編者按：為充分發(fā)揮精品課程的標(biāo)桿示范作用，促進(jìn)研究生課程質(zhì)量進(jìn)一步提升，研究生院自2018年啟動了研究生精品課程建設(shè)工作，以公共基礎(chǔ)課和各一級學(xué)科（類別）專業(yè)課為重點(diǎn)，充分結(jié)合國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組和全國專業(yè)學(xué)位研究生教育指導(dǎo)委員會編寫的《研究生核心課程指南》，整體規(guī)劃、分步實施，至2020年，經(jīng)學(xué)院推薦、學(xué)校專家評審、研教指委審議通過，學(xué)校已立項了三批“精品課程”。新聞中心特開設(shè)【研究生精品課程】欄目，分享這些“精品課程”基于“價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”三位一體的教育理念，從課程目標(biāo)與定位、課程內(nèi)容、教學(xué)和考核方式、課程特色和成效等方面總結(jié)梳理其經(jīng)驗心得，與師生讀者共享。本期介紹自動化工程學(xué)院劉科研究員在“數(shù)字信號的處理方法及應(yīng)用”課程中的教改探索。
數(shù)字信號處理主要研究通過數(shù)字運(yùn)算方法實現(xiàn)信號的變換、濾波、檢測、估值、調(diào)制解調(diào)等處理，以便估計信號的特征參量，增強(qiáng)信號中的有用分量。數(shù)字信號處理課程難不難學(xué)？難！有多難？學(xué)生精辟總結(jié)：“很燒腦！”這樣的課程怎么教？學(xué)生怎么學(xué)？
多年來，自動化工程學(xué)院劉科研究員與課程組成員高斌、楊擴(kuò)軍、張朋、金衛(wèi)、潘卉青等在《數(shù)字信號處理方法及應(yīng)用》課程中，一直堅持不懈地探索實踐，在課程內(nèi)容、授課方式等方面做了一系列改革，力圖使學(xué)生聽得懂、學(xué)得會、用得活。
循序漸進(jìn)：承上啟下補(bǔ)齊短板
無論是通信、電子、自動化還是航空航天、生物信息等，都離不開數(shù)字信號處理。在自動化工程學(xué)院，《數(shù)字信號處理方法及應(yīng)用》課程是儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和控制科學(xué)與工程專業(yè)的研究生學(xué)位課程。其核心內(nèi)容通俗地說就是“模擬信號變成數(shù)字信號以后怎么提取有用信息”。
這門課程高度抽象，理論性強(qiáng)，涉及的公式多，尤其是“域”、“模擬頻率與數(shù)字頻率”等概念讓許多學(xué)子費(fèi)解，學(xué)習(xí)起來感到十分吃力。不僅如此，它還讓教師的教學(xué)感到棘手，因為選課的研究生基礎(chǔ)各不相同，大部分學(xué)生甚至沒有學(xué)過諸如《信號與系統(tǒng)》等相關(guān)課程。
因此，教學(xué)必須適應(yīng)大部分學(xué)生的實際情況，對癥下藥。劉科說，講課的難點(diǎn)之一，就是在“不把本科課程重講一遍的情況下，讓沒有學(xué)過的學(xué)生也能快速的學(xué)懂弄通，達(dá)到研究生應(yīng)有的水平”。
在第一堂課，劉科都會告知學(xué)生這門課程需要先修的內(nèi)容以及應(yīng)該達(dá)到的水平，并提醒沒有學(xué)過相關(guān)課程的同學(xué)，需要把短板盡快補(bǔ)上，不然后面的學(xué)習(xí)會感到很吃力。同時，他還梳理了先修課程的重要知識點(diǎn)，并提供慕課等自學(xué)資源，幫助學(xué)生快速的掌握先修知識，不會因為沒有學(xué)過就望而卻步。
在講解內(nèi)容中，如遇到相關(guān)知識點(diǎn)，課程組會把相關(guān)的重點(diǎn)內(nèi)容拎出來進(jìn)行串講，并布置相應(yīng)的作業(yè)練習(xí)，讓學(xué)生盡快進(jìn)入狀態(tài)。
豐富案例：問題驅(qū)動激發(fā)興趣
鑒于該課程比較抽象，劉科在講課時會舉許多鮮活的例子，力求讓授課內(nèi)容通俗易懂。例如，在講“抽樣率”的概念時，他結(jié)合同學(xué)們生活中常見的“問卷調(diào)查”進(jìn)行講解：“如果你們公司要做市場調(diào)查，派出50位調(diào)查員，每個人完成了1000份調(diào)查問卷……”
他用5萬份調(diào)查問卷來類比信號的“樣本”，并向?qū)W生提問：“如果你是公司的負(fù)責(zé)人，怎么管理這5萬份問卷？需要做一個較大的保險柜或文件夾存起來嗎？能不能從問卷找那個繼續(xù)抽取部分樣本，既保持我們要調(diào)查的事件信息不丟失，又能提高管理效率？”
這樣，就自然地過渡到“抽樣以后信息會不會丟失？”問題。然后，他又舉一個生活中常見的“相冊管理”的例子，讓學(xué)生加深理解體會?！罢掌ǜ窳宋覀兊恼滟F記憶。如果有一天，你的照相冊被火燒了，或是被別人誤刪除了，你還能回憶起那段時間的歷程嗎？如果回憶不起來，那就是‘因為抽樣造成了信息丟失’”。
“怎么樣能保證抽樣后信息依然不丟失?”他啟發(fā)同學(xué)們，“我們要保存自己的記憶，為什么不每時每刻、不間斷地拍攝照片？而是可以找關(guān)鍵的、具有紀(jì)念意義的時刻來拍照？為什么我們可以通過一些關(guān)鍵的照片，回憶起自己的整個人生？”
就這樣，劉科把看似抽象的數(shù)學(xué)原理，變成了生活中可以感知的事例，讓學(xué)生首先理解概念背后的核心思想，然后切入具體的理論和公式。在舉例的過程中，他喜歡用問題驅(qū)動的方式，向?qū)W生提出一系列相互關(guān)聯(lián)的或者層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。
而且，他注意整本書內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，不管是講授還是復(fù)習(xí)回顧，都會把有關(guān)系的內(nèi)容信手拈來，讓學(xué)生感受各個知識點(diǎn)之間的深刻聯(lián)系。
鼓勵探索：舉一反三靈活應(yīng)用
數(shù)字信號處理在不斷發(fā)展，新理念、新方法、新知識層出不窮。劉科表示，課堂上所講的基本內(nèi)容其實是已經(jīng)發(fā)展得比較成熟的知識體系，具有一定的系統(tǒng)性。它是引領(lǐng)同學(xué)們自己前行的航標(biāo)，也是幫助同學(xué)們探索創(chuàng)新的有力工具。
他鼓勵同學(xué)們在吃透基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，深入到具體領(lǐng)域、具體方面或者具體的應(yīng)用場景中進(jìn)行更加深入的研究。他說：“通過基礎(chǔ)理論培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，這比學(xué)習(xí)知識更重要?！?
劉科幾乎在每一章之前，都會花1個學(xué)時到1.5個學(xué)時講應(yīng)用，然后從應(yīng)用過度到理論，當(dāng)講解完相關(guān)理論后，他又回到更具體的應(yīng)用案例和場景當(dāng)中，進(jìn)行更加深入的解讀，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用這些原理。
通過這些鋪墊，他希望學(xué)生能夠自己探索、自己尋找解決方案，掌握從具體到抽象，再從抽象到具體的認(rèn)識升華。他幽默地說，“我希望學(xué)生達(dá)到的水平就是，他們遇到問題不要來問劉老師，而是問他們自己?！?
與此相應(yīng)，他在課后從來不布置練習(xí)作業(yè)，而是布置沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的“課程設(shè)計”；同時，他并不看重學(xué)生所做的結(jié)果，而是看重學(xué)生的設(shè)計思路。他認(rèn)為，對于研究生來說，布置課程設(shè)計更能促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動搜尋課本上沒有的知識，并在深入研究中形成自己的思路和結(jié)論。研究生教育的目的，就是要讓學(xué)生研起來，強(qiáng)化自主研究的意識，形成自主探索的習(xí)慣。
同時，他把實驗與應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生一邊學(xué)理論，一邊做實驗，學(xué)做結(jié)合、融會貫通。有的學(xué)生把課程學(xué)習(xí)與項目研究結(jié)合起。2018級碩士研究生游佳靜表示，“這門課程對我做項目帶來很大的幫助，尤其是在做采樣率轉(zhuǎn)換時遇到的抽取插值問題以及量化誤差的計算處理問題時，翻一下課堂筆記，常會產(chǎn)生新的理解和思路。
課程思政：潛移默化潤物無聲
無論是課上，還是課下，劉科與學(xué)生都保持著密切的交流。學(xué)生有什么疑問，可以隨時去辦公室找他，或者在線交流。在與學(xué)生交流的過程中，他會聆聽學(xué)生的困惑，分享自己的想法和思路，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考，或者在學(xué)習(xí)、生活等方面給學(xué)生一些建議。
在與學(xué)生交心的過程中，他潛移默化地鼓勵學(xué)生要立大志、成大才，尤其要把自己的所學(xué)與國家重大需求緊密結(jié)合，不辜負(fù)這個偉大的時代。他說，我們儀器行業(yè)的發(fā)展與歐美還存在差距。我們今天打好基礎(chǔ)、提升創(chuàng)新能力，將來才有可能為解決“卡脖子”問題做出貢獻(xiàn)。
他還引導(dǎo)同學(xué)們正確認(rèn)識國內(nèi)外的科技差距，勉勵同學(xué)們保持勤奮學(xué)習(xí)的勁頭、勇于挑戰(zhàn)的精神，被“卡脖子”就要更加努力地奮斗，從“跟跑”邁向“并跑”甚至“領(lǐng)跑”，堅決摒棄“躺平”的消極態(tài)度。
目前，這門課程的選課人數(shù)較多，上課形式多采用“大課制”。為了取得更好的教學(xué)效果，劉科通過分組的形式，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)團(tuán)隊合作，共同提升攻堅克難的能力。下一步，他還將努力使課程向“小班化”發(fā)展，這樣，學(xué)生可以開展更加深入的探究性學(xué)習(xí)、挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)，并更加密切地開展學(xué)生與老師、學(xué)生與學(xué)生之間的學(xué)術(shù)交流、思想交流。
劉科表示，“立德樹人是我們的根本任務(wù)，是對每一位老師、每一門課程的基本要求。我們將在教學(xué)實踐中不斷探索，更好地提升學(xué)生的創(chuàng)新精神、培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，努力培養(yǎng)堪當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人！”
