“信號檢測與估計”研究生課程教學的建設

王曉君 安國臣 張秀清 康嬌

摘 要：“信號檢測與估計”課程是電子與通信學科研究生的一門重要基礎理論課程。由于其理論性較強，學生難以理解和掌握，通過全面的課程建設提高其教學效果是非常有必要的。文章首先分析了本課程的主要特點，梳理了授課內(nèi)容，提出了目前授課存在的一些亟待解決的問題；然后重點從教學思路、課堂舉例、課后拓展、教學手段、參考講義、考核方法以及日常教學方法等多個方面闡述了本課程的建設內(nèi)容。通過完成這些建設，增加了學生對知識的理解掌握能力，全面提升了課程的教學效果。

關(guān)鍵詞：檢測與估計；基礎理論課程；課程教學；教學效果

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）12-0085-03

Abstract： Signal Detection and Estimation of the graduate course in electronic communication field is an important basic theory course. Due to its strong theoretical knowledge， students are hard to understand and master it， so it is necessary to improve the teaching effect through the comprehensive course construction. Firstly， in this paper， the main features of this course are analyzed， the teaching contents are sorted out， and some existing problems that should be solved are put forward. Then the paper expounds the contents of constructing this course from several aspects， such as teaching ideas， class examples， after-class expansion， teaching methods， reference materials， evaluation methods， and daily teaching methods. By completing these constructions， the students' understanding of knowledge are increased， which comprehensively improves the teaching effect of the course.

Keywords： detection andestimation； basic theory courses； course teaching； teaching effect

一、概述

《信號檢測與估計》課程，是電子與通信學科研究生的一門重要的基礎理論課程。課程的理論性很強，是本學科研究生建立正確的系統(tǒng)科研方法的入門課程，是現(xiàn)代通信、雷達、聲納以及自動控制技術(shù)的理論基礎。不僅如此，它也廣泛應用在模式識別、射電天文學、遙感遙測、天氣預報、系統(tǒng)辨識乃至醫(yī)學、社會學等領域或技術(shù)中[1-3]。通過本課程的學習，使學生系統(tǒng)地了解信號檢測與估計的基礎知識和基本理論，掌握對噪聲中信號處理的基本方法。而且使學生學會一種從實際問題→建立數(shù)學模型→分析問題→解決問題的思路和方法，為今后科學研究打下一個堅實的基礎。課程中重要的知識點包括檢測與估計兩個部分：1.檢測部分包括：噪聲中信號檢測與估計模型、最佳檢測準則、檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、檢測性能分析、匹配濾波器、隨機過程的正交分解以及最佳波形設計等；2.估計部分包括：最佳估計準則、估計量的構(gòu)造和主要性質(zhì)、信號波形估計的概念和準則、線性最小均方誤差估計、最小二乘估計、信號波形中參量的估計、維納濾波和卡爾曼濾波算法等。

鑒于課程特點，本課程的授課方法仍以課堂講授為主，但由于本課程的理論復雜，公式推導較多，所以在短時間內(nèi)，學生很難建立起對這門課的整體認識，學習效果往往不甚理想。國內(nèi)多位專家、老師針對該課程的設置與某些知識點教學方法的改進，提出自己了的建議與方法[4-8]。作者承擔了河北省2017年省示范課程的建設項目，根據(jù)多年的該課程的教學經(jīng)驗，并參考其他老師在類似課程中教改思路[9-11]，提出一些提高本課程教學效果的思路和方法，其中部分方法在教學實踐中加以使用，取得了良好的效果。論文在梳理教學內(nèi)容基礎上，重點闡述本次建設的內(nèi)容。

二、課程內(nèi)容梳理

表1中給出經(jīng)過梳理后的36學時，2學分的“信號檢測與估計”的授課內(nèi)容與學時分配[1-3]。由表可見，內(nèi)容安排涵蓋了“信號檢測與估計”課程的四塊主要內(nèi)容：統(tǒng)計檢測、波形檢測、統(tǒng)計估計和波形估計，其主要的知識點均有涉及。

授課內(nèi)容比較全面且系統(tǒng)性較強，是為了使學生能夠更好的理解課程的體系，以更好的指導日后的科研與論文寫作實踐。由于內(nèi)容多且理解困難，因此不可避免的會和學時緊張產(chǎn)生矛盾，這就需要注意日常授課的節(jié)奏把控、內(nèi)容取舍和深淺掌握，不宜造成前松后緊的局面。

三、教學建設

在幾個學期的教學實踐中，作者經(jīng)過不斷的摸索實踐，在2017年省示范課程項目的支持下，從課堂內(nèi)容安排、課下安排、教學手段、考核方法等多個方面對課程進行了全面的建設。

（一）以幫助學生建立完整的知識結(jié)構(gòu)為課程目的

“信號檢測與估計”是電子與通信學科研究生期間的重要的專業(yè)基礎課，是建立完整科學在隨機噪聲背景下進行有用信號檢測與估計方法的重要課程，是學生日后開展科學研究與論文寫作的理論指導，沒有這方面的意識修養(yǎng)，就很難找到正確的研究方法，自然也難有建樹。因此老師應該認識到在有限的授課時間內(nèi)，知識體系建立的重要性要遠大于具體知識的傳授，幫助學生建立正確的科研意識要遠比具體公式的推導更有用。因此每節(jié)課的課前引導、課中與實際應用的即時聯(lián)系和課后總結(jié)歸納就顯得尤為重要。為了達到上述目的，課下就需要精心準備，不斷豐富教學內(nèi)容，合理安排課堂時間，加強對學生的引導。

（二）以領域?qū)嵗齺硪龑Ъ由顚W生對課程的理解

信號檢測與估計的理論在通信、雷達、衛(wèi)星導航等領域深有體現(xiàn)。在授課過程中，實時的在課堂上舉例，可以幫助學生更好的理解枯燥的理論，知道所學知識是如何解決實際問題的，這樣會增加他們的學習興趣。例如，通信系統(tǒng)的中二元數(shù)字通信系統(tǒng)對統(tǒng)計檢測理論的理解、通信系統(tǒng)中的FSK信號接收對波形檢測理論的理解、雷達信號檢測的方法對奈曼-皮爾遜準則和恒虛警概念的理解、衛(wèi)星導航中的PVT解算對最小二乘估計的理解等等。在課堂上，實時將所講的知識點，在不同應用領域上加以聯(lián)系，不但加深了學生對知識的理解，也提高了學習興趣，事半功倍。

（三）增加課后拓展練習，促進學生勤于思考

由于課上時間有限，為了能使學生更好地理解所學知識，提高知識的遷移率，課下的練習和思考就顯得尤為重要。尤其像這種理論性很強的課程，看懂和理解完全是兩回事，只有課下不斷的主動思考與親身實踐，才能真正的理解所學知識，并能溫故知新，為新知識的學習做好準備。

本課程的課后思考或練習有兩個來源：一是參考書目中的課后習題，由于要考慮研究生學習的客觀情況，所以選擇題目宜少而精，尤其要有典型性；二是留大作業(yè)，題目稍大，超出課本上內(nèi)容，課下學生需查閱文獻來解決，例如：匹配濾波器在雷達接收機是如何具體應用的、衛(wèi)星導航信號捕獲的恒虛警實現(xiàn)方法等。學生可組成小組共同來完成，這樣可進一步提高他們的解決實際問題的能力，同時也提高了他們查閱文獻及團隊合作能力。

（四）撰寫內(nèi)部講義，錄制教學視頻庫，進一步強化教學資料的整理

在完善教學大綱、教學計劃、電子教案、授課的PPT課件基礎上，本次的課程建設還需完成兩項重要工作：內(nèi)部講義的撰寫和課堂教學視頻的錄制。

內(nèi)部講義是教師教學目的最直接表達，目前國內(nèi)外參考書目內(nèi)容不統(tǒng)一，組織形式也多種多樣[1-3]。任課教師必須根據(jù)學校的教學安排、學生的層次水平以及專業(yè)發(fā)展方向的需要，整理出個性化的授課內(nèi)容及課時安排，爭取實現(xiàn)有限學時的最大化利用。編寫內(nèi)部講義，從眾多的參考文獻中梳理出主要內(nèi)容，就可以很好的幫助老師達到這一目的。

另一重要的建設項目就是教學視頻的錄制。錄制課程的教學視頻，可以課下供學生對重點、難點復習使用。經(jīng)過多個學期的積累，可以完成本課程相對完善的網(wǎng)上視頻教學資源，更好地輔助常規(guī)的課堂教學。另外還有重要一點就是，通過視頻課錄像可以發(fā)現(xiàn)課堂上的不足，改進教學方法。

（五）考核方法的改革，更好地激發(fā)學生學習興趣和評價學習效果

若想將本科教學中的優(yōu)秀成果應用于研究生教學中，其中考核方法的改革就很有必要。傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷不能很全面的反映學生的學習狀況，不利于學習興趣的激發(fā)和客觀的評價學生的學習效果[12-13]。在本課程建設中嘗試改變成績的考核方法，由單一的考試成績逐步向多元化的考核方法過渡。將成績分為平時成績與期末成績兩種，而平時成績包括課堂提問、課后作業(yè)、分組大作業(yè)等，然后按一定的權(quán)重加在一起。對于課堂上老師提問的問題，如果學生能主動起立并正確回答，就記為一次分值，這樣很好的改善了課堂氣氛。課后大作業(yè)由分組來完成，每組的所有同學成績相同，這樣就能發(fā)揮整組的力量，促進團隊的合作?？傊瑢W生的日常表現(xiàn)和成績緊密掛鉤，從而激發(fā)學生的學習興趣，更好地評價學生的學習效果。

（六）不斷革新課堂教學方法，提高課堂教學效果

鑒于“信號檢測與估計”課程的理論性較強，加之研究生課程時間安排往往都是一個半天，即四個學時，所以在日常的課堂教學中更要注意課堂的教學方法，否則學生很容易上課走神，從而降低知識的傳遞效率。在教學過程中注意如下幾點：

1. 教學過程中多注意總結(jié)，承上啟下。每完成一個知識點的學習后，都要實時總結(jié)，讓學生形成整體認識；在當天課程開始前，都要對上次課程的知識點做一回顧；在當天課程結(jié)束前，都要對當天所學的知識點做一總結(jié)。

2. 注意課堂上有意識互動和對學生的引導。所有知識點在講解前，都要有意識先嘗試著給學生提問一個問題，試問學生一個為什么，給他們思考的時間，而不是自問自答，滿堂灌。加強對學生的提問，還可以避免學生的注意力不集中。對表現(xiàn)好的學生要及時給予表揚，以增加他們的自信和學習樂趣。

3. 加強課堂的理論聯(lián)系實際。理論知識的學習本身就是枯燥的，多將所學知識聯(lián)系實際，讓學生知道所學知識的應用和價值，不但能幫助他們更好的理解，也能提高他們的學習興趣。

4. 注意板書和多媒體結(jié)合使用。將兩種形式結(jié)合使用，更好地發(fā)揮各自的作用：主要的授課手段是多媒體，但對于需要詳細推導的知識點或?qū)嶋H應用舉例，使用板書效果更好。為了更好地發(fā)揮板書的作用，在課外需要提前對板書內(nèi)容做了一個簡單的規(guī)劃。

四、結(jié)束語

本文在整理了“信號檢測與估計”課程的內(nèi)容后，詳細說明了作者在省示范課課程建設中的若干內(nèi)容。從教學思路轉(zhuǎn)變、課堂實例、課后拓展、教學手段、參考講義、考核方法以及日常教學方法等多個方面對課程進行了全面的建設。經(jīng)過一年的努力，課程的建設任務已完成，實踐表明，本學期的教學效果與以前相比有明顯的進步，學生的學習熱情有顯著提升，對知識掌握更加扎實，在學期末的成績考核中，平均分超過90分，達到優(yōu)秀水平。經(jīng)過堅持不懈的改進后，相信本課程的教學效果會越來越好。

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