信號檢測與估計教材編寫的體會與思考

曲長文+周強+蘇峰+李健偉

摘要：教材作為教學內容和教學方法的知識載體，在教學中起著非常重要的作用，教材的不斷完善和發展可以促進教學質量的不斷提高。本文結合信號檢測與估計教材的編寫工作，從能力培養、結構體系、實驗教學、教材語言及教材配套資源等幾個方面闡述教材編寫的心得和體會，以期為教材建設、教學改革和教學質量的提高提供參考。

關鍵詞：信號檢測與估計；教材編寫；配套資源；教學質量

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）25-0256-02

一、引言

信號檢測與估計以數理統計中貝葉斯統計決策的理論和方法研究隨機信號的檢測和估計問題，是隨機信號統計處理的理論和方法，是現代信息理論的一個重要分支，廣泛應用于電子信息系統、自動控制、模式識別、射電天文學、氣象學、地震學、生物醫學工程及航空航天系統工程等領域。它是“信息與通信工程”學科的重要基礎課，是電子信息工程、通信工程、電子信息科學等專業的基礎選修課。為了提高信號檢測與估計課程教學質量，需要不斷提高該門課程所使用教材的質量。下面筆者結合《信號檢測與估計》教材編寫的實踐，談談對高等院校教材編寫的一些體會與思考。

二、注重能力和統計觀念的培養

信號檢測與估計與概率論、數理統計及隨機過程（隨機信號分析）并駕齊驅地支撐著隨機現象規律的研究，共同構成了科技工作者研究隨機現象的完整知識結構。信號檢測與估計課程的目的是使學生掌握知識和獲取知識的方法，培養學生分析問題和解決實際問題的能力，培養學生的包含統計觀念的素質和創新能力。教材應該授人以“魚”的同時，授人以“漁”。同時，教材的編寫應注意體現素質教育、創新能力及實踐能力的培養，為學生知識、能力、素質協調發展創造條件。此外，教材也應重視并有意識地增加產生和形成新概念、理論和方法的思維過程的介紹，分析前人為什么要這樣處理，使學生“知其然”，還要“知其所以然”，啟發和引導學生的創新思維。通過精心設計思考題，拓寬學生考慮問題的思路，培養學生的創造性素質。通過增加貝葉斯統計的內容，可以充分展現信號檢測與估計的精髓，使學生對信號檢測與估計所采用的統計處理方法進行有效歸納提煉，形成其條理清晰地統計處理方法和處理過程的一般步驟，有利于學生對知識的系統把握和統計觀念的培養。對于具體的分析方法，一定要交代清楚前提條件和適用范圍，使學生會用所學的知識，掌握信號檢測與估計領域未來發展的空間，有利于提高學生解決實際問題的能力。通過增加信號檢測與估計課程的計算機模擬實驗，讓學生通過獨立編程掌握信號檢測與估計的統計處理過程，使理論與實踐相結合，以培養學生應用統計處理方法解決實際問題的能力和統計觀念。

三、優化教材內容結構體系

為了保證學生掌握必要的和系統的基本知識和基本技能，從而正確地指導實踐工作，需要對教材的內容、結構和體系進行一定的優化，從而實現本課程與其他課程的有機銜接；既符合學科內在的邏輯關系，又符合學生的認識規律；既要有經典的比較深入的基礎知識，又要有比較廣闊的前沿知識；既形成合理的知識結構，又符合學生的接受能力和知識水平，有利于學生自主學習能力和獲取知識能力的提高。隨著學生知識積累速度的逐步加快，自然形成了學生有限的教學時間與大幅增長的知識之間的矛盾，而又由于教師只能在規定的時間內給學生傳授有限的知識和技能。再加上教材內容也會受到教學時間的限制，導致教材的篇幅是有限的，而學生需要掌握的知識和技能卻是快速增加的。如果把教材先進性簡單視為是在原教材內容的基礎上不斷地、大量地補充新信息，從而導致教材篇幅越來越大。因此，在保證內容的完整性與系統性的前提下，教材的篇幅需要有效限制，并使基礎知識和前沿知識合理平衡，深度和廣度合理平衡。為了實現和其他課程有效地銜接，信號檢測與估計教材增加了貝葉斯統計的內容。因為信號檢測與估計的基礎是數理統計中貝葉斯統計決策的理論和方法，而其他課程未涉及貝葉斯統計方面的內容，合適的貝葉斯統計方面的參考書也缺乏。信號檢測與估計教材內容分為匹配濾波、信號檢測及信號估計三個模塊，使基本概念和理論更清晰，使統計處理的思維方法及觀念更直觀，使內容的邏輯性更合理，符合學生認識規律的順序。教材的結構體系按照縱橫兩條線布局，以被分析處理的對象作為縱線，以所采用的分析處理方法作為橫線。對于縱或橫線上的內容體現由淺入深，由簡到繁，由具體到抽象，循序漸進的過程。信號檢測與估計的被分析處理的對象是依照信號的統計特性、信號的多少和信號參量是確知的還是隨機的這三個因素進行分類。依照信號的統計特性由簡單到復雜，信號的數量由少到多，信號的參量由確知到未知，在教材的縱線上布局，從而使教材從形式上能夠給學生提供正確的思考方法和學習方法。

四、加強實驗教學

信號檢測與估計作為一門理論性和應用性都很強的課程，實驗教學是不可缺少的一個環節。對于學生鞏固和掌握所學知識，教學質量的提高，學生解決問題的能力、創新能力及綜合素質的培養，實驗發揮著至關重要的作用。為了兼顧教材的篇幅不過大，將精簡的實驗指導書有機地融入到教材中，將詳細的實驗指導書的電子板放在出版社網站供讀者下載。為了解決學時少的問題，信號檢測與估計會采用計算機模擬實驗的形式，以達到實驗目的和有效的效果。計算機模擬實驗可以避免用實物器材做實驗的局限性，不受器材和環境條件限制，不受時間、地點限制，可以利用課余時間方便地開展實驗。為了實現理論教學與實驗教學統籌協調和有機結合，將信號檢測與估計實驗分為兩個層次：驗證性實驗和設計研究性實驗，實現從簡單到綜合、從基礎到前沿、從鞏固知識到培養素質和創新能力的循序漸進實驗教學過程，逐步鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，使學生能夠學以致用，同時也可以提高教師實驗教學的效果和質量。設計研究性實驗給出題目和問題，由學生根據所學知識并結合實際的需求設計實驗方案，通過編程解決問題，研究實驗過程中發現的問題，側重于學生綜合能力和素質的培養。驗證性實驗通過信號檢測與估計仿真軟件隨時驗證理論教學內容，使理論教學與實驗密切銜接，加深理解和鞏固所學知識，豐富課后學習的手段，調動學生的積極性，為設計研究性實驗奠定基礎。因此，開發和應用信號檢測與估計仿真軟件對于提高教師的教學質量是十分必要的。

五、改革教材語言

教材語言一般采用嚴謹的書面語言。在語言風格上，教材語言具有較強的學術性、專業性、規范性，比較生硬刻板。為了追求嚴謹，語言論述往往比較晦澀，不夠通俗、不易理解。因此，教材語言需要創新，體現教材與使用者之間的交流，而不是單一的說教。教材語言的創新就是要將過去教材的專業性學術語言與課堂語言結合，使教材語言盡量避免抽象枯燥的闡述，通俗易懂、自然流暢、輕松活潑，富有親和力，便于組織教學，使學生易于理解且能激發學生的學習興趣。書面語言的形式很嚴謹，完全符合語法，比較抽象。口頭語言的形式比較放松，語法結構不嚴格，比較形象。課堂語一般是在不失準確性的前提下，融合面語言和口頭語言，既嚴謹又通俗，既準確又精練。

六、豐富教材配套資源

隨著計算機、網絡和信息技術在教學中的應用，教學手段和教學方式有了很大地發展，提高了教學效率和教學質量，激發了學生的積極性，有助于學生自主學習能力的培養，促進學生素質的培養。教材配套資源一般有電子教案、電子課件、仿真軟件、習題集，習題詳解、實驗指導書、實驗參考程序、試題庫及答案，并以此為基礎可以方便地建設教學網站或網絡課程。配套資源應與教材同時規劃、協調發展，形成一個教學資源的有機整體，充分發揮不同媒體的特點，實現優勢互補，以適應教學個性化、互動性和多樣化發展的需要，為教學提供多元化、立體化的教學素材，提供教學資源的整體解決方案，推進教學改革，提高教學質量。教材與豐富的配套資源的有機結合可以將課堂教學與自主學習有機地統一起來，將理論教學與實踐教學有機地統一起來，促進以學生為主體、教師為主導教育理念的實現，使教與學都進入了一個更高的水平。

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Experience and Thought on the Textbook Writing for Signal Detection and Estimation

QU Chang-wen，ZHOU Qiang，SU Feng，LI Jian-wei

（Department of Electric and Engineering，Naval Aeronautical and Astronautical University，

Yantai，Shandong 264001，China）

Abstract：As knowledge carriers embodying teaching content and methods，textbooks are particularly important for university teaching.The advancement of textbooks may improve teaching quality.According to experiences of the textbook writing for signal detection and estimation，this paper expounds thoughts on the cultivation of ability，the textbook structure system，experimental teaching，teaching materials and so on，hoped that these thoughts may provide many references to textbook construction，teaching reform and the advancement of teaching quality.

Key words：signal detection and estimation；textbook writing；teaching material；teaching quality