研究生专业课程《信号检测理论》教学改革的探讨与实践

冯鹏 魏彪 何鹏 黎蕾蕾 邓明

摘要：《信号检测理论》作为通信、测控、电子等相关专业的重点研究生专业课程，因其理论性较强、授课内容较广、学生存在畏难心理等原因导致教学效果不佳。针对这一情况，课题组在长期教学的基础上，对教学内容、教学手段和考核方式等进行了初步的改革和实践，有效提高了教学质量。

关键词：信号检测理论;教学改革;研究生;理论与实践

中图分类号：G643     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）36-0140-02

一、引言

信号检测理论，通常又称为信号检测与估计理论，该理论以信号与系统、随机过程、概率论与数理统计、自适应滤波、矩阵论等知识为基础，融信息传输与处理于一体，形成了一门极具专业特色、理论性较强的学科，并在通信、自动控制、模式识别、生物医药、光电探测等领域有着极为广泛的应用。因此，以该理论为主要内容的《信号检测理论》课程也就成为了各高校相关专业中研究生的重点专业课程。较强的理论性既是本课程的特色，也是教学难点，学生们通常难以深刻理解某些理论的内涵，遑论如何引申至实际应用。而在实际授课过程中理论与应用环节的脱节，更使得该课程的教学效果不尽如人意。进而，丰富的内容又与压缩研究生课堂学时之间形成矛盾，如何改进教学方法与手段，提高授课质量，优化课程内容，增强学生的学习积极性，已成为本门课程亟待解决的问题。

二、存在的问题

目前，《信号检测理论》课程是我院仪器科学与技术学科下精密仪器及机械、测控技术及仪器等专业的研究生学位课，也是微电子学与固体电子学专业的研究生学位课程，同时供光学工程专业作为专业选修课程。本课程教学团队根据多年的教学经验，总结出如下几点当前本课程教学过程中所存在的问题。

1.教学内容偏重理论，过于抽象，缺乏与工程、实践的结合，学生往往知其然却不知其所以然，更不知如何将理论学以致用，去解决实际工程中的问题。根据教学大纲的要求，在学习本课程之前，需提前学习《信号与系统》、《随机过程》、《概率论与数理统计》以及《矩阵论》等课程作为基础，此类课程均偏重理论，学生对其消化和理解往往是一知半解。而本课程的主要内容，则涵盖了匹配滤波、信号检测、参量估计及波形估计。以信号检测为例，其基本概念中的判决准则就包含了：最大后验概率准则、贝叶斯准则、最小错误概率准则、聂曼—皮尔逊检测准则以及多元信号检测的贝叶斯准则等一系列准则。实际教学中发现，对这些基本理论和准则的理解，相当一部分学生尚且存在问题，而无法对各种准则进行灵活运用。教材中虽然有若干实例，然而缺乏配套实验，学生的理解仍然是纸上谈兵，教学效果可想而知。

2.授课内容范围较广但陈旧，既缺乏重点，又无新颖性，难以调动学生的主观能动性，开拓学生的思维。当前教学内容主要依据教材，教学内容几十年如一日，不能及时根据信息科技领域的发展而更新，与科技发展联系不足。陈旧的知识不仅使学生失去了学习的动力，对研究生而言，更难以开拓其思维，调用其投身科研的积极性。因此，探索新的课程内容和教学模式，将最新科研动态和科研成果融于教学过程，提高学生对课程知识的兴趣，培养学生的研究能力，是本课程教学改革的一个重点环节。

3.教学手段单一、枯燥，仍以课堂讲授为主，缺乏实验、报告、设计等环节，学生的积极性较低，教学效果较差。在本科教学纷纷改革，引入多种教学模式，增加各类竞赛设计，提升本科教学水平之际，研究生的教学大多还是运用传统的教学方式和手段，以课堂教学为主，辅以少量平时作业，最后一考定乾坤。显而易见，由于培养目的的不同，不可能将本科生的教学模式和教学手段直接套用至研究生教学：前者注重基础，而后者强调创新。如何创新研究生教学的教学手段、改革教学模式，培养研究生的研究兴趣，则是本课程教学改革成功的关键。

4.教学目的不明确，本科生课程与研究生课程要求重合，并无区别。通观现有各高校本课程的教学大纲，其间并未强调本科生与研究生的区别，背景知识、教学目标、教学内容、考核方法均无二致，两种教学大纲似可通用。然而，研究生是高校科研的主力军，除强调厚基础、宽口径外，更应该带有“研究”的性质，培养其科研的素养，发掘其科研的潜质。

三、采取的措施及效果

重庆大学光电工程学院《信号检测理论》教学团队在多年实际教学的基础上，针对上述问题，对本门课程的授课方式、授课内容、考核手段等进行了初步的改革和实践，收到了一定的效果。

1.弱化理论，强化基础。艰深的理论、繁复的公式，让不少学生对本门课程“望而却步”，产生畏难情绪。同时学生水平参差不齐，部分学生甚至没有学过数字信号处理或者知之甚少，过分强调理论给学生的学习带来很大阻力。在实际教学中，我们一方面加强对背景知识的复习，首先学习数字信号处理、随机信号处理、概率论与数理统计等课程中的一些基础知识，采用由浅入深的教学过程有助于学生对新知识的接受，缓解学生的畏难情绪，加强其信心。同时简单提及这些知识在信号检测理论中的经典应用（如FFT在信号谱分析中的应用、白噪声在信号检测中的作用等），温故而知新，培养学生对该课程的兴趣。

2.精简内容，有的放矢。根据教学大纲的要求，本课程所应教授的内容，覆盖了从信号检测的基本判别准则到信号的参量检测、波形估计以及自适应处理等一系列理论性较强的知识，内容虽宽泛但却缺乏重点。不同专业对于同一门课程应该有所侧重，精简部分内容，突出专业特色。本教学团队均系长期从事光电检测的研究人员，对信号检测理论在光电检测中的应用较为熟悉，因此我们在授课内容中适当补充和强化该部分内容，如光电检测中常用的锁相放大器的原理及其应用、增加信号检测理论在科研中的最新研究实例，如此不仅加深了学生对本专业的认识，亦加强了他们对信号检测理论的理解，同时减少了不必要的授课内容，有效改善了教学效果。

3.多种考核，破除唯一。研究生课程考核方式的局限性一直为大家所诟病，但直接套用国外的方式却往往水土不服，难以施行。以美国为例，其一门研究生课程=“50%的课堂教学”+“25%的课堂作业（多次小考）”+“两次中期考试”+“一次大考”。课堂作业、中期考试和最终的大考均按权重纳入最终的成绩。此种模式，工作量较大，对学生的要求较高，学生必须全身心的投入课堂学习和课后的作业中，因此通常学生一个学期只有2～3门课程。现有情况下，国内各高校研究生一学期通常安排6～7门课程，若按上述方式进行，学生恐难以承受。因此，我们借鉴其优点，有所变通。采取“课堂作业（20%）+课后设计+考试”的方式进行考核。课堂作业属于巩固理论环节，课后设计则属于加强实践，二者在最终成绩中分别占20%和30%的权重，如此可有效降低最后的考试随机性和局限性。

4.突出科研，自学为主。作为研究生课程，不仅需要为研究生以后从事科研打好基础，更要能够培养研究生的科研素养，激发其科研兴趣。因此，我们以小型项目为着眼点，针对课程中的重点内容，组织学生以研究小组的形式开展研究，作为课后设计并纳入最终的考试成绩。

四、结语

国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）中指出：“提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求”，而“深化教学改革”正是提高质量的手段之一。我们通过上述方法，对研究生课程《信号检测理论》进行了初步的教学改革和实践，并获得了一定的成效，得到了学生的肯定。我们将进一步完善授课方式、课程设计、考核手段等环节，并建设针对本课程的网站，让所有人共享本课程的改革成果。

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