譚鴿偉，潘光武

（華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

隨機(jī)信號(hào)分析的教學(xué)實(shí)踐與改革

譚鴿偉，潘光武

（華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

隨機(jī)信號(hào)分析是電子信息類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，內(nèi)容抽象，公式繁多。針對(duì)該課程在教學(xué)中的問題，本文從思維模式的建立，多種教學(xué)方法的結(jié)合，實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)等方面深入思考，提出了有益的教學(xué)建議，通過教學(xué)實(shí)踐證實(shí)了所提建議的合理性。

隨機(jī)信號(hào)分析；教學(xué)方法；實(shí)踐性教學(xué)

隨機(jī)信號(hào)分析是電子信息類專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。它通過概率論、隨機(jī)信號(hào)的基本概念，隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域和頻域統(tǒng)計(jì)特性的描述，隨機(jī)信號(hào)通過系統(tǒng)的分析和窄帶隨機(jī)信號(hào)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，揭示隨機(jī)現(xiàn)象的變化規(guī)律。這門課程旨在為學(xué)生將來從事通信信號(hào)與電子信號(hào)的分析、處理工作奠定基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)有重要的支撐作用。由于隨機(jī)信號(hào)分析這門課程概念多且抽象、理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)繁瑣，使教學(xué)常常達(dá)不到期望效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也不高。為了提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)其應(yīng)用知識(shí)的能力，擬在以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐和改革。

一、思維模式的建立

學(xué)生在以往學(xué)習(xí)中接觸的都是確定信號(hào)，在研究這類信號(hào)時(shí)，注重信號(hào)的時(shí)域波形和特征，以及信號(hào)的頻譜特性。而隨機(jī)信號(hào)分析的目的是揭示隨機(jī)信號(hào)的概率特性，這些概率特性是由概率密度，概率分布函數(shù)或者數(shù)學(xué)期望，方差，相關(guān)函數(shù)，互相關(guān)函數(shù)等數(shù)字特征來描述。因此學(xué)生在剛接觸隨機(jī)信號(hào)時(shí)，感覺很抽象難于理解。甚至有些學(xué)生在學(xué)完隨機(jī)信號(hào)分析這門課程后，不會(huì)用隨機(jī)的思考方法去分析、處理問題，實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的能力極差。因此在施行隨機(jī)信號(hào)分析的教學(xué)時(shí)，首先要幫助學(xué)生建立隨機(jī)思維模式和思考方法。隨機(jī)思維模式的建立是一個(gè)長期的工程，貫穿整門課程的教學(xué)中。如果說隨機(jī)思維模式是一座大廈，概率論和隨機(jī)信號(hào)中的所有基本概念和物理量就是建設(shè)這座大廈的一磚一瓦。因此，在教學(xué)中要重復(fù)講授每個(gè)概念的物理意義，并且把典型實(shí)例與抽象概念聯(lián)系起來，用學(xué)生易于理解的方式去介紹基本概念，把復(fù)雜的原理推導(dǎo)用通俗易懂的語言傳達(dá)，從而快速幫助學(xué)生建立有效的思維方法。

二、多種教學(xué)方法的聯(lián)合

教學(xué)方法是教學(xué)過程中教師與學(xué)生為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的和教學(xué)任務(wù)要求，在教學(xué)活動(dòng)中所采取的行為方式的總稱[1]。為了提高隨機(jī)信號(hào)分析的教學(xué)效果，達(dá)到教學(xué)目的，應(yīng)把講授教學(xué)法、案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、討論教學(xué)、自主教學(xué)、多媒體教學(xué)等多種教學(xué)方法結(jié)合起來。根據(jù)不同知識(shí)的特征，施行不同的教學(xué)方法，打破僵硬單一的教學(xué)模式，才可能達(dá)到理想的教學(xué)效果。

1.講授式教學(xué)。講授教學(xué)法通過敘述、描繪、解釋、推論來傳遞信息、傳授知識(shí)、闡明概念、論證定律和公式，引導(dǎo)學(xué)生分析和認(rèn)識(shí)問題。隨機(jī)信號(hào)分析的大部分理論知識(shí)都靠講授來傳達(dá)，如何組織生動(dòng)形象、富有感染力的語言準(zhǔn)確、簡(jiǎn)練地傳達(dá)教學(xué)內(nèi)容，吸引學(xué)生的注意力，對(duì)教學(xué)效果的提高至關(guān)重要。

2.案例式教學(xué)。選用難易相當(dāng)和繁簡(jiǎn)相宜的應(yīng)用案例進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生通過案例能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。案例教學(xué)的重點(diǎn)在于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力以及解決實(shí)際問題的能力，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，引導(dǎo)學(xué)生變注重知識(shí)為注重能力，通過實(shí)例充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，縮小理論教學(xué)與實(shí)踐的差距。例如在典型隨機(jī)信號(hào)的教學(xué)中，把概率特性的分析方法應(yīng)用到隨機(jī)電報(bào)信號(hào)模型中。應(yīng)用泊松過程對(duì)顧客服務(wù)、故障發(fā)生，電話呼叫等實(shí)際計(jì)數(shù)過程的概率特性進(jìn)行分析。通過這些案例的分析講解，不僅幫助學(xué)生加深對(duì)基本知識(shí)的理解，而且還掌握了如果應(yīng)用隨機(jī)知識(shí)對(duì)現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行分析，提供解決方案。

3.任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，它將以往以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念[1]。在隨機(jī)信號(hào)分析教學(xué)中，把某些教學(xué)內(nèi)容以問題的形式導(dǎo)入繼而提出任務(wù)，讓學(xué)生在課下通過閱讀相應(yīng)資料并提出自己的解決方案，再在課堂上以分組的形式進(jìn)行討論并形成小組方案，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)總結(jié)并挑選出最有特色的解答。這個(gè)過程把再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，使學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高了課堂教學(xué)效率。

4.討論式教學(xué)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以全班或小組為單位，圍繞隨機(jī)過程的中心問題，各抒己見，通過討論或辯論活動(dòng)，掌握和鞏固所討論的知識(shí)。在這種教學(xué)中，由于全體學(xué)生都參與討論，可以培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性。例如學(xué)生在討論隨機(jī)信號(hào)的平穩(wěn)性的遍歷性的關(guān)系中，掌握了隨機(jī)信號(hào)平穩(wěn)性的判斷方法，理解了遍歷性對(duì)隨機(jī)實(shí)驗(yàn)以及隨機(jī)信號(hào)參數(shù)估計(jì)與測(cè)量的重要意義[2]。

5.自主式教學(xué)。為了充分拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)，通常給學(xué)生留思考題或?qū)τ龅揭恍┥a(chǎn)問題，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)的方式尋找答案，提出解決問題的措施，然后提出討論評(píng)價(jià)。靈活多變的教學(xué)方法，在幫助學(xué)生學(xué)習(xí)基本知識(shí)外，還激發(fā)了學(xué)生的探索精神。

三、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

隨機(jī)信號(hào)分析是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，除了理論教學(xué)外還必須配置合適的實(shí)踐教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的實(shí)踐能力。本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)由6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和3個(gè)課程設(shè)計(jì)構(gòu)成，內(nèi)容包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)，從基礎(chǔ)驗(yàn)證，綜合應(yīng)用到創(chuàng)新設(shè)計(jì)逐級(jí)遞增培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證基本概念和基本原理；包括（1）隨機(jī)信號(hào)的模擬及其參數(shù)估計(jì)；（2）泊松過程的模擬及其概率特性分析。綜合實(shí)驗(yàn)用于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)的能力，包括（1）隨機(jī)信號(hào)通過系統(tǒng)分析；（2）白噪聲通過系統(tǒng)的功率譜和相關(guān)函數(shù)研究。寬帶噪聲通過窄帶系統(tǒng)輸出逐步逼近正態(tài)分布，這是一個(gè)非常重要的概念，通過綜合實(shí)驗(yàn)可加深對(duì)這一概念的理解。課程設(shè)計(jì)用于考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新的能力，設(shè)計(jì)題目由教師提供，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下根據(jù)興趣選擇題目并分組展開研究，要求編寫Matlab程序來設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)并給出仿真結(jié)果，最后完成論文寫作。通過實(shí)踐教學(xué)加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，感性經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。實(shí)踐性教學(xué)既成為加深對(duì)隨機(jī)信號(hào)概念理解的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，又成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、特別是技術(shù)創(chuàng)新能力的一種重要手段。

四、總結(jié)

通過上述教學(xué)方案的實(shí)施，教學(xué)效果顯著提高，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，以及對(duì)未知的探索精神。教學(xué)改革、教學(xué)方法的探討是一項(xiàng)長期性的工作，必須堅(jiān)持以學(xué)生為本，理論教學(xué)和實(shí)踐并重，不斷實(shí)踐探索，從而促進(jìn)人才建設(shè)。

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G642.0

A

1674-9324（2014）30-0145-02

譚鴿偉（1970—），女，四川石柱縣人，博士，系主任，研究方向：SAR信號(hào)處理及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究。