電子信息類專業(yè)“隨機(jī)過程”課程教學(xué)改革研究

摘要：針對“隨機(jī)過程”課程具有理論性強(qiáng)和實(shí)際應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，結(jié)合湖南城市學(xué)院電子信息類專業(yè)改革的實(shí)際情況，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為目的，對“隨機(jī)過程”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革，以期努力提升“隨機(jī)過程”課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：隨機(jī)過程；電子信息類專業(yè)；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0084-02

“隨機(jī)過程”是一門研究隨機(jī)現(xiàn)象變化過程的特點(diǎn)與規(guī)律性的學(xué)科，它的理論和方法不僅應(yīng)用于自然科學(xué)領(lǐng)域，而且還應(yīng)用于社會科學(xué)、軍事科學(xué)、金融與經(jīng)濟(jì)等其他領(lǐng)域。在自然科學(xué)的電子信息類領(lǐng)域中，隨機(jī)過程是信號估計、檢測、濾波等信號處理的理論基礎(chǔ)，并且廣泛應(yīng)用于電子通信、信號處理、自動控制、數(shù)字圖像處理、地震信號處理等領(lǐng)域。[1-4]鑒于“隨機(jī)過程”的理論和方法具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價值，結(jié)合湖南城市學(xué)院電子信息類專業(yè)改革的實(shí)際情況，以培養(yǎng)學(xué)生必須具有良好的職業(yè)素質(zhì)、富于創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力、能主動適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日新月異發(fā)展的需要、具備必需的理論基礎(chǔ)知識和較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力為目的，對“隨機(jī)過程”的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的改革探索是非常必要的。

一、“隨機(jī)過程”教學(xué)的現(xiàn)狀分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得隨機(jī)過程理論的應(yīng)用日益廣泛和深入。為了適應(yīng)社會發(fā)展對本科院校教育改革的要求，近年來許多高等院校在“隨機(jī)過程”教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了有益的探討研究，并取得了較好的效果。[5-8]但是還有很多地方本科院校，由于師資力量不足或者教學(xué)管理跟不上，使得“隨機(jī)過程”教學(xué)質(zhì)量上不去，從而直接導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和學(xué)習(xí)積極性下降。總體看來，“隨機(jī)過程”教學(xué)還存在以下兩個主要問題：第一，理論教學(xué)以整版數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)為主，缺乏實(shí)際應(yīng)用性。例如：湖南城市學(xué)院的“隨機(jī)過程”課程以前是數(shù)學(xué)專業(yè)教師講授，他們只講解教材中的純數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，而沒有結(jié)合實(shí)際的通信電子系統(tǒng)來講授數(shù)學(xué)公式中的物理意義，使得學(xué)生聽起來很費(fèi)勁和枯燥乏味，從而無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性。第二，缺乏相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器和仿真軟件，無法開設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，使得學(xué)生無法將理論與實(shí)踐相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際動手能力差，從而無法達(dá)到培養(yǎng)具備必需的理論基礎(chǔ)知識和較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力的綜合性人才的目的。

二、“隨機(jī)過程”教學(xué)內(nèi)容改革研究

多年來，“隨機(jī)過程”課程由于受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，在教學(xué)內(nèi)容上存在許多缺點(diǎn)。為了適應(yīng)社會發(fā)展對本科院校教育改革的要求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，分別從教材選取、理論教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革三個方面對“隨機(jī)過程”教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1.教材的選取

目前市面上有許多關(guān)于“隨機(jī)過程”課程的教材，例如：陸大金的《隨機(jī)過程及其應(yīng)用》、羅鵬飛的《隨機(jī)信號分析與處理》、陳明的《信息與通信工程中的隨機(jī)過程》、劉次華的《隨機(jī)過程》等等。這些教材都有一個共同的特點(diǎn)：它們都是為碩士研究生編寫的教材，教材的內(nèi)容多、難度大，無法適用于地方本科院校的本科生。鑒于湖南城市學(xué)院是一所普通的地方本科院校，學(xué)生的入學(xué)成績和能力普遍比重點(diǎn)院校的本科生與研究生差，因此在教材方面的選取要慎重。經(jīng)過反復(fù)比較和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)湖南大學(xué)何選森編著的《隨機(jī)過程》教材內(nèi)容充實(shí)、難度適中、通俗易懂，該教材比較適合于地方本科院校的初學(xué)者，所以湖南城市學(xué)院暫時選用該教材作為電子信息類專業(yè)的課堂教材。

2.理論教學(xué)內(nèi)容改革

當(dāng)前“隨機(jī)過程”課程在體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和教材的應(yīng)用性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性以及知識更新方面跟不上新技術(shù)的發(fā)展和變化，缺乏對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常感到枯燥乏味，難以接受，教學(xué)效果差。學(xué)生學(xué)完后對隨機(jī)過程的分析方法不能完全理解，基本達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)。因此，授課內(nèi)容的取舍對課堂教學(xué)效果起著重要作用。由于“隨機(jī)過程”課程的內(nèi)容豐富，它不但與具體的電路系統(tǒng)有關(guān)，而且還與具體的通信系統(tǒng)有關(guān)，因此在授課時不能面面俱到，也不能僅僅依靠一本教材就能講好“隨機(jī)過程”課程，所以在課堂教學(xué)中提到的問題要貼近學(xué)生，同時還要多講一些與該課程相關(guān)的前沿科技知識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力?；谏鲜鲈?，將對隨機(jī)過程的理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行如下改革：第一，在選擇授課內(nèi)容時可以將隨機(jī)信號通過具體的電子通信系統(tǒng)問題重點(diǎn)納入到教學(xué)內(nèi)容體系中，例如：在講解馬爾可夫過程時，除了講解必要的理論基礎(chǔ)知識之外，還可以把移動通信或者無線通信系統(tǒng)作為一個具體的案例進(jìn)行講解。通過對授課內(nèi)容的改革，使學(xué)生將理論知識用于解決實(shí)際問題。第二，可以結(jié)合電子信息類專業(yè)的特點(diǎn)，把隨機(jī)過程知識與電子通信、信號處理、網(wǎng)絡(luò)分析等方面的專業(yè)知識相結(jié)合，為以后學(xué)習(xí)其他專業(yè)知識打下一定的基礎(chǔ)。第三，在課程中適當(dāng)引入教師的科研項(xiàng)目，加深學(xué)生對深奧枯燥的理論知識的理解，也能拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

3.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

在很多地方本科院校，由于資金缺乏，一些課程沒有實(shí)驗(yàn)儀器和專業(yè)仿真軟件，從而導(dǎo)致不能開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程。“隨機(jī)過程”課程實(shí)驗(yàn)需要專業(yè)的仿真軟件，而這些專業(yè)軟件的價格往往不菲，因此不具備滿足“隨機(jī)過程”教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使得該課程一直無法開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。為了開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以先調(diào)研兄弟院校在該課程中是如何開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)的，然后結(jié)合湖南城市學(xué)院的實(shí)際情況為學(xué)生增開一些實(shí)驗(yàn)課程。對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，基于仿真軟件的實(shí)驗(yàn)。由于受到教學(xué)課時的限制，可以選擇從實(shí)際的電子通信問題入手，結(jié)合電子信息類專業(yè)的需求與相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，巧妙地擬定學(xué)生喜歡的實(shí)驗(yàn)題目，以提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力和解決問題的能力。第二，形成開放性實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以書本和教師為中心，往往是教師在上面講實(shí)驗(yàn)過程和注意事項(xiàng)，學(xué)生在下面開始動手做，很多學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前根本不對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，而是按照教師和書本上的步驟照葫蘆畫瓢，還有一部分學(xué)生根本就不做實(shí)驗(yàn)，而是將別人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接抄襲到自己的實(shí)驗(yàn)報告中，這樣往往也能蒙混過關(guān)。但是這種只重視教師教，而不考慮學(xué)生學(xué)的教學(xué)方式，僅僅將知識的掌握當(dāng)做教學(xué)的唯一目的，沒有對學(xué)生的實(shí)際動手能力培養(yǎng)進(jìn)行重視，從而導(dǎo)致學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后都不知道做了什么實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無法提高學(xué)生的實(shí)際解決問題的能力。因此，教師可以通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課后開放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，提高教學(xué)質(zhì)量，使得學(xué)生能夠真正達(dá)到手腦并用，促進(jìn)他們對實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題進(jìn)行探索，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如：在講解泊松過程時，讓學(xué)生課后觀察某個十字交叉路口的車輛數(shù)是否為泊松過程或者調(diào)研某電話交換臺的呼喚次數(shù)與泊松過程的關(guān)系等等。

三、“隨機(jī)過程”教學(xué)方法的探索

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師一邊講授書本上的知識，一邊在黑板上板書，學(xué)生在下面聽，這樣的教學(xué)方式有利于學(xué)生掌握書本上的基礎(chǔ)知識，但是不利于提高學(xué)生的主觀能動性。因此，“隨機(jī)過程”課程將積極使用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，探索多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、學(xué)生與教師互動相結(jié)合的教學(xué)模式，并結(jié)合湖南城市學(xué)院學(xué)生的實(shí)際情況，對教學(xué)方法進(jìn)行改革。

1.多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

現(xiàn)代教學(xué)多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，為提高學(xué)生的綜合能力提供了一種新的教學(xué)方法，但是在運(yùn)用多媒體技術(shù)時，必須做好與傳統(tǒng)教學(xué)法的有機(jī)結(jié)合，這樣才能更好地提高教學(xué)效果。在多媒體技術(shù)出現(xiàn)之前，教師基本上都是使用傳統(tǒng)的黑板教學(xué)方式，但是該教學(xué)方式在很多課程中具有明顯的缺陷。例如：隨機(jī)過程的分析方法數(shù)學(xué)公式太多太復(fù)雜，在有限的課時內(nèi)，傳統(tǒng)的黑板方式很難完成教學(xué)任務(wù)，而且學(xué)生看到整版的公式推導(dǎo)會感到非?？菰锓ξ?，從而無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。與傳統(tǒng)的黑板相比，多媒體技術(shù)具有更多的優(yōu)越性，它可以將文字、圖片、聲音等集成在一起，創(chuàng)造一個圖文并茂、有聲有色、生動逼真的教學(xué)環(huán)境，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富充實(shí)和具有更強(qiáng)的吸引力，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。例如：在多媒體課件上可以適當(dāng)添加一些專業(yè)英語，使學(xué)生不但可以學(xué)到專業(yè)理論知識，而且還學(xué)到了專業(yè)英語知識，從而為學(xué)生自學(xué)英文教材打下一定的基礎(chǔ)。雖然多媒體技術(shù)為課堂教學(xué)提供了許多活力，但它不能完全代替教師。例如：地方本科院校學(xué)生的基礎(chǔ)和能力普遍較差，如果課堂上只用多媒體技術(shù)教學(xué)，學(xué)生在聽課時就會像在看電影一樣，上完課后，對于課堂的主要內(nèi)容一知半解，甚至有些學(xué)生完全不知道課堂上講解了什么內(nèi)容。因此，針對湖南城市學(xué)院的實(shí)際情況，在課堂上應(yīng)該將多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)黑板相結(jié)合?？傊?，應(yīng)該根據(jù)“隨機(jī)過程”課程各章節(jié)內(nèi)容的不同，靈活使用多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)黑板，使兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，以產(chǎn)生最佳教學(xué)效果。

2.學(xué)生與教師互動相結(jié)合

在教學(xué)過程中，雖然使用了先進(jìn)的多媒體技術(shù)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，但有時教學(xué)效果還是不理想，主要原因在于學(xué)生和教師沒有完全互動起來，因此在教學(xué)過程中有必要將學(xué)生和教師互動有機(jī)結(jié)合起來。第一，在課堂上給學(xué)生設(shè)置一個問題，然后讓學(xué)生一起來討論。例如：什么是白噪聲？為什么研究白噪聲？通過這樣的提問討論可以把學(xué)生的積極性調(diào)動起來。第二，將學(xué)生和教師的角色互換，可以把班上的學(xué)生按照3～4人分成一組，然后給每一組分配一些新課的內(nèi)容，下次上課時讓學(xué)生講解新課內(nèi)容，讓其他學(xué)生和教師來聽講與評價，這樣能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)興趣。第三，在教學(xué)過程中給學(xué)生布置一定的課后任務(wù)。例如：查閱當(dāng)前有什么先進(jìn)的技術(shù)方法和軟件可以用于分析具體電子通信系統(tǒng)中的隨機(jī)信號，也可以提出一些與實(shí)際結(jié)合緊密的問題，讓學(xué)生通過上網(wǎng)查閱資料的方式去解決，這樣可以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。同時，教師還可以將學(xué)習(xí)資料及時發(fā)布給學(xué)生，并搭建教師與學(xué)生之間的交流平臺，學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的有關(guān)問題可以隨時與教師進(jìn)行溝通和討論。

四、總結(jié)

本文從湖南城市學(xué)院電子信息類專業(yè)改革的實(shí)際情況出發(fā)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為目的，積極探索有效的教學(xué)途徑。通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面的探索和改革，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事電子通信相關(guān)技術(shù)及研發(fā)工作打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：孫晴）