王曉君 安國臣 張秀清 康嬌

摘 要：“信號檢測與估計(jì)”課程是電子與通信學(xué)科研究生的一門重要基礎(chǔ)理論課程。由于其理論性較強(qiáng)，學(xué)生難以理解和掌握，通過全面的課程建設(shè)提高其教學(xué)效果是非常有必要的。文章首先分析了本課程的主要特點(diǎn)，梳理了授課內(nèi)容，提出了目前授課存在的一些亟待解決的問題；然后重點(diǎn)從教學(xué)思路、課堂舉例、課后拓展、教學(xué)手段、參考講義、考核方法以及日常教學(xué)方法等多個方面闡述了本課程的建設(shè)內(nèi)容。通過完成這些建設(shè)，增加了學(xué)生對知識的理解掌握能力，全面提升了課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：檢測與估計(jì)；基礎(chǔ)理論課程；課程教學(xué)；教學(xué)效果

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）12-0085-03

Abstract： Signal Detection and Estimation of the graduate course in electronic communication field is an important basic theory course. Due to its strong theoretical knowledge， students are hard to understand and master it， so it is necessary to improve the teaching effect through the comprehensive course construction. Firstly， in this paper， the main features of this course are analyzed， the teaching contents are sorted out， and some existing problems that should be solved are put forward. Then the paper expounds the contents of constructing this course from several aspects， such as teaching ideas， class examples， after-class expansion， teaching methods， reference materials， evaluation methods， and daily teaching methods. By completing these constructions， the students' understanding of knowledge are increased， which comprehensively improves the teaching effect of the course.

Keywords： detection andestimation； basic theory courses； course teaching； teaching effect

一、概述

《信號檢測與估計(jì)》課程，是電子與通信學(xué)科研究生的一門重要的基礎(chǔ)理論課程。課程的理論性很強(qiáng)，是本學(xué)科研究生建立正確的系統(tǒng)科研方法的入門課程，是現(xiàn)代通信、雷達(dá)、聲納以及自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。不僅如此，它也廣泛應(yīng)用在模式識別、射電天文學(xué)、遙感遙測、天氣預(yù)報(bào)、系統(tǒng)辨識乃至醫(yī)學(xué)、社會學(xué)等領(lǐng)域或技術(shù)中[1-3]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)地了解信號檢測與估計(jì)的基礎(chǔ)知識和基本理論，掌握對噪聲中信號處理的基本方法。而且使學(xué)生學(xué)會一種從實(shí)際問題→建立數(shù)學(xué)模型→分析問題→解決問題的思路和方法，為今后科學(xué)研究打下一個堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程中重要的知識點(diǎn)包括檢測與估計(jì)兩個部分：1.檢測部分包括：噪聲中信號檢測與估計(jì)模型、最佳檢測準(zhǔn)則、檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、檢測性能分析、匹配濾波器、隨機(jī)過程的正交分解以及最佳波形設(shè)計(jì)等；2.估計(jì)部分包括：最佳估計(jì)準(zhǔn)則、估計(jì)量的構(gòu)造和主要性質(zhì)、信號波形估計(jì)的概念和準(zhǔn)則、線性最小均方誤差估計(jì)、最小二乘估計(jì)、信號波形中參量的估計(jì)、維納濾波和卡爾曼濾波算法等。

鑒于課程特點(diǎn)，本課程的授課方法仍以課堂講授為主，但由于本課程的理論復(fù)雜，公式推導(dǎo)較多，所以在短時間內(nèi)，學(xué)生很難建立起對這門課的整體認(rèn)識，學(xué)習(xí)效果往往不甚理想。國內(nèi)多位專家、老師針對該課程的設(shè)置與某些知識點(diǎn)教學(xué)方法的改進(jìn)，提出自己了的建議與方法[4-8]。作者承擔(dān)了河北省2017年省示范課程的建設(shè)項(xiàng)目，根據(jù)多年的該課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并參考其他老師在類似課程中教改思路[9-11]，提出一些提高本課程教學(xué)效果的思路和方法，其中部分方法在教學(xué)實(shí)踐中加以使用，取得了良好的效果。論文在梳理教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述本次建設(shè)的內(nèi)容。

二、課程內(nèi)容梳理

表1中給出經(jīng)過梳理后的36學(xué)時，2學(xué)分的“信號檢測與估計(jì)”的授課內(nèi)容與學(xué)時分配[1-3]。由表可見，內(nèi)容安排涵蓋了“信號檢測與估計(jì)”課程的四塊主要內(nèi)容：統(tǒng)計(jì)檢測、波形檢測、統(tǒng)計(jì)估計(jì)和波形估計(jì)，其主要的知識點(diǎn)均有涉及。

授課內(nèi)容比較全面且系統(tǒng)性較強(qiáng)，是為了使學(xué)生能夠更好的理解課程的體系，以更好的指導(dǎo)日后的科研與論文寫作實(shí)踐。由于內(nèi)容多且理解困難，因此不可避免的會和學(xué)時緊張產(chǎn)生矛盾，這就需要注意日常授課的節(jié)奏把控、內(nèi)容取舍和深淺掌握，不宜造成前松后緊的局面。

三、教學(xué)建設(shè)

在幾個學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐中，作者經(jīng)過不斷的摸索實(shí)踐，在2017年省示范課程項(xiàng)目的支持下，從課堂內(nèi)容安排、課下安排、教學(xué)手段、考核方法等多個方面對課程進(jìn)行了全面的建設(shè)。

（一）以幫助學(xué)生建立完整的知識結(jié)構(gòu)為課程目的

“信號檢測與估計(jì)”是電子與通信學(xué)科研究生期間的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是建立完整科學(xué)在隨機(jī)噪聲背景下進(jìn)行有用信號檢測與估計(jì)方法的重要課程，是學(xué)生日后開展科學(xué)研究與論文寫作的理論指導(dǎo)，沒有這方面的意識修養(yǎng)，就很難找到正確的研究方法，自然也難有建樹。因此老師應(yīng)該認(rèn)識到在有限的授課時間內(nèi)，知識體系建立的重要性要遠(yuǎn)大于具體知識的傳授，幫助學(xué)生建立正確的科研意識要遠(yuǎn)比具體公式的推導(dǎo)更有用。因此每節(jié)課的課前引導(dǎo)、課中與實(shí)際應(yīng)用的即時聯(lián)系和課后總結(jié)歸納就顯得尤為重要。為了達(dá)到上述目的，課下就需要精心準(zhǔn)備，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，合理安排課堂時間，加強(qiáng)對學(xué)生的引導(dǎo)。

（二）以領(lǐng)域?qū)嵗齺硪龑?dǎo)加深學(xué)生對課程的理解

信號檢測與估計(jì)的理論在通信、雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域深有體現(xiàn)。在授課過程中，實(shí)時的在課堂上舉例，可以幫助學(xué)生更好的理解枯燥的理論，知道所學(xué)知識是如何解決實(shí)際問題的，這樣會增加他們的學(xué)習(xí)興趣。例如，通信系統(tǒng)的中二元數(shù)字通信系統(tǒng)對統(tǒng)計(jì)檢測理論的理解、通信系統(tǒng)中的FSK信號接收對波形檢測理論的理解、雷達(dá)信號檢測的方法對奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則和恒虛警概念的理解、衛(wèi)星導(dǎo)航中的PVT解算對最小二乘估計(jì)的理解等等。在課堂上，實(shí)時將所講的知識點(diǎn)，在不同應(yīng)用領(lǐng)域上加以聯(lián)系，不但加深了學(xué)生對知識的理解，也提高了學(xué)習(xí)興趣，事半功倍。

（三）增加課后拓展練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生勤于思考

由于課上時間有限，為了能使學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，提高知識的遷移率，課下的練習(xí)和思考就顯得尤為重要。尤其像這種理論性很強(qiáng)的課程，看懂和理解完全是兩回事，只有課下不斷的主動思考與親身實(shí)踐，才能真正的理解所學(xué)知識，并能溫故知新，為新知識的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

本課程的課后思考或練習(xí)有兩個來源：一是參考書目中的課后習(xí)題，由于要考慮研究生學(xué)習(xí)的客觀情況，所以選擇題目宜少而精，尤其要有典型性；二是留大作業(yè)，題目稍大，超出課本上內(nèi)容，課下學(xué)生需查閱文獻(xiàn)來解決，例如：匹配濾波器在雷達(dá)接收機(jī)是如何具體應(yīng)用的、衛(wèi)星導(dǎo)航信號捕獲的恒虛警實(shí)現(xiàn)方法等。學(xué)生可組成小組共同來完成，這樣可進(jìn)一步提高他們的解決實(shí)際問題的能力，同時也提高了他們查閱文獻(xiàn)及團(tuán)隊(duì)合作能力。

（四）撰寫內(nèi)部講義，錄制教學(xué)視頻庫，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)資料的整理

在完善教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、電子教案、授課的PPT課件基礎(chǔ)上，本次的課程建設(shè)還需完成兩項(xiàng)重要工作：內(nèi)部講義的撰寫和課堂教學(xué)視頻的錄制。

內(nèi)部講義是教師教學(xué)目的最直接表達(dá)，目前國內(nèi)外參考書目內(nèi)容不統(tǒng)一，組織形式也多種多樣[1-3]。任課教師必須根據(jù)學(xué)校的教學(xué)安排、學(xué)生的層次水平以及專業(yè)發(fā)展方向的需要，整理出個性化的授課內(nèi)容及課時安排，爭取實(shí)現(xiàn)有限學(xué)時的最大化利用。編寫內(nèi)部講義，從眾多的參考文獻(xiàn)中梳理出主要內(nèi)容，就可以很好的幫助老師達(dá)到這一目的。

另一重要的建設(shè)項(xiàng)目就是教學(xué)視頻的錄制。錄制課程的教學(xué)視頻，可以課下供學(xué)生對重點(diǎn)、難點(diǎn)復(fù)習(xí)使用。經(jīng)過多個學(xué)期的積累，可以完成本課程相對完善的網(wǎng)上視頻教學(xué)資源，更好地輔助常規(guī)的課堂教學(xué)。另外還有重要一點(diǎn)就是，通過視頻課錄像可以發(fā)現(xiàn)課堂上的不足，改進(jìn)教學(xué)方法。

（五）考核方法的改革，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和評價學(xué)習(xí)效果

若想將本科教學(xué)中的優(yōu)秀成果應(yīng)用于研究生教學(xué)中，其中考核方法的改革就很有必要。傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷不能很全面的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，不利于學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和客觀的評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[12-13]。在本課程建設(shè)中嘗試改變成績的考核方法，由單一的考試成績逐步向多元化的考核方法過渡。將成績分為平時成績與期末成績兩種，而平時成績包括課堂提問、課后作業(yè)、分組大作業(yè)等，然后按一定的權(quán)重加在一起。對于課堂上老師提問的問題，如果學(xué)生能主動起立并正確回答，就記為一次分值，這樣很好的改善了課堂氣氛。課后大作業(yè)由分組來完成，每組的所有同學(xué)成績相同，這樣就能發(fā)揮整組的力量，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)的合作?？傊?，將學(xué)生的日常表現(xiàn)和成績緊密掛鉤，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（六）不斷革新課堂教學(xué)方法，提高課堂教學(xué)效果

鑒于“信號檢測與估計(jì)”課程的理論性較強(qiáng)，加之研究生課程時間安排往往都是一個半天，即四個學(xué)時，所以在日常的課堂教學(xué)中更要注意課堂的教學(xué)方法，否則學(xué)生很容易上課走神，從而降低知識的傳遞效率。在教學(xué)過程中注意如下幾點(diǎn)：

1. 教學(xué)過程中多注意總結(jié)，承上啟下。每完成一個知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)后，都要實(shí)時總結(jié)，讓學(xué)生形成整體認(rèn)識；在當(dāng)天課程開始前，都要對上次課程的知識點(diǎn)做一回顧；在當(dāng)天課程結(jié)束前，都要對當(dāng)天所學(xué)的知識點(diǎn)做一總結(jié)。

2. 注意課堂上有意識互動和對學(xué)生的引導(dǎo)。所有知識點(diǎn)在講解前，都要有意識先嘗試著給學(xué)生提問一個問題，試問學(xué)生一個為什么，給他們思考的時間，而不是自問自答，滿堂灌。加強(qiáng)對學(xué)生的提問，還可以避免學(xué)生的注意力不集中。對表現(xiàn)好的學(xué)生要及時給予表揚(yáng)，以增加他們的自信和學(xué)習(xí)樂趣。

3. 加強(qiáng)課堂的理論聯(lián)系實(shí)際。理論知識的學(xué)習(xí)本身就是枯燥的，多將所學(xué)知識聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生知道所學(xué)知識的應(yīng)用和價值，不但能幫助他們更好的理解，也能提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

4. 注意板書和多媒體結(jié)合使用。將兩種形式結(jié)合使用，更好地發(fā)揮各自的作用：主要的授課手段是多媒體，但對于需要詳細(xì)推導(dǎo)的知識點(diǎn)或?qū)嶋H應(yīng)用舉例，使用板書效果更好。為了更好地發(fā)揮板書的作用，在課外需要提前對板書內(nèi)容做了一個簡單的規(guī)劃。

四、結(jié)束語

本文在整理了“信號檢測與估計(jì)”課程的內(nèi)容后，詳細(xì)說明了作者在省示范課課程建設(shè)中的若干內(nèi)容。從教學(xué)思路轉(zhuǎn)變、課堂實(shí)例、課后拓展、教學(xué)手段、參考講義、考核方法以及日常教學(xué)方法等多個方面對課程進(jìn)行了全面的建設(shè)。經(jīng)過一年的努力，課程的建設(shè)任務(wù)已完成，實(shí)踐表明，本學(xué)期的教學(xué)效果與以前相比有明顯的進(jìn)步，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情有顯著提升，對知識掌握更加扎實(shí)，在學(xué)期末的成績考核中，平均分超過90分，達(dá)到優(yōu)秀水平。經(jīng)過堅(jiān)持不懈的改進(jìn)后，相信本課程的教學(xué)效果會越來越好。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙樹杰.信號檢測與估計(jì)理論[M].電子工業(yè)出版社，2013.

[2]景占榮，羊彥.高等學(xué)校教材，信號檢測與估計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]THOMASA.SCHONHOFF，ARTHURA.GIORDANO.信號檢測與估計(jì)：理論與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[4]代少升，杜智慧.對《信號檢測與估計(jì)》課程設(shè)置的構(gòu)想[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11（6）：314-316.

[5]景小榮，李強(qiáng)，陳前斌，等.基于Matlab的《信號檢測與估計(jì)》課程教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10（2）：55-57.

[6]劉兆霆，吳端坡.信號檢測與估計(jì)課程教學(xué)討論之最小二乘估計(jì)問題[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（4）：115-117.

[7]曲長文，蘇峰，周強(qiáng)，等.信號檢測與估計(jì)課程教學(xué)中統(tǒng)計(jì)觀念的培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇，2017（21）：207-209.

[8]王雪飛，王昌盛，尚朝軒，等.Bayes檢測與估計(jì)的教學(xué)探索[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（2）：109-111.

[9]張文明，羅鵬飛.“隨機(jī)信號分析與處理”課程研究型教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（5）：19-20.

[10]羅忠濤，張剛.《統(tǒng)計(jì)信號處理基礎(chǔ)》課程教學(xué)模式探索[J].信息與電腦：理論版，2017（12）.

[11]滕青芳.《現(xiàn)代控制理論》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（5）：156-159.

[12]張玲玲，梅忠義.對學(xué)生成績評價指標(biāo)體系中一些問題的思考[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2006，20（2）：19-21.

[13]韓鳳月.理論課程學(xué)生平時成績規(guī)范管理的研究[J].體育師友， 2011，34（4）：68-69.