隨機信號分析的教學實踐與改革

譚鴿偉，潘光武

（華僑大學 信息科學與工程學院，福建 廈門 361021）

隨機信號分析的教學實踐與改革

譚鴿偉，潘光武

（華僑大學 信息科學與工程學院，福建 廈門 361021）

隨機信號分析是電子信息類專業的一門重要基礎課，內容抽象，公式繁多。針對該課程在教學中的問題，本文從思維模式的建立，多種教學方法的結合，實踐環節的設計等方面深入思考，提出了有益的教學建議，通過教學實踐證實了所提建議的合理性。

隨機信號分析；教學方法；實踐性教學

隨機信號分析是電子信息類專業的一門重要的學科基礎課。它通過概率論、隨機信號的基本概念，隨機信號的時域和頻域統計特性的描述，隨機信號通過系統的分析和窄帶隨機信號等內容的學習，揭示隨機現象的變化規律。這門課程旨在為學生將來從事通信信號與電子信號的分析、處理工作奠定基礎，對后續相關課程的教學有重要的支撐作用。由于隨機信號分析這門課程概念多且抽象、理論性強、數學公式推導繁瑣，使教學常常達不到期望效果，學生的學習積極性也不高。為了提高教學質量，激發學生的學習興趣和培養其應用知識的能力，擬在以下幾個方面進行教學實踐和改革。

一、思維模式的建立

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

二、多種教學方法的聯合

教學方法是教學過程中教師與學生為實現教學目的和教學任務要求，在教學活動中所采取的行為方式的總稱[1]。為了提高隨機信號分析的教學效果，達到教學目的，應把講授教學法、案例教學法、任務驅動教學、討論教學、自主教學、多媒體教學等多種教學方法結合起來。根據不同知識的特征，施行不同的教學方法，打破僵硬單一的教學模式，才可能達到理想的教學效果。

1.講授式教學。講授教學法通過敘述、描繪、解釋、推論來傳遞信息、傳授知識、闡明概念、論證定律和公式，引導學生分析和認識問題。隨機信號分析的大部分理論知識都靠講授來傳達，如何組織生動形象、富有感染力的語言準確、簡練地傳達教學內容，吸引學生的注意力，對教學效果的提高至關重要。

2.案例式教學。選用難易相當和繁簡相宜的應用案例進行教學，使學生通過案例能運用所學知識解決工程中的實際問題。案例教學的重點在于提高學生的創新能力以及解決實際問題的能力，鼓勵學生獨立思考，引導學生變注重知識為注重能力，通過實例充分調動學生學習的積極性，縮小理論教學與實踐的差距。例如在典型隨機信號的教學中，把概率特性的分析方法應用到隨機電報信號模型中。應用泊松過程對顧客服務、故障發生，電話呼叫等實際計數過程的概率特性進行分析。通過這些案例的分析講解，不僅幫助學生加深對基本知識的理解，而且還掌握了如果應用隨機知識對現實問題進行分析，提供解決方案。

3.任務驅動式教學。任務驅動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，它將以往以傳授知識為主的傳統教學理念，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念[1]。在隨機信號分析教學中，把某些教學內容以問題的形式導入繼而提出任務，讓學生在課下通過閱讀相應資料并提出自己的解決方案，再在課堂上以分組的形式進行討論并形成小組方案，教師進行點評總結并挑選出最有特色的解答。這個過程把再現式教學轉變為探究式學習，使學生處于積極的學習狀態，提高了課堂教學效率。

4.討論式教學。在教師的指導下，學生以全班或小組為單位，圍繞隨機過程的中心問題，各抒己見，通過討論或辯論活動，掌握和鞏固所討論的知識。在這種教學中，由于全體學生都參與討論，可以培養合作精神，激發學生的學習興趣，提高學生學習的獨立性。例如學生在討論隨機信號的平穩性的遍歷性的關系中，掌握了隨機信號平穩性的判斷方法，理解了遍歷性對隨機實驗以及隨機信號參數估計與測量的重要意義[2]。

5.自主式教學。為了充分拓展學生的視野，培養學生的學習習慣和自主學習能力，鍛煉學生的綜合素質，通常給學生留思考題或對遇到一些生產問題，讓學生利用網絡資源自主學習的方式尋找答案，提出解決問題的措施，然后提出討論評價。靈活多變的教學方法，在幫助學生學習基本知識外，還激發了學生的探索精神。

三、實踐教學環節的設計

隨機信號分析是一門專業基礎課，除了理論教學外還必須配置合適的實踐教學，從而培養學生應用知識的實踐能力。本課程的實驗教學環節由6個實驗項目和3個課程設計構成，內容包括基礎實驗、綜合實驗及課程設計，從基礎驗證，綜合應用到創新設計逐級遞增培養學生的動手能力。基礎實驗用于驗證基本概念和基本原理；包括（1）隨機信號的模擬及其參數估計；（2）泊松過程的模擬及其概率特性分析。綜合實驗用于培養學生綜合運用相關理論知識的能力，包括（1）隨機信號通過系統分析；（2）白噪聲通過系統的功率譜和相關函數研究。寬帶噪聲通過窄帶系統輸出逐步逼近正態分布，這是一個非常重要的概念，通過綜合實驗可加深對這一概念的理解。課程設計用于考查學生運用所學知識進行創新的能力，設計題目由教師提供，學生在教師的指導下根據興趣選擇題目并分組展開研究，要求編寫Matlab程序來設計仿真實驗并給出仿真結果，最后完成論文寫作。通過實踐教學加深了學生對理論知識的理解，感性經驗培養了學生應用知識的能力和實際動手能力。實踐性教學既成為加深對隨機信號概念理解的實驗環節，又成為培養學生綜合素質、特別是技術創新能力的一種重要手段。

四、總結

通過上述教學方案的實施，教學效果顯著提高，激發了學生的學習積極性，培養了學生的創新實踐能力，以及對未知的探索精神。教學改革、教學方法的探討是一項長期性的工作，必須堅持以學生為本，理論教學和實踐并重，不斷實踐探索，從而促進人才建設。

[1]魯潔.教育學[M].北京：人民教育出版社，2005.

[2]李曉峰，李在銘，周林，傅志中.隨機信號分析[M].北京：電子工業出版社，2007.

[3]盧德馨.關于研究型教學的進一步探討 [J].中國高等教育，2004，（21）.

[4]王永德，王軍.隨機信號分析基礎[M].北京：電子工業出版社，2003.

[5]張明友，張揚.隨機信號分析[M].成都：電子科技大學出版社，2002.

[6]趙淑清，鄭薇.隨機信號分析[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1999.

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信號處理及運動補償技術研究。