《隨機信號分析》課程教學改革方法探討

張春梅 劉澤良 譚海燕 馮卉

摘要：《隨機信號分析與處理》是一門綜合性和理論性較強的課程，特點是概念抽象、公式多，難于理解。學生學習該課程時，會感到枯燥、難學，所以必須從這門課程的特點出發，采用靈活多樣的教學方法，才能使學生較好地掌握本課程。

關鍵詞：隨機信號分析;教學方法;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0081-02

一、引言

《隨機信號分析與處理》是高等院校通信、電子信息和電子工程等專業的一門重要的專業基礎課程。該課程分為隨機信號分析、信號檢測與估計兩部分內容。隨機信號分析部分包括隨機變量基礎、隨機過程的基本概念、隨機過程的線性變換、隨機過程的非線性變換、窄帶隨機過程和馬爾科可夫過程與泊松過程;信號檢測與估計部分包括估計理論和檢測理論。[1]《隨機信號分析與處理》概念多、公式多、內容抽象，不易理解和掌握，是高等院校教學的一大難點。傳統的教學以課堂理論講授為主，很難激發學生學習、創新的能力，為此，必須探討新的教學模式，以激發學生分析問題、解決問題的能力。

二、《隨機信號分析與處理》課程的重要性

（一）從課程研究的對象分析[1-3]

信號分為確定信號和隨機信號，確定信號用確定的時間函數來表示，它的取值在任何時間都是確定的和可預知的，比如電路中電壓和電流都是隨時間變化的，是時間的確定函數;振幅、頻率和相位都是確定的一段正弦波，也是確定信號。隨機信號不能用確定的時間函數來表示，變化具有隨機性。信號是消息的載體，消息中包含著信息，是信息的運載工具，通信的目的是傳輸消息中的有用信息，在通信系統中，傳輸的信號一般都具有不確定性，否則就不能傳遞任何新的信息，也就失去了通信的意義。

（二）從課程的體系結構分析

《隨機信號分析與處理》課程是工科專業的基礎課，它的前置課程是高等數學、電路、概率論與數理統計、信號與系統、數字信號處理等基礎課，后續課程是移動通信、圖像處理、現代通信原理。在課程體系結構中，它是基礎課和專業課之間的橋梁和紐帶，起承上啟下的作用。

（三）應用廣泛[2]

《隨機信號分析與處理》廣泛應用于社會科學、自然科學和工程技術等各個領域，在現代電子技術、現代通信、自動控制、系統工程的可靠性工程、市場經濟的預測和控制、隨機服務系統的排隊論、存儲論、生物醫學工程、人口的預測和控制等方面都具有重要的實用意義。

三、教學方法探討

1.“授人以魚，不如授人以漁”。唐代著名文學家、思想家韓愈《師說》中提到：古之學者必有師。師者，所以傳道授業解惑也。今天，許多家長為孩子們請語文、數學、英語等家教，精挑細選各科老師，不在乎路究竟有多遠，注重的是老師的學識和能力。人們常說：“教師是人類靈魂的工程師”、“教師是太陽底下最崇高的職業”，這都充分說明了教師的重要地位。傳統的教學以教授為主，在課堂上，教師是主體，是發言者;學生是客體，被動地接收教師每堂課的內容，這樣經常達不到理想的教學效果。教育教學注重培養學生的創造能力，不是簡單的知識“搬遷”，學生更不應是教師手下的花朵。我們需要改變這種教學模式，“授人以魚，不如授人以漁”。教師不僅僅傳授給學生知識本身，更重要的是傳授學習的方法，送的不僅僅是一條魚，解決的不僅僅是燃眉之急，而是長久之憂。

2.“嚴”與“鼓勵”相結合。“嚴師出高徒”是傳統的教學理念，宋朝王應麟三字經中寫到：教不嚴，師之惰，也突出了一個“嚴”字，可見“嚴”在教育環節中的重要性。我們首先肯定“嚴”之好處，“不以規矩，不能成方圓”。有些學生學習能力差、自控能力不足，這時，“嚴師”是有必要的，一方面，在教師的嚴格要求下，可以改變學生的學習態度、學習方法、糾正不良行為;另一方面，教師淵博的知識、獨具一格的教學方法和經驗、一絲不茍的教學態度感染、影響著學生，能夠激發他們學習的興趣。再次，我們需要面對“嚴”之弊端。有一部分教師過于注重“嚴”的作用，在整個教學過程中非常嚴肅，板著臉，不茍言笑，這無疑拉大了教師自己和學生的距離，在這樣的學習環境中，會不會束縛學生的獨立思考能力？會不會限制學生創造能力的培養？過多的“嚴”會打擊學生的積極性，讓他們有種挫敗感，甚至懷疑自己的能力。今天，許多培訓中心采用鼓勵式的教學方法，也許某一個學生的表現很一般，但是，教師善于發現學生的亮點，并鼓勵學生繼續努力，在學生課程結束時，頒發各種類型的獎狀。通過這種方式，增強了學生的自信心，使其堅定了繼續學習的決心。雖然這種教學方式主要應用于中小學學生，但對大學教育也是一種啟發。教師的“教”和學生的“學”構成了教學活動，“教”和“學”都很重要。在課堂教學中，需要以嚴中有寬、寬中有樂、樂而不亂的方式進行教學。

3.上好第一課。一出戲，要演好序幕;一部樂章，要湊好序曲，所以說第一課是教學活動中重要的一個環節。（1）課前精心準備。教師要精心準備教學內容，《隨機信號分析與處理》的第一章內容是隨機變量基礎，受課時限制，加上這部分內容是復習內容，一般分配2學時。如果把這部分內容全部展現在課件中，大量的公式沖擊著學生的視覺，會使其產生視覺疲勞，甚至厭學情緒，因此，課件內容要簡明扼要，盡量以知識樹的形式展示給學生。課件是課堂教學的輔助部分，教師需要非常熟悉授課內容，如果過多地依賴課件，會讓學生產生這種想法：老師上課的內容都在課件上，以后再學吧。這種想法一旦發芽，會非常不利于以后的教學活動。因此，第一次課的內容不宜太多，要以板書的形式把重點公式及習題展示給學生，留給學生思考的空間，增強互動環節。（2）精彩的開場白。作家高爾基說過：開頭第一句是最難的，好像音樂里的定調一樣，往往要費好長時間才能找到它。教學也一樣，一段精彩的開場白，一個好的開端，能夠吸引學生的注意力，激發學生思維的火花。對于工科學生而言，學生比較關心課程的應用情況，所以，在《隨機信號分析與處理》課程的學習中，可以以一個工程應用為例引入，進而延伸到隨機信號的應用領域，激發他們的求知欲和創新性。（3）交流。一般情況下，教師和學生在第一次課時是初次見面，存在陌生感，為了消除彼此的陌生感，拉近距離，可以進行自我介紹，讓學生了解教師，也讓教師更好地了解學生的特長、學習情況，這樣有助于更好地進行教學，還可以使第一次課在輕松愉快的氛圍中度過。

4.實驗教學?！峨S機信號分析與處理》的理論性和綜合性較強，涉及的前期課程比較多，對本科生來說學習難度比較大。因此，長期以來，該課程注重理論教學、公式推導;輕視實踐教學，導致學生缺乏綜合能力的運用，遇到問題時不知從何下手、如何解決。為了提高學生分析問題、解決問題的能力，需要重視實驗環節。該課程的實驗環節采用Matlab進行仿真實驗，有的專業前期沒有輔修過Matlab，直接進入實驗室進行實驗，勢必影響實驗要達到的效果。為此，應該在《隨機信號分析與處理》課程一開始就布置給學生Matlab的學習使用任務。實驗分為驗證性實驗部分和綜合實驗部分。

5.改革考核方式?？荚囀鞘侄?，不是目的，它是檢驗教師的“教”和學生的“學”的一種方式。目前，考核方式以閉卷考試為主，方法單一，不能充分體現學生的學習效果。因此，本課程采用平時成績+期中考試成績+期末考試成績的方式進行考核，比例是1∶1∶8，平時成績依據作業和課堂表現來考核，期中考試成績依據大作業或者論文形式來考核，期末考試成績以閉卷考試的方式來考核。

四、小結

本課程的綜合性較強，無疑是對學生的一個大挑戰，為了使學生更好地掌握本課程，需要多元化、靈活性地選擇教學方法，更需要學生的積極參與。

參考文獻：

[1]羅鵬飛，張文明.隨機信號分析與處理[M].第2版.北京：清華大學出版社，2012.

[2]劉磊，王琳.隨機信號與系統[M].北京：清華大學出版社，2011.

[3]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].第七版.北京：國防工業大學出版社，2012.