需要积极吸收教研与科研成果，面向电子信息学科整体化建设信号处理课群。根据信号处理课群的特点，整体优化信号处理课群的体系结构，如图1所示。

在“信号与系统”课程中强调基本原理，明确“信号表示、系统描述”为核心的课程内涵。在“数字信号处理”课程中突出数字化技术，明确“数字化分析与处理，滤波器设计与实现”为核心的课程内涵。在“DSP系统课程设计”中侧重工程应用。三门课程都涉及软件仿真分析。

二是深入教学研究，完善教学设计。根据“知而有识，学而善用”[1]的教学理念，大学教育应从注重书本内容的传授，逐步转变为以教学内容为载体，启发引导学生在学习中汲取知识的精华，在探究中领悟知识的真谛，在创新中感受知识的魅力。教学的重点应是“为什么”和“做什么”，其次才是“是什么”。教师要以自己的学识讲解相关知识的来龙去脉，讲解为什么要引入此知识，其本质内容是什么，如何去应用，以及存在哪些工程局限等。在系列慕课（MOOCs）教学视频中，按照 “为什么”“是什么”“做什么”进行教学设计，组织课程内容。通过阐述“为什么”，关联该知识模块与其他知识模块之间的内在关系；通过讲解“是什么”，突出该知识模块的本质内容；通过示例“做什么”，加深对原理的理解并学以致用。教师应整体把握课程知识结构，知识点之间应有由此及彼的归纳，内容之间应有承上启下的描述。

图1 信号处理课群的体系结构

三是转化研究成果，丰富教学资源。教研室青年教师具有良好的科研背景和较高的学术水平，但科研能力不等于教学能力，只有通过积极参与教学研究和教学实践，科教融合，才有可能将学术优势转化为教学能力。因此，充分利用现代信息技术，将科研和教研成果转化为教学素材，围绕课程核心知识模块建设了多个面向工程实际的应用案例。充分利用国家精品资源共享课程“信号与系统”、来华留学生英语授课品牌课程“数字信号处理”、国家级精品视频公开课“走近数字技术”等高品质课程，以及信号处理系列精品教材和国家级规划教材的成果，进一步丰富课程素材，编写了慕课（MOOCs）教学的典型例题、习题、讨论题、试题等，建设了丰富的教学资源，如表1所示。

四是共享教学资源，提升教学质量。教研室积极开展信号处理系列课程慕课（MOOCs）建设与教学、混合教学实践等一系列教学教研活动，从而共享教育资源、提升教学质量。从2015 年秋季学期到2017 年春季学期已在中国大学慕课（MOOCs）网开设了4个学期“信号与系统”课程，自2017年春季学期，又开设了“数字信号处理”课程。因课程教学内涵明晰，案例丰富、生动形象，讲解深入浅出，科学性和通俗性兼备，得到了社会的普遍认可。慕课（MOOCs）课程选课人数逐年增加，两门课程累计选课人数达五万余人次。优质教育资源通过慕课（MOOCs）平台向全社会辐射，为提升国内信号处理系列课程教学质量发挥积极作用。

表1 慕课（ MOOCs）资源统计

资源

课程名称 课程

视频 PPT 案例

素材 案例 例题 动画 作业题（主观） 试题

（客观） 讨论

题

信号与系统 93 93 110 15 100 13 80 100 48

数字信号处理 96 96 110 13 60 - 80 150 40

另外，在2016年秋季学期面向北京交通大学在校生的“信号与系统”课程教学，结合信号与系统慕课（MOOCs）开展了混合式教学。线上为教师引导下的自主学习，线下为疑难解答、学习延伸。调查结果表明：绝大多数的学生认可混合式教学方式，并肯定其在提高学习自主性方面起到的积极作用。在2017年春季学期，北京工业大学、北京建筑大学和北京联合大学均利用信号与系统慕课（MOOCs）资源面向本校相关专业本科生开展辅助教学，在提升教学质量方面获得良好的反馈。

2.依托教材建设提升教师综合素质

教材建设是课程建设的重要组成部分。电子信息技术发展迅速，作为电子信息类专业的核心课程，信号处理系列课程的教学内容也需要与时俱进。近年来，我国开展国际工程教育专业认证，成果导向教育（Outcome Based Education， OBE）是国际工程教育的核心思想，我国已正式加入《华盛顿协议》国际工程教育组织。这就迫切要求教师更新教育理念，依托教材建设提升教师综合素质，以适应现代教育的发展和要求。

根据“三个体现”的教材建设思想，结合OBE教育理念，出版了由清华大学出版社和北京交通大学出版社联合出版的北京市精品教材《信号与系统》（第3版）[2]。“三个体现”，即在教材观念上，体现教材不仅是知识的载体，更是认知过程和思维方法的载体；在教材体系上，体现课群之间相互关系、以及课程内知识点之间的内在联系；在教材内容上，体现经典与现代、理论与技术、解析与仿真的有机结合。教材内容由信号与系统分析导论、信号的时域分析、系统的时域分析、周期信号的频域分析、非周期信号的频域分析、系统的频域分析、连续信号与系统的复频域分析、离散信号与系统的复频域分析、系统的状态变量分析、信号处理在通信和生物医学的应用十章组成。在教材的体系结构上，注重知识的呈现方式，体现人类探索知识、凝练知识和应用知识的过程。突出理论和方法中所蕴涵的数学概念、物理概念和工程概念，新增了面向当今信息技术的工程案例和习题。教材建设的过程也是虚拟教研室全员教师理念更新、认知深化、能力加强、素质提升的过程。

3.探索虚拟教研室交流互访机制

虚拟教研室是一项创新性工作，构建规范有序的交流互访机制是虚拟教研室可持续发展的有力保障。首先，自2016年开始，每年定期召开信号处理系列课程虚拟教研室教学研讨会。分别由北京交通大学、北京工业大学、北京建筑大学、北京联合大学轮流主办，就信号处理系列课程建设情况、教学教研经验成果进行汇报，并就教学教研热点难点开展交流探讨。通过教学研讨会加深虚拟教研室成员的相互了解，为进一步交流与协作奠定基础。其次，北京交通大学信号处理教学团队围绕信号与系统、数字信号处理慕课（MOOCs）资源建设[3-4]、教学应用以及研究性学习载体建设，每周定期组织开展教研活动；每学期邀请虚拟教研室国家级教学名师和北京市教学名师举办名师示范课，以上教研活动均邀请虚拟教研室的成员参加。最后，考虑到虚拟教研室的成员分散，同时又承担繁重的教学、教研和科研任务，各方商讨推行网络化的虚拟教研。建立了微信群用以进行教学教研相关活动通知、资源分享、经验交流、成果展示等；建立了QQ群用以分享课程课件、音视频教学资源等。充分利用信息交流工具，开展虚拟教研室成员间的实时对话和深入探讨。

信号处理系列课程是电子信息类专业重要的技术基础课程，其教学质量直接关系到学生专业基础理论的扎实程度。依托国家重点学科、国家电工电子教学基地、国家电工电子实验教学示范中心，北京交通大学信号处理教学团队，联合北京工业大学、北京建筑大学和北京联合大学从事相关教学的部分教师共建虚拟教研室，并在慕课（MOOCs）教学资源共享共建、教师综合素质提升以及虚拟教研室交流互访机制探索等方面开展实践，为进一步提升信号处理系列课程教学质量积累了宝贵的经验。

本文系电工电子基础课程国家级教学团队建设项目（项目编号：244033529）；电工电子国家级实验教学示范中心建设项目（项目编号：351003535）；北京交通大学教师发展中心教改项目“依托精品课程慕课（MOOCs）建设与实践切实提升教师教学能力”（项目编号：275012529）；信號处理系列课程虚拟教研室建设（项目编号：356037535）阶段性研究成果

参考文献：

[1] 陈后金.转变教育观念 造就知而有识学而善用的优秀人才[J].中国大学教学，2013（10）：10-11，15.

[2] 陈后金，胡健，薛健.信号与系统（第3版）[M].北京： 清华大学出版社、北京交通大学出版社， 2017：15.

[3]信号与系统[EB/OL].（2015-08-31）[2017-12-15].http：//www.icourse163.org/course/NJTU-359003.

[4] 数字信号处理[EB/OL].（2017-02-28）[2017-12-15].http：//www.icourse163.org/course/NJTU-1001950001.

（作者单位：胡健、陈后金，北京交通大学；张菁，北京工业大学；黄伟，北京建筑大学）

[责任编辑：翟 迪]