研究生專業課程《信號檢測理論》教學改革的探討與實踐

馮鵬 魏彪 何鵬 黎蕾蕾 鄧明

摘要：《信號檢測理論》作為通信、測控、電子等相關專業的重點研究生專業課程，因其理論性較強、授課內容較廣、學生存在畏難心理等原因導致教學效果不佳。針對這一情況，課題組在長期教學的基礎上，對教學內容、教學手段和考核方式等進行了初步的改革和實踐，有效提高了教學質量。

關鍵詞：信號檢測理論;教學改革;研究生;理論與實踐

中圖分類號：G643 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0140-02

一、引言

信號檢測理論，通常又稱為信號檢測與估計理論，該理論以信號與系統、隨機過程、概率論與數理統計、自適應濾波、矩陣論等知識為基礎，融信息傳輸與處理于一體，形成了一門極具專業特色、理論性較強的學科，并在通信、自動控制、模式識別、生物醫藥、光電探測等領域有著極為廣泛的應用。因此，以該理論為主要內容的《信號檢測理論》課程也就成為了各高校相關專業中研究生的重點專業課程。較強的理論性既是本課程的特色，也是教學難點，學生們通常難以深刻理解某些理論的內涵，遑論如何引申至實際應用。而在實際授課過程中理論與應用環節的脫節，更使得該課程的教學效果不盡如人意。進而，豐富的內容又與壓縮研究生課堂學時之間形成矛盾，如何改進教學方法與手段，提高授課質量，優化課程內容，增強學生的學習積極性，已成為本門課程亟待解決的問題。

二、存在的問題

目前，《信號檢測理論》課程是我院儀器科學與技術學科下精密儀器及機械、測控技術及儀器等專業的研究生學位課，也是微電子學與固體電子學專業的研究生學位課程，同時供光學工程專業作為專業選修課程。本課程教學團隊根據多年的教學經驗，總結出如下幾點當前本課程教學過程中所存在的問題。

1.教學內容偏重理論，過于抽象，缺乏與工程、實踐的結合，學生往往知其然卻不知其所以然，更不知如何將理論學以致用，去解決實際工程中的問題。根據教學大綱的要求，在學習本課程之前，需提前學習《信號與系統》、《隨機過程》、《概率論與數理統計》以及《矩陣論》等課程作為基礎，此類課程均偏重理論，學生對其消化和理解往往是一知半解。而本課程的主要內容，則涵蓋了匹配濾波、信號檢測、參量估計及波形估計。以信號檢測為例，其基本概念中的判決準則就包含了：最大后驗概率準則、貝葉斯準則、最小錯誤概率準則、聶曼—皮爾遜檢測準則以及多元信號檢測的貝葉斯準則等一系列準則。實際教學中發現，對這些基本理論和準則的理解，相當一部分學生尚且存在問題，而無法對各種準則進行靈活運用。教材中雖然有若干實例，然而缺乏配套實驗，學生的理解仍然是紙上談兵，教學效果可想而知。

2.授課內容范圍較廣但陳舊，既缺乏重點，又無新穎性，難以調動學生的主觀能動性，開拓學生的思維。當前教學內容主要依據教材，教學內容幾十年如一日，不能及時根據信息科技領域的發展而更新，與科技發展聯系不足。陳舊的知識不僅使學生失去了學習的動力，對研究生而言，更難以開拓其思維，調用其投身科研的積極性。因此，探索新的課程內容和教學模式，將最新科研動態和科研成果融于教學過程，提高學生對課程知識的興趣，培養學生的研究能力，是本課程教學改革的一個重點環節。

3.教學手段單一、枯燥，仍以課堂講授為主，缺乏實驗、報告、設計等環節，學生的積極性較低，教學效果較差。在本科教學紛紛改革，引入多種教學模式，增加各類競賽設計，提升本科教學水平之際，研究生的教學大多還是運用傳統的教學方式和手段，以課堂教學為主，輔以少量平時作業，最后一考定乾坤。顯而易見，由于培養目的的不同，不可能將本科生的教學模式和教學手段直接套用至研究生教學：前者注重基礎，而后者強調創新。如何創新研究生教學的教學手段、改革教學模式，培養研究生的研究興趣，則是本課程教學改革成功的關鍵。

4.教學目的不明確，本科生課程與研究生課程要求重合，并無區別。通觀現有各高校本課程的教學大綱，其間并未強調本科生與研究生的區別，背景知識、教學目標、教學內容、考核方法均無二致，兩種教學大綱似可通用。然而，研究生是高校科研的主力軍，除強調厚基礎、寬口徑外，更應該帶有“研究”的性質，培養其科研的素養，發掘其科研的潛質。

三、采取的措施及效果

重慶大學光電工程學院《信號檢測理論》教學團隊在多年實際教學的基礎上，針對上述問題，對本門課程的授課方式、授課內容、考核手段等進行了初步的改革和實踐，收到了一定的效果。

1.弱化理論，強化基礎。艱深的理論、繁復的公式，讓不少學生對本門課程“望而卻步”，產生畏難情緒。同時學生水平參差不齊，部分學生甚至沒有學過數字信號處理或者知之甚少，過分強調理論給學生的學習帶來很大阻力。在實際教學中，我們一方面加強對背景知識的復習，首先學習數字信號處理、隨機信號處理、概率論與數理統計等課程中的一些基礎知識，采用由淺入深的教學過程有助于學生對新知識的接受，緩解學生的畏難情緒，加強其信心。同時簡單提及這些知識在信號檢測理論中的經典應用（如FFT在信號譜分析中的應用、白噪聲在信號檢測中的作用等），溫故而知新，培養學生對該課程的興趣。

2.精簡內容，有的放矢。根據教學大綱的要求，本課程所應教授的內容，覆蓋了從信號檢測的基本判別準則到信號的參量檢測、波形估計以及自適應處理等一系列理論性較強的知識，內容雖寬泛但卻缺乏重點。不同專業對于同一門課程應該有所側重，精簡部分內容，突出專業特色。本教學團隊均系長期從事光電檢測的研究人員，對信號檢測理論在光電檢測中的應用較為熟悉，因此我們在授課內容中適當補充和強化該部分內容，如光電檢測中常用的鎖相放大器的原理及其應用、增加信號檢測理論在科研中的最新研究實例，如此不僅加深了學生對本專業的認識，亦加強了他們對信號檢測理論的理解，同時減少了不必要的授課內容，有效改善了教學效果。

3.多種考核，破除唯一。研究生課程考核方式的局限性一直為大家所詬病，但直接套用國外的方式卻往往水土不服，難以施行。以美國為例，其一門研究生課程=“50%的課堂教學”+“25%的課堂作業（多次小考）”+“兩次中期考試”+“一次大考”。課堂作業、中期考試和最終的大考均按權重納入最終的成績。此種模式，工作量較大，對學生的要求較高，學生必須全身心的投入課堂學習和課后的作業中，因此通常學生一個學期只有2～3門課程。現有情況下，國內各高校研究生一學期通常安排6～7門課程，若按上述方式進行，學生恐難以承受。因此，我們借鑒其優點，有所變通。采取“課堂作業（20%）+課后設計+考試”的方式進行考核。課堂作業屬于鞏固理論環節，課后設計則屬于加強實踐，二者在最終成績中分別占20%和30%的權重，如此可有效降低最后的考試隨機性和局限性。

4.突出科研，自學為主。作為研究生課程，不僅需要為研究生以后從事科研打好基礎，更要能夠培養研究生的科研素養，激發其科研興趣。因此，我們以小型項目為著眼點，針對課程中的重點內容，組織學生以研究小組的形式開展研究，作為課后設計并納入最終的考試成績。

四、結語

國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）中指出：“提高質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求”，而“深化教學改革”正是提高質量的手段之一。我們通過上述方法，對研究生課程《信號檢測理論》進行了初步的教學改革和實踐，并獲得了一定的成效，得到了學生的肯定。我們將進一步完善授課方式、課程設計、考核手段等環節，并建設針對本課程的網站，讓所有人共享本課程的改革成果。

參考文獻：

[1]張文明，羅鵬飛.隨機信號分析與處理課程研究型教學改革[J].電氣電子教學學報，2010，32（5）：19-20.

[2]張文明，羅鵬飛.隨機信號分析與處理課程設計案例[J].電氣電子教學學報，2010，32（4）：88-90.

[3]景小榮，李強，陳前斌，等.基于Matlab的《信號檢測與估計》課程教學改革[J].實驗科學與技術，2012，10（2）：55-57.

[4]趙新彥.光電信息類專業課程研究型教學的探索與實踐[J].中國科技信息，2010，（3）：246-248.

[5]叢玉良，趙曉暉，周求湛.信號檢測與處理系列課程的建設與改革實踐研究[J].長春工業大學學報（高教研究版），2013，（3）：81-82.

[6]代少升，杜智慧.對《信號檢測與估計》課程設置的構想[J].實驗科學與技術，2013，（6）：318-320.

[7]張文明，羅鵬飛.“隨機信號分析與處理”課程研究型教學改革[J].電氣電子教學學報，2010，（5）：21-22，26.

[8]董莉霞.本科教學中開設隨機信號分析課程的教學實踐與思考[J].中國現代教育裝備，2013，（23）：93-96.