基于教育知识图谱的专业学位研究生信号处理类课程教学改革探索

［摘要］文章以信号处理类课程为例，基于对研究生课程教学模式的分析，针对专业学位研究生培养中存在的“同质化”“矮化”和“窄化”等问题，提出以产教融合和课程思政为双驱动，通过重构课程教学内容、完善课程资源库和改革课程考核评价机制，全面提高研究生的分类培养质量，以期为相关专业学位研究生的课程教学改革提供参考。

［关键词］产教融合；课程思政；信号处理类课程；专业学位研究生；教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）24-0066-05

国务院学位委员会、教育部印发的《专业学位研究生教育发展方案（2020—2025）》（以下简称《方案》）指出，专业学位研究生教育发展目标是，到2025年，以国家重大战略、关键领域和社会重大需求为重点，增设一批硕士、博士专业学位类别，将硕士专业学位研究生招生规模扩大到硕士研究生招生总规模的三分之二左右。《方案》还指出，发展专业学位研究生教育是经济社会进入高质量发展阶段的必然选择，是主动服务创新型国家建设的重要路径，是学位与研究生教育改革发展的战略重点。因此，如何利用好课程建设的“主战场”、课堂教学的“主渠道”，将显性教育和隐性教育相统一，避免专业学位研究生培养中出现“同质化”“矮化”和“窄化”等问题，深入开展专业学位研究生课程体系教学改革与探索任重道远。

高等数字信号处理、现代信号处理技术及信号分析与处理等实践性强的信号处理类课程，作为控制工程与电子信息两大专业领域研究生培养的学位基础课程，紧密结合了国家“海陆空”战略的实际需求，旨在为国家培养具备高水平信号处理技能和创新能力的专业人才，满足“海陆空”领域对信号处理技术的迫切需求。教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑，推动产学研深度融合是落实教育、科技、人才“三位一体”的重要途径。在此背景下，本文将探索信号处理类课程的创新教学模式，以强化专业学位研究生的实践能力与创新能力培养。

一、基于教育知识图谱的课程教学模式实施现状

（一）教学设计重专业理论教学、轻课程思政实践

在传统的研究生课程教学中，教师更侧重于基础理论知识的传授，而对课程思政的重视程度不够。虽然在教学设计中有所提及思政方面的内容，但具体实践中往往缺乏深入融合与有效实施，导致思政教育与专业教学的结合不够紧密，未能充分发挥其应有的育人价值。

通过中国知网搜索“研究生教育”和“思政教育”这2个关键词，共检索到931篇相关文章。使用VOSviewer工具进行文献计量分析和知识图谱可视化（见图1）的结果显示，“思政教育”与“思想政治教育”领域的相关研究文献数量较多，相比之下，关于“教学改革”“人才培养”等方面的研究文献则相对较少。同时通过中国知网搜索“研究生教育”“信号处理”以及“思政”这3个关键词，结果仅检索到1篇相关文章，说明目前针对研究生教育中信号处理类课程与思政教育相结合的相关研究尚显不足，亟须加大研究力度。

（二）课程内容重学术训练、轻工程实践案例

随着人工智能的广泛应用与快速发展，先进的信号处理方法和技术层出不穷，相关科研成果亦日新月异。然而，一些专业学位的信号处理类课程与学术学位课程内容“同质化”现象严重，且工程实践案例教学不足，未能与实际应用场景紧密结合，难以满足专业学位研究生在提升实践能力和职业素养方面的需求。同时，课程内容多局限于经典信号处理的讲解，这在一定程度上限制了专业学位研究生在信号处理领域创新思维和解决实际问题能力的培养。

通过中国知网搜索“研究生课程”和“产教融合”这2个关键词，仅检索到6篇相关文章。使用VOSviewer工具进行文献计量分析和知识图谱可视化的结果显示，自2019年起，关于将“产教融合”理念应用于研究生课程的研究逐步兴起，其中，“人工智能课程”的教学改革尤为显著，已成为一个新的研究热点。然而，在将实际工程案例有效融入研究生信号处理类课程的产教融合实践过程中，仍需进行更为深入的探索与研究。

（三）教学模式重线下课程讲授、轻线上课程资源建设

在研究生教育教学中，教师逐渐开始尝试采用线上线下混合式教学模式，然而，以线下教学为主的传统方式依然占据主导地位，这在一定程度上限制了教学模式创新的广度和深度。具体而言，线下教学往往过于依赖教师的讲授，缺乏足够的互动性和个性化，难以满足研究生多元化和深层次的学习需求；同时，线上课程资源建设尚不完善，缺乏丰富多样、系统性强且能够激发学生学习兴趣的学习资料，难以有效支撑线上线下混合式教学模式的全面实施和深化。

通过中国知网搜索近5年“研究生课程”和“信号处理”这2个关键词，共检索到26篇相关文章。使用VOSviewer工具进行文献计量分析和知识图谱可视化的结果显示，当前研究主要聚集于课程的教学方式、教学环节及教学内容，而对于混合式教学模式的研究尚处于初步探索阶段。同时，当通过中国知网搜索“研究生课程”和“课程资源建设”这2个关键词时，仅检索到6篇相关文章，说明关于研究生课程资源建设的研究相对较少，该领域仍有待进一步深入探索和研究。因此，开发并整合各类工程案例、最新技术成果、学术前沿等优质教育教学资源，以丰富研究生信号处理类课程的资源库，对于推动混合式教学模式的发展、提升教学质量具有重要意义。

综上所述，以信号处理类课程为例，以新理念为引领创新课程教学模式，开展产教融合与课程思政双驱动的专业学位课程教学改革探索与实践，对于激发研究生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的热情和动力，提升其实践创新能力和未来职业发展能力，以及引领和示范相关专业学位课程体系改革均具有重要的现实意义。

二、课程教学改革的实施

（一）教育知识图谱赋能课程教学改革

知识图谱作为人工智能从感知智能向认知智能变迁的基础和核心，为自主学习领域的知识建模提供了新的技术手段。知识图谱能够利用可视化图谱直观展示某一特定领域的知识核心结构、发展历史、前沿动态以及系统整体架构。

教育知识图谱作为知识图谱赋能教育领域的人工智能技术，是一种以知识元为节点，根据其多维语义关系进行关联，在知识层面和认知层面上表示学科领域知识和学习者认知状态，可用于知识导航、资源聚合、学习路径推荐的知识组织与认知表征工具。将教育知识图谱应用于构建语义网络，该网络旨在将碎片式、分散的教学资源与相关实体进行关联，从而形成一个庞大的知识体系。这一应用为区别于学术型的专业学位课程建设提供了智慧支撑。

具体而言，将教育知识图谱应用于课程教学改革中，能够利用知识图谱的强大功能，将学科领域的知识进行系统化、结构化地组织和展示，为学习者提供更加精准、个性化的学习路径和资源推荐，从而提升教学效果和学习效率，为专业学位课程建设提供智慧化的支撑和保障。

（二）课程教学改革实施方案

为解决专业学位研究生培养中存在的“同质化”“矮化”和“窄化”等问题，本文提出了基于教育知识图谱的课程教学改革方案（见图2）。

首先，精心设计教学内容，整合并优化课程知识点，以构建课程学科知识图谱，形成系统化、结构化的知识框架，便于学生理解和掌握。其次，以课程思政为切入点，通过深入挖掘思政元素，引入实践项目、工程案例等资源，构建教学资源知识图谱，确保各类资源实现有效整合与高效利用，促进理论与实践的深度融合。最后，通过优化知识表达方式，设置线上与线下学习任务，构建融合式学习任务知识图谱，以智能化、个性化的方式引导学生深入学习，提升学习效果与实践能力。

此外，课程考核评价机制采用“线上+线下、理论+实践、主观+客观”的多元形成性评价方式，以确保课程达成度。通过运用知识抽取和知识推荐的方式，实现教与学的新模式。每学期，学生的课程学业评价结果都会及时反馈给教学设计的前端，并以此为重要依据，定期对课程教学知识图谱进行完善和优化，从而实现专业学位课程的持续改进。

（三）具体改革内容

1.重构课程教学内容

首先，重构“学术性”知识框架。在重构的知识框架下，对知识体系进行模块化处理，系统梳理信号处理基础理论和技术的发展脉络，并将其划分为基础（经典）、现代、应用和展望4个模块。研究生可以根据课程目标和个人兴趣选择相应的知识模块，以丰富自己的专业知识储备，并强化科学思维能力的学术训练。

其次，强化“思政性”德育案例。在重构的知识框架下，深入挖掘课程知识点中的思政元素，结合专业教学目标与课程德育目标，通过专题研讨、交流互动等多种形式，将思政教育自然融入教学过程，旨在厚植研究生的家国情怀，提升研究生的思想道德素质，实现思政育人目标。

最后，注重“应用性”工程案例。在重构的知识框架下，以应用性为导向，聚焦信号处理技术的工程应用及其发展前沿。通过产教融合，将教师的科研成果案例和企业的经典工程案例融入课程教学内容之中。在现实职业情景的模拟和具体项目实践的操作中，着重培养研究生的专业能力和创新能力。

2.完善课程资源库

除常规网络教学平台上提供的作业题、配套练习题、思考题及教学视频等学习资料外，充分利用智慧教学技术，对课程教学资源进行智能化整合与动态更新，以满足研究生多样化的学习需求。

首先，构建课程案例库。按照重构后的课程知识框架，分章节搜集、整理课程案例；深化产教融合，与企业专家合作，注重将理论知识与实际操作相结合，开发具有完整性和代表性的原创工程案例，并整合具有先进性和创新性的精品案例，以丰富教学资源，提升教学质量。

其次，设计实践训练项目。按照基础与提高两个层级精心设计实践训练项目，确保学生在不同阶段能够获得相应的技能提升和实践经验。项目内容涵盖实验项目、虚拟仿真实验、经典工程代码分析及二次开发等多个方面。通过深化产教融合，将理论知识与实践训练相结合，进一步提升研究生的综合应用能力，培养出既懂理论又擅长实践的高素质信号处理人才。

最后，紧跟学术前沿动态。瞄准国家与地方的重大战略需求，引入产业和技术领域的新成果、新技术、新理论，鼓励研究生积极参与创新实践活动，深化其对专业知识的理解与应用，为国家和地方经济社会发展贡献智慧与力量。

3.改革课程考核评价机制

在实施课程教学改革过程中，应将终结性评价与形成性评价相结合，构建多元化的课程考核评价机制。通过线上线下全方位评估研究生的学习态度、能力、质量及效果，以确保评价的全面性和准确性，进而促进研究生的全面发展，并提升课程的教学质量和效果。

首先，评价主体多元。为全面评估研究生的学习成果，应构建多元化的评价主体体系，如教师评价、生生互评以及企业导师评价。其次，评价内容多元。除理论知识考核外，还应重视实践项目的考核，包括对研究生创新思维、团队协作等多方面能力的评估。最后，评价方式多样。引入终结性评价与形成性评价相结合的方式，如课堂教学观察、项目报告、口头展示及在线测验等多种手段。

三、结语

专业学位研究生信号处理类课程的教学改革是提升研究生实践创新能力、满足国家重大战略需求的关键。通过教育知识图谱赋能，以产教融合与课程思政为双驱动，重构课程教学内容，完善课程资源库，改革课程考核评价机制，可有效培养高素质信号处理人才，为经济社会发展提供有力支撑。

［参考文献］

[1] 国务院学位委员会，教育部.国务院学位委员会、教育部关于印发《专业学位研究生教育发展方案（2020—2025）》的通知[EB/OL].（2020-09-25）[2024-05-11].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/moe_826/202009/t20200930_492590.html.

[2] 陈友东.产教融合专业学位研究生教育课程模式及实践：以工程硕士（机械工程学科）的课程设计为例[J].教育教学论坛，2024（5）：149-152.

[3] 刘静，连彦青.产教融合下行业专家如何参与专业学位研究生授课：兼论清华大学校友行业专家课程[J].研究生教育研究，2023（5）：72-77.

[4] 曹玉东，周城旭，于玲.课程思政融入研究生数字信号处理课程的探索[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2024，26（2）：124-126.

[5] 冯燕尔，刘娟意.OBE理念下“随机过程及信号处理”课程教学实践与探索[J].浙江海洋大学学报（人文科学版），2022，39（2）：101-105.

[6] 曹玉东，周城旭，王冬霞，等.信息技术在线上线下混合教学中的应用探索：以数字信号处理课程为例[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2021，23（3）：113-115.

[7] 李振，周东岱.教育知识图谱的概念模型与构建方法研究[J].电化教育研究，2019，40（8）：78-86.

［责任编辑：林志恒］