“信号检测与估计”研究生课程教学的建设

2018-09-10王晓君安国臣张秀清康娇

高教学刊 2018年12期

王晓君安国臣张秀清康娇

摘要：“信号检测与估计”课程是电子与通信学科研究生的一门重要基础理论课程。由于其理论性较强，学生难以理解和掌握，通过全面的课程建设提高其教学效果是非常有必要的。文章首先分析了本课程的主要特点，梳理了授课内容，提出了目前授课存在的一些亟待解决的问题；然后重点从教学思路、课堂举例、课后拓展、教学手段、参考讲义、考核方法以及日常教学方法等多个方面阐述了本课程的建设内容。通过完成这些建设，增加了学生对知识的理解掌握能力，全面提升了课程的教学效果。

关键词：检测与估计；基础理论课程；课程教学；教学效果

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

《信号检测与估计》课程，是电子与通信学科研究生的一门重要的基础理论课程。课程的理论性很强，是本学科研究生建立正确的系统科研方法的入门课程，是现代通信、雷达、声纳以及自动控制技术的理论基础。不仅如此，它也广泛应用在模式识别、射电天文学、遥感遥测、天气预报、系统辨识乃至医学、社会学等领域或技术中[1-3]。通过本课程的学习，使学生系统地了解信号检测与估计的基础知识和基本理论，掌握对噪声中信号处理的基本方法。而且使学生学会一种从实际问题→建立数学模型→分析问题→解决问题的思路和方法，为今后科学研究打下一个坚实的基础。课程中重要的知识点包括检测与估计两个部分：1.检测部分包括：噪声中信号检测与估计模型、最佳检测准则、检测系统的结构、检测性能分析、匹配滤波器、随机过程的正交分解以及最佳波形设计等；2.估计部分包括：最佳估计准则、估计量的构造和主要性质、信号波形估计的概念和准则、线性最小均方误差估计、最小二乘估计、信号波形中参量的估计、维纳滤波和卡尔曼滤波算法等。

鉴于课程特点，本课程的授课方法仍以课堂讲授为主，但由于本课程的理论复杂，公式推导较多，所以在短时间内，学生很难建立起对这门课的整体认识，学习效果往往不甚理想。国内多位专家、老师针对该课程的设置与某些知识点教学方法的改进，提出自己了的建议与方法[4-8]。作者承担了河北省2017年省示范课程的建设项目，根据多年的该课程的教学经验，并参考其他老师在类似课程中教改思路[9-11]，提出一些提高本课程教学效果的思路和方法，其中部分方法在教学实践中加以使用，取得了良好的效果。论文在梳理教学内容基础上，重点阐述本次建设的内容。

二、课程内容梳理

表1中给出经过梳理后的36学时，2学分的“信号检测与估计”的授课内容与学时分配[1-3]。由表可见，内容安排涵盖了“信号检测与估计”课程的四块主要内容：统计检测、波形检测、统计估计和波形估计，其主要的知识点均有涉及。

授课内容比较全面且系统性较强，是为了使学生能够更好的理解课程的体系，以更好的指导日后的科研与论文写作实践。由于内容多且理解困難，因此不可避免的会和学时紧张产生矛盾，这就需要注意日常授课的节奏把控、内容取舍和深浅掌握，不宜造成前松后紧的局面。

三、教学建设

在几个学期的教学实践中，作者经过不断的摸索实践，在2017年省示范课程项目的支持下，从课堂内容安排、课下安排、教学手段、考核方法等多个方面对课程进行了全面的建设。

（一）以帮助学生建立完整的知识结构为课程目的

“信号检测与估计”是电子与通信学科研究生期间的重要的专业基础课，是建立完整科学在随机噪声背景下进行有用信号检测与估计方法的重要课程，是学生日后开展科学研究与论文写作的理论指导，没有这方面的意识修养，就很难找到正确的研究方法，自然也难有建树。因此老师应该认识到在有限的授课时间内，知识体系建立的重要性要远大于具体知识的传授，帮助学生建立正确的科研意识要远比具体公式的推导更有用。因此每节课的课前引导、课中与实际应用的即时联系和课后总结归纳就显得尤为重要。为了达到上述目的，课下就需要精心准备，不断丰富教学内容，合理安排课堂时间，加强对学生的引导。

（二）以领域实例来引导加深学生对课程的理解

信号检测与估计的理论在通信、雷达、卫星导航等领域深有体现。在授课过程中，实时的在课堂上举例，可以帮助学生更好的理解枯燥的理论，知道所学知识是如何解决实际问题的，这样会增加他们的学习兴趣。例如，通信系统的中二元数字通信系统对统计检测理论的理解、通信系统中的FSK信号接收对波形检测理论的理解、雷达信号检测的方法对奈曼-皮尔逊准则和恒虚警概念的理解、卫星导航中的PVT解算对最小二乘估计的理解等等。在课堂上，实时将所讲的知识点，在不同应用领域上加以联系，不但加深了学生对知识的理解，也提高了学习兴趣，事半功倍。

（三）增加课后拓展练习，促进学生勤于思考

由于课上时间有限，为了能使学生更好地理解所学知识，提高知识的迁移率，课下的练习和思考就显得尤为重要。尤其像这种理论性很强的课程，看懂和理解完全是两回事，只有课下不断的主动思考与亲身实践，才能真正的理解所学知识，并能温故知新，为新知识的学习做好准备。

本课程的课后思考或练习有两个来源：一是参考书目中的课后习题，由于要考虑研究生学习的客观情况，所以选择题目宜少而精，尤其要有典型性；二是留大作业，题目稍大，超出课本上内容，课下学生需查阅文献来解决，例如：匹配滤波器在雷达接收机是如何具体应用的、卫星导航信号捕获的恒虚警实现方法等。学生可组成小组共同来完成，这样可进一步提高他们的解决实际问题的能力，同时也提高了他们查阅文献及团队合作能力。

（四）撰写内部讲义，录制教学视频库，进一步强化教学资料的整理

在完善教学大纲、教学计划、电子教案、授课的PPT课件基础上，本次的课程建设还需完成两项重要工作：内部讲义的撰写和课堂教学视频的录制。

内部讲义是教师教学目的最直接表达，目前国内外参考书目内容不统一，组织形式也多种多样[1-3]。任课教师必须根据学校的教学安排、学生的层次水平以及专业发展方向的需要，整理出个性化的授课内容及课时安排，争取实现有限学时的最大化利用。编写内部讲义，从众多的参考文献中梳理出主要内容，就可以很好的帮助老师达到这一目的。

另一重要的建设项目就是教学视频的录制。录制课程的教学视频，可以课下供学生对重点、难点复习使用。经过多个学期的积累，可以完成本课程相对完善的网上视频教学资源，更好地辅助常规的课堂教学。另外还有重要一点就是，通过视频课录像可以发现课堂上的不足，改进教学方法。

（五）考核方法的改革，更好地激发学生学习兴趣和评价学习效果

若想将本科教学中的优秀成果应用于研究生教学中，其中考核方法的改革就很有必要。传统的纸质试卷不能很全面的反映学生的学习状况，不利于学习兴趣的激发和客观的评价学生的学习效果[12-13]。在本课程建设中尝试改变成绩的考核方法，由单一的考试成绩逐步向多元化的考核方法过渡。将成绩分为平时成绩与期末成绩两种，而平时成绩包括课堂提问、课后作业、分组大作业等，然后按一定的权重加在一起。对于课堂上老师提问的问题，如果学生能主动起立并正确回答，就记为一次分值，这样很好的改善了课堂气氛。课后大作业由分组来完成，每组的所有同学成绩相同，这样就能发挥整组的力量，促进团队的合作。总之，将学生的日常表现和成绩紧密挂钩，从而激发学生的学习兴趣，更好地评价学生的学习效果。

（六）不断革新课堂教学方法，提高课堂教学效果

鉴于“信号检测与估计”课程的理论性较强，加之研究生课程时间安排往往都是一个半天，即四个学时，所以在日常的课堂教学中更要注意课堂的教学方法，否则学生很容易上课走神，从而降低知识的传递效率。在教学过程中注意如下几点：

1. 教学过程中多注意总结，承上启下。每完成一个知识点的学习后，都要实时总结，让学生形成整体认识；在当天课程开始前，都要对上次课程的知识点做一回顾；在当天课程结束前，都要对当天所学的知识点做一总结。

2. 注意课堂上有意识互动和对学生的引导。所有知识点在讲解前，都要有意识先尝试着给学生提问一个问题，试问学生一个为什么，给他们思考的时间，而不是自问自答，满堂灌。加强对学生的提问，还可以避免学生的注意力不集中。对表现好的学生要及时给予表扬，以增加他们的自信和学习乐趣。

3. 加强课堂的理论联系实际。理论知识的学习本身就是枯燥的，多将所学知识联系实际，让学生知道所学知识的应用和价值，不但能帮助他们更好的理解，也能提高他们的学习兴趣。

4. 注意板书和多媒体结合使用。将两种形式结合使用，更好地发挥各自的作用：主要的授课手段是多媒体，但对于需要详细推导的知识点或实际应用举例，使用板书效果更好。为了更好地发挥板书的作用，在课外需要提前对板书内容做了一个简单的规划。

四、结束语

本文在整理了“信号检测与估计”课程的内容后，详细说明了作者在省示范课课程建设中的若干内容。从教学思路转变、课堂实例、课后拓展、教学手段、参考讲义、考核方法以及日常教学方法等多个方面对课程进行了全面的建设。经过一年的努力，课程的建设任务已完成，实践表明，本学期的教学效果与以前相比有明显的进步，学生的学习热情有显著提升，对知识掌握更加扎实，在学期末的成绩考核中，平均分超过90分，达到优秀水平。经过坚持不懈的改进后，相信本课程的教学效果会越来越好。

参考文献：

[1]赵树杰.信号检测与估计理论[M].电子工业出版社，2013.

[2]景占荣，羊彦.高等学校教材，信号检测与估计[M].化学工业出版社，2004.

[3]THOMASA.SCHONHOFF，ARTHURA.GIORDANO.信号检测与估计：理论与应用[M].电子工业出版社，2012.

[4]代少升，杜智慧.对《信号检测与估计》课程设置的构想[J].实验科学与技术，2013，11（6）：314-316.

[5]景小荣，李强，陈前斌，等.基于Matlab的《信号检测与估计》课程教学改革[J].实验科学与技术，2012，10（2）：55-57.

[6]劉兆霆，吴端坡.信号检测与估计课程教学讨论之最小二乘估计问题[J].中国教育技术装备，2017（4）：115-117.

[7]曲长文，苏峰，周强，等.信号检测与估计课程教学中统计观念的培养[J].教育教学论坛，2017（21）：207-209.

[8]王雪飞，王昌盛，尚朝轩，等.Bayes检测与估计的教学探索[J]. 电气电子教学学报，2016，38（2）：109-111.

[9]张文明，罗鹏飞.“随机信号分析与处理”课程研究型教学改革[J].电气电子教学学报，2010，32（5）：19-20.

[10]罗忠涛，张刚.《统计信号处理基础》课程教学模式探索[J].信息与电脑：理论版，2017（12）.

[11]滕青芳.《现代控制理论》课程教学改革的探索与实践[J].兰州交通大学学报，2014，33（5）：156-159.