《随机信号分析》课程教学改革方法探讨

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　　摘要：《随机信号分析与处理》是一门综合性和理论性较强的课程，特点是概念抽象、公式多，难于理解。学生学习该课程时，会感到枯燥、难学，所以必须从这门课程的特点出发，采用灵活多样的教学方法，才能使学生较好地掌握本课程。
　　关键词：随机信号分析;教学方法;教学改革
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）52-0081-02
　　 一、引言
　　《随机信号分析与处理》是高等院校通信、电子信息和电子工程等专业的一门重要的专业基础课程。该课程分为随机信号分析、信号检测与估计两部分内容。随机信号分析部分包括随机变量基础、随机过程的基本概念、随机过程的线性变换、随机过程的非线性变换、窄带随机过程和马尔科可夫过程与泊松过程;信号检测与估计部分包括估计理论和检测理论。[1]《随机信号分析与处理》概念多、公式多、内容抽象，不易理解和掌握，是高等院校教学的一大难点。传统的教学以课堂理论讲授为主，很难激发学生学习、创新的能力，为此，必须探讨新的教学模式，以激发学生分析问题、解决问题的能力。
　　二、《随机信号分析与处理》课程的重要性
　　（一）从课程研究的对象分析[1-3]
　　信号分为确定信号和随机信号，确定信号用确定的时间函数来表示，它的取值在任何时间都是确定的和可预知的，比如电路中电压和电流都是随时间变化的，是时间的确定函数;振幅、频率和相位都是确定的一段正弦波，也是确定信号。随机信号不能用确定的时间函数来表示，变化具有随机性。信号是消息的载体，消息中包含着信息，是信息的运载工具，通信的目的是传输消息中的有用信息，在通信系统中，传输的信号一般都具有不确定性，否则就不能传递任何新的信息，也就失去了通信的意义。
　　（二）从课程的体系结构分析
　　《随机信号分析与处理》课程是工科专业的基础课，它的前置课程是高等数学、电路、概率论与数理统计、信号与系统、数字信号处理等基础课，后续课程是移动通信、图像处理、现代通信原理。在课程体系结构中，它是基础课和专业课之间的桥梁和纽带，起承上启下的作用。
　　（三）应用广泛[2]
　　《随机信号分析与处理》广泛应用于社会科学、自然科学和工程技术等各个领域，在现代电子技术、现代通信、自动控制、系统工程的可靠性工程、市场经济的预测和控制、随机服务系统的排队论、存储论、生物医学工程、人口的预测和控制等方面都具有重要的实用意义。
　　三、教学方法探讨
　　1.“授人以鱼，不如授人以渔”。唐代著名文学家、思想家韩愈《师说》中提到：古之学者必有师。师者，所以传道授业解惑也。今天，许多家长为孩子们请语文、数学、英语等家教，精挑细选各科老师，不在乎路究竟有多远，注重的是老师的学识和能力。人们常说：“教师是人类灵魂的工程师”、“教师是太阳底下最崇高的职业”，这都充分说明了教师的重要地位。传统的教学以教授为主，在课堂上，教师是主体，是发言者;学生是客体，被动地接收教师每堂课的内容，这样经常达不到理想的教学效果。教育教学注重培养学生的创造能力，不是简单的知识“搬迁”，学生更不应是教师手下的花朵。我们需要改变这种教学模式，“授人以鱼，不如授人以渔”。教师不仅仅传授给学生知识本身，更重要的是传授学习的方法，送的不仅仅是一条鱼，解决的不仅仅是燃眉之急，而是长久之忧。
　　2.“严”与“鼓励”相结合。“严师出高徒”是传统的教学理念，宋朝王应麟三字经中写到：教不严，师之惰，也突出了一个“严”字，可见“严”在教育环节中的重要性。我们首先肯定“严”之好处，“不以规矩，不能成方圆”。有些学生学习能力差、自控能力不足，这时，“严师”是有必要的，一方面，在教师的严格要求下，可以改变学生的学习态度、学习方法、纠正不良行为;另一方面，教师渊博的知识、独具一格的教学方法和经验、一丝不苟的教学态度感染、影响着学生，能够激发他们学习的兴趣。再次，我们需要面对“严”之弊端。有一部分教师过于注重“严”的作用，在整个教学过程中非常严肃，板着脸，不苟言笑，这无疑拉大了教师自己和学生的距离，在这样的学习环境中，会不会束缚学生的独立思考能力？会不会限制学生创造能力的培养？过多的“严”会打击学生的积极性，让他们有种挫败感，甚至怀疑自己的能力。今天，许多培训中心采用鼓励式的教学方法，也许某一个学生的表现很一般，但是，教师善于发现学生的亮点，并鼓励学生继续努力，在学生课程结束时，颁发各种类型的奖状。通过这种方式，增强了学生的自信心，使其坚定了继续学习的决心。虽然这种教学方式主要应用于中小学学生，但对大学教育也是一种启发。教师的“教”和学生的“学”构成了教学活动，“教”和“学”都很重要。在课堂教学中，需要以严中有宽、宽中有乐、樂而不乱的方式进行教学。
　　3.上好第一课。一出戏，要演好序幕;一部乐章，要凑好序曲，所以说第一课是教学活动中重要的一个环节。（1）课前精心准备。教师要精心准备教学内容，《随机信号分析与处理》的第一章内容是随机变量基础，受课时限制，加上这部分内容是复习内容，一般分配2学时。如果把这部分内容全部展现在课件中，大量的公式冲击着学生的视觉，会使其产生视觉疲劳，甚至厌学情绪，因此，课件内容要简明扼要，尽量以知识树的形式展示给学生。课件是课堂教学的辅助部分，教师需要非常熟悉授课内容，如果过多地依赖课件，会让学生产生这种想法：老师上课的内容都在课件上，以后再学吧。这种想法一旦发芽，会非常不利于以后的教学活动。因此，第一次课的内容不宜太多，要以板书的形式把重点公式及习题展示给学生，留给学生思考的空间，增强互动环节。（2）精彩的开场白。作家高尔基说过：开头第一句是最难的，好像音乐里的定调一样，往往要费好长时间才能找到它。教学也一样，一段精彩的开场白，一个好的开端，能够吸引学生的注意力，激发学生思维的火花。对于工科学生而言，学生比较关心课程的应用情况，所以，在《随机信号分析与处理》课程的学习中，可以以一个工程应用为例引入，进而延伸到随机信号的应用领域，激发他们的求知欲和创新性。（3）交流。一般情况下，教师和学生在第一次课时是初次见面，存在陌生感，为了消除彼此的陌生感，拉近距离，可以进行自我介绍，让学生了解教师，也让教师更好地了解学生的特长、学习情况，这样有助于更好地进行教学，还可以使第一次课在轻松愉快的氛围中度过。
　　4.实验教学。《随机信号分析与处理》的理论性和综合性较强，涉及的前期课程比较多，对本科生来说学习难度比较大。因此，长期以来，该课程注重理论教学、公式推导;轻视实践教学，导致学生缺乏综合能力的运用，遇到问题时不知从何下手、如何解决。为了提高学生分析问题、解决问题的能力，需要重视实验环节。该课程的实验环节采用Matlab进行仿真实验，有的专业前期没有辅修过Matlab，直接进入实验室进行实验，势必影响实验要达到的效果。为此，应该在《随机信号分析与处理》课程一开始就布置给学生Matlab的学习使用任务。实验分为验证性实验部分和综合实验部分。
　　5.改革考核方式。考试是手段，不是目的，它是检验教师的“教”和学生的“学”的一种方式。目前，考核方式以闭卷考试为主，方法单一，不能充分体现学生的学习效果。因此，本课程采用平时成绩+期中考试成绩+期末考试成绩的方式进行考核，比例是1∶1∶8，平时成绩依据作业和课堂表现来考核，期中考试成绩依据大作业或者论文形式来考核，期末考试成绩以闭卷考试的方式来考核。
　　四、小结
　　本课程的综合性较强，无疑是对学生的一个大挑战，为了使学生更好地掌握本课程，需要多元化、灵活性地选择教学方法，更需要学生的积极参与。
　　参考文献：
　　[1]罗鹏飞，张文明.随机信号分析与处理[M].第2版.北京：清华大学出版社，2012.
　　[2]刘磊，王琳.随机信号与系统[M].北京：清华大学出版社，2011.
　　[3]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].第七版.北京：国防工业大学出版社，2012.
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