關(guān)于《隨機信號分析》的教學(xué)實踐與思考

摘要：《隨機信號分析》是一門理論性較強的課程。針對學(xué)生初學(xué)這門課程時，往往會感到模糊、難懂、不易學(xué)，因此講授這門課程必須從它的特點出發(fā)，采用不同的教學(xué)方法才能對本課程有較好的把握。本文就《隨機信號分析》教學(xué)的基本內(nèi)容和應(yīng)把握好的幾個問題，進行了實踐和有益的思考。

關(guān)鍵詞：隨機信號分析 教學(xué) 思考

中圖分類號：TN929.11文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0158-03

《隨機信號分析》課程是通信工程、電子信息工程、測控技術(shù)與儀器、自動化等多個專業(yè)方向所共有的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其研究對象為隨機信號，區(qū)別于我們以往課程的研究對象。以往電子類的基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的研究對象為確定信號，其主要特征是有確定的數(shù)學(xué)表達式對信號的變化過程進行描述。而本門課程中的隨機信號作為一個全新的概念被提出和研究，隨機信號主要特征是沒有確定的變化形式，對其進行的觀測結(jié)果沒有確定的變化規(guī)律。隨機信號相比于確定信號要復(fù)雜得多，研究其要困難得多，但由于日常生活中有很多現(xiàn)象都是隨機的，通俗得講，就是隨機信號廣泛地作用于我們所見的環(huán)境和事物。比如說，每天的天氣情況，學(xué)生考試成績的分布等等，都是隨機信號，所以這門課程的理論與工程實際應(yīng)用與我們的日常生活緊密相聯(lián)。為了研究和進一步了解、改善我們的日常生活環(huán)境，我們必須教好和學(xué)好這門課程。本課程要求學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)并掌握隨機信號的基本理論與特性、隨機信號的基本分析方法以及用其分析問題和解決問題的能力。該課程主要內(nèi)容包括隨機信號的基本概念，隨機信號的概率分析與矩分析方法，隨機過程的嚴(yán)格平穩(wěn)性、廣義平穩(wěn)性、周期平穩(wěn)性及隨機過程的均值各態(tài)歷經(jīng)性，隨機過程的功率譜分析，隨機信號與噪聲通過線性系統(tǒng)，高斯與窄高斯隨機過程分析。本課程48學(xué)時，大三上學(xué)期開出。該課程的先修課程為《概率論》、《電路分析》、《信號與系統(tǒng)》等。

1 《隨機信號分析》課程特點[1][2]

1.1 統(tǒng)計的概念[3]

分析隨機信號，往往不是對其一個實驗結(jié)果感興趣，而是關(guān)心其大量的實驗結(jié)果的某些統(tǒng)計特性，因而隨機信號的描述方式以及推演方式都應(yīng)以其統(tǒng)計特性為出發(fā)點。因為隨機信號的規(guī)律性是從統(tǒng)計的角度表現(xiàn)出來的。統(tǒng)計分析是隨機信號分析的一個獨特分析方式，通過建立隨機信號變化過程的完備樣本空間函數(shù)集，從數(shù)學(xué)嚴(yán)格定義角度，包含所研究隨機信號全部的變化曲線，研究其變化特征，得到相應(yīng)的有效結(jié)論，總結(jié)其變化的規(guī)律，加以應(yīng)用到工程實際中，從而改善并提高包含隨機信號的電子類系統(tǒng)的性能。

1.2 物理概念[4]

本課程是電子信息類學(xué)科有關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，不要當(dāng)成純數(shù)學(xué)課程。數(shù)學(xué)課程注重的是公式的推導(dǎo)和邏輯的嚴(yán)密性，而本課程注重的是隨機信號的特征及其在工程實踐中的應(yīng)用。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，有很多現(xiàn)象和過程都是隨機信號，如投擲硬幣、投擲骰子、通信系統(tǒng)中的噪聲信號等等。所以，在學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中，要加強和實際工程應(yīng)用相結(jié)合，多列舉和講解相關(guān)實踐例題。

2 《隨機信號分析》課程的教學(xué)方式

2.1 教學(xué)方法的靈活使用形式與目的

教學(xué)方法以主講教師講授為主、配合電子教案的多媒體教學(xué)，提高教學(xué)效果。教師講授是傳統(tǒng)的授與學(xué)方式，是經(jīng)過幾千年實踐檢驗的方式，在講授過程中，學(xué)生能與教師的授課思路保持一致，達到很好的教學(xué)效果。在講授過程中通過電子教案演示，能更充分利用課堂教學(xué)時間，使學(xué)生能夠深入理解掌握基礎(chǔ)理論。

2.2 現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用與教學(xué)改革

現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展速度驚人，這是計算機大量普及的結(jié)果。圖例是理論教學(xué)中必備的教學(xué)道具，但由于圖的制作相當(dāng)困難，所以一直是理論教學(xué)中的弱點。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計算機繪圖技術(shù)和計算機仿真技術(shù)可以很容易達到圖例與理論教學(xué)相結(jié)合的目的。

由于隨機信號分析是一門理論性很強的課程，數(shù)學(xué)推導(dǎo)占絕大多數(shù)比例，因此在本門課程的教學(xué)過程中，我們的教師還是以傳統(tǒng)的黑板授課為主，在一些環(huán)節(jié)上利用多媒體演示一些隨機過程的實現(xiàn)過程和效果，這樣能夠達到比較好的教學(xué)效果。比如通過MATLAB仿真軟件更形象、生動地理解了理論基本概念，比較重要的幾個波形圖如下：

由（圖1）可以看出，隨機過程X（t）的均值為零，由于取樣點只有10000，所以曲線在零附近波動，如果取樣點足夠的多，X（t）的均值就趨于零。這個結(jié)果與理論值是一致的。

由（圖2）可以看出，當(dāng)τ不變，時間t變化時，自相關(guān)函數(shù)是直線，不發(fā)生變化，這說明自相關(guān)函數(shù)與時間t無關(guān)。當(dāng)時間t不變，τ發(fā)生變化的時候，圖線發(fā)生變化，這說明自相關(guān)函數(shù)隨τ的變化而變化。

若隨機信號的參數(shù)滿足圖1和圖2的變化過程，即滿足寬平穩(wěn)隨機過程成立的條件，所以此隨機過程X（t）是寬平穩(wěn)的，是我們課堂上重點和詳細(xì)研究討論的內(nèi)容。

由（圖3）可以看出，當(dāng)τ不變時，函數(shù)的功率譜不隨時間t的變化而變化；當(dāng)τ發(fā)生變化時，功率譜發(fā)生變化。只有當(dāng)τ=0時，功率譜才不為零，當(dāng)τ取其它值時，功率譜為零。如圖4所示為隨機信號通過單位沖激響應(yīng)系統(tǒng)的輸出波形，從圖中可以清楚的看到，輸出信號為平穩(wěn)隨機過程。

2.3 加強課堂檢查和互動，對三次不到課者，不能參加期末考試

作業(yè)和實驗成績計入總分，提高學(xué)生平時學(xué)習(xí)積極性。

3 對《隨機信號分析》課程的實踐和思考

本人參加《隨機信號分析》課程教學(xué)，五年下來，感觸頗多，現(xiàn)對五年《隨機信號分析》課程教學(xué)實踐工作進行總結(jié)，提出自己一些不成熟的看法，以供今后教學(xué)中改進。

3.1 《隨機信號分析》課程教學(xué)過程中的困惑

①課時數(shù)呈現(xiàn)嚴(yán)重不足現(xiàn)狀

在《隨機信號分析》課程內(nèi)容中第二章的內(nèi)容，幾乎占了教材內(nèi)容的30%～40%，而且要求理解及記憶的量較大。另外，有時規(guī)定一課時的內(nèi)容，一課時根本就無法完成。

②課程知識容量大，學(xué)生遺忘快

隨著教學(xué)內(nèi)容的加重，教師為了完成教學(xué)任務(wù)，每一節(jié)課堂容量都較大，課后又沒有時間及時鞏固，學(xué)生學(xué)習(xí)的效果必然不佳，這樣遺忘率當(dāng)然較高。

③大三與大一、大二所學(xué)內(nèi)容銜接不好，部分內(nèi)容脫節(jié)

《隨機信號分析》課程與大一、二所學(xué)的《概率統(tǒng)計》和《高數(shù)》聯(lián)系緊密，在學(xué)好這兩門課程的基礎(chǔ)上，才能學(xué)好《隨機信號分析》這門課程。

④貫徹課程教學(xué)理念中的困惑

新教學(xué)目標(biāo)和要求中要求鼓勵學(xué)生盡可能多地進行自主性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，而課時緊，教師想做又擔(dān)心時間、擔(dān)心進度，存在難以作為的情況。

⑤運用現(xiàn)代教育技術(shù)中的困惑

新教學(xué)目標(biāo)和要求強調(diào)應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，但在教學(xué)中，是不是什么課都要用到多媒體教學(xué)，哪些課更適合用多媒體教學(xué)，是整節(jié)課都用現(xiàn)代媒體教學(xué)，還是局部使用。怎樣將現(xiàn)代教育技術(shù)與課堂教學(xué)有機整合，這些都將是我們一線教師深入研究和探討的問題。

3.2 針對課程改革中出現(xiàn)的困惑的一些嘗試

問題的出現(xiàn)總需要我們?nèi)ッ鎸?，針對這些情形，教學(xué)中我們應(yīng)盡可能從以下幾個方面著手：認(rèn)真吃透教學(xué)目標(biāo)和要求標(biāo)準(zhǔn)，更新教學(xué)觀念；合理營造學(xué)習(xí)氛圍，提高課堂教學(xué)效率；加強學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)，提高學(xué)習(xí)自主性；正確處理啟發(fā)式教學(xué)與傳統(tǒng)接受式教學(xué)的關(guān)系；科學(xué)使用現(xiàn)代教育技術(shù)，不流于形式。

新課程改革作為一項新事物，我們在最初接觸時會不適應(yīng)，但我們在學(xué)習(xí)過程中要不斷調(diào)整方向，盡可能走出一些誤區(qū)。

新教學(xué)目標(biāo)和要求更加重視過程的教學(xué)，在課程內(nèi)容與要求中，特別強調(diào)數(shù)學(xué)知識的發(fā)生、發(fā)展過程的教學(xué)。在此理念指導(dǎo)下，在教學(xué)中，我們一線教師應(yīng)鉆研新教學(xué)目標(biāo)和要求，更新教學(xué)觀念，忌諱用新教材，走老路子。要放手給學(xué)生，做到“三先三后”，即學(xué)生活動在前，數(shù)學(xué)理論在后，學(xué)生思考在前，教師講解在后，學(xué)生探究在前，教師總結(jié)歸納在后。真正意義上做到實現(xiàn)學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。

新教學(xué)目標(biāo)和要求倡導(dǎo)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生經(jīng)歷知識發(fā)生過程。在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，合理創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膯栴}情境，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及求知欲，使學(xué)生主動參與教學(xué)活動，體會通信的應(yīng)用價值和文化價值，并適時進行通信史教育及德育教育，發(fā)揮學(xué)科的德育滲透功能。但情境設(shè)置要符合學(xué)生的實際和認(rèn)知水平，量也要適度，不能脫離主題。忌諱將通信課堂開成故事會。事實上，情境引入，應(yīng)有吸引力，淺顯，直入主題，不宜深入、跑題，更不宜追求新穎，而沖淡主題。

新教學(xué)目標(biāo)和要求在“目標(biāo)要求”中突出了學(xué)習(xí)主體，要求“通過不同形式的自主學(xué)習(xí)、探究活動，分配比例通信發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的歷程”。自主學(xué)習(xí)只有根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)，在教師的組織指導(dǎo)下才能有效，否則將課堂變成討論會，課堂上表面轟轟烈烈，氣氛濃厚，但一節(jié)下來，學(xué)生收獲甚微。這便背離新課程改革理念的初衷。

新教學(xué)目標(biāo)和要求在“教學(xué)建議”中指出“恰當(dāng)運用現(xiàn)代計算機技術(shù)，提高教學(xué)質(zhì)量”。在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\用多媒體技術(shù)，對教學(xué)有很好的輔助作用，可大大提高課堂教學(xué)效益。但有些領(lǐng)導(dǎo)或職能部門，把是否使用現(xiàn)代教育技術(shù)作為評價一節(jié)優(yōu)課的必備條件，實在是盲目。這使得在一些課堂中，把多媒體當(dāng)作小黑板使用或當(dāng)電影機使用，甚至部分年輕教師，黑板成了擺設(shè)，寫個課題一放就沒有其它功能了，課堂上盡是放幻燈片。

對現(xiàn)代教育媒體，我們要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)，有選擇地使用，并在合適的時機使用。

總之，在新課程的實施中，我們會遇到許多困惑和問題。對于每一個從事教學(xué)的教師來說，都是一種挑戰(zhàn)。我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)新教學(xué)目標(biāo)和要求，研究新教材，更新觀念，轉(zhuǎn)變角色，努力提高自身的通信專業(yè)素質(zhì)和教育科學(xué)素養(yǎng)，以適應(yīng)課程實踐和改革的需要。

參考文獻

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