信號檢測與估計教材編寫的體會與思考

曲長文+周強(qiáng)+蘇峰+李健偉

摘要：教材作為教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的知識載體，在教學(xué)中起著非常重要的作用，教材的不斷完善和發(fā)展可以促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。本文結(jié)合信號檢測與估計教材的編寫工作，從能力培養(yǎng)、結(jié)構(gòu)體系、實驗教學(xué)、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(shè)、教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提高提供參考。

關(guān)鍵詞：信號檢測與估計；教材編寫；配套資源；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)理統(tǒng)計中貝葉斯統(tǒng)計決策的理論和方法研究隨機(jī)信號的檢測和估計問題，是隨機(jī)信號統(tǒng)計處理的理論和方法，是現(xiàn)代信息理論的一個重要分支，廣泛應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)、自動控制、模式識別、射電天文學(xué)、氣象學(xué)、地震學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程及航空航天系統(tǒng)工程等領(lǐng)域。它是“信息與通信工程”學(xué)科的重要基礎(chǔ)課，是電子信息工程、通信工程、電子信息科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)選修課。為了提高信號檢測與估計課程教學(xué)質(zhì)量，需要不斷提高該門課程所使用教材的質(zhì)量。下面筆者結(jié)合《信號檢測與估計》教材編寫的實踐，談?wù)剬Ω叩仍盒＝滩木帉懙囊恍w會與思考。

二、注重能力和統(tǒng)計觀念的培養(yǎng)

信號檢測與估計與概率論、數(shù)理統(tǒng)計及隨機(jī)過程（隨機(jī)信號分析）并駕齊驅(qū)地支撐著隨機(jī)現(xiàn)象規(guī)律的研究，共同構(gòu)成了科技工作者研究隨機(jī)現(xiàn)象的完整知識結(jié)構(gòu)。信號檢測與估計課程的目的是使學(xué)生掌握知識和獲取知識的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的包含統(tǒng)計觀念的素質(zhì)和創(chuàng)新能力。教材應(yīng)該授人以“魚”的同時，授人以“漁”。同時，教材的編寫應(yīng)注意體現(xiàn)素質(zhì)教育、創(chuàng)新能力及實踐能力的培養(yǎng)，為學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展創(chuàng)造條件。此外，教材也應(yīng)重視并有意識地增加產(chǎn)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(xué)生“知其然”，還要“知其所以然”，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過精心設(shè)計思考題，拓寬學(xué)生考慮問題的思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性素質(zhì)。通過增加貝葉斯統(tǒng)計的內(nèi)容，可以充分展現(xiàn)信號檢測與估計的精髓，使學(xué)生對信號檢測與估計所采用的統(tǒng)計處理方法進(jìn)行有效歸納提煉，形成其條理清晰地統(tǒng)計處理方法和處理過程的一般步驟，有利于學(xué)生對知識的系統(tǒng)把握和統(tǒng)計觀念的培養(yǎng)。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(xué)生會用所學(xué)的知識，掌握信號檢測與估計領(lǐng)域未來發(fā)展的空間，有利于提高學(xué)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(jī)模擬實驗，讓學(xué)生通過獨立編程掌握信號檢測與估計的統(tǒng)計處理過程，使理論與實踐相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計處理方法解決實際問題的能力和統(tǒng)計觀念。

三、優(yōu)化教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系

為了保證學(xué)生掌握必要的和系統(tǒng)的基本知識和基本技能，從而正確地指導(dǎo)實踐工作，需要對教材的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和體系進(jìn)行一定的優(yōu)化，從而實現(xiàn)本課程與其他課程的有機(jī)銜接；既符合學(xué)科內(nèi)在的邏輯關(guān)系，又符合學(xué)生的認(rèn)識規(guī)律；既要有經(jīng)典的比較深入的基礎(chǔ)知識，又要有比較廣闊的前沿知識；既形成合理的知識結(jié)構(gòu)，又符合學(xué)生的接受能力和知識水平，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和獲取知識能力的提高。隨著學(xué)生知識積累速度的逐步加快，自然形成了學(xué)生有限的教學(xué)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(guī)定的時間內(nèi)給學(xué)生傳授有限的知識和技能。再加上教材內(nèi)容也會受到教學(xué)時間的限制，導(dǎo)致教材的篇幅是有限的，而學(xué)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(jìn)性簡單視為是在原教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上不斷地、大量地補(bǔ)充新信息，從而導(dǎo)致教材篇幅越來越大。因此，在保證內(nèi)容的完整性與系統(tǒng)性的前提下，教材的篇幅需要有效限制，并使基礎(chǔ)知識和前沿知識合理平衡，深度和廣度合理平衡。為了實現(xiàn)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(tǒng)計的內(nèi)容。因為信號檢測與估計的基礎(chǔ)是數(shù)理統(tǒng)計中貝葉斯統(tǒng)計決策的理論和方法，而其他課程未涉及貝葉斯統(tǒng)計方面的內(nèi)容，合適的貝葉斯統(tǒng)計方面的參考書也缺乏。信號檢測與估計教材內(nèi)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(tǒng)計處理的思維方法及觀念更直觀，使內(nèi)容的邏輯性更合理，符合學(xué)生認(rèn)識規(guī)律的順序。教材的結(jié)構(gòu)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(nèi)容體現(xiàn)由淺入深，由簡到繁，由具體到抽象，循序漸進(jìn)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(tǒng)計特性、信號的多少和信號參量是確知的還是隨機(jī)的這三個因素進(jìn)行分類。依照信號的統(tǒng)計特性由簡單到復(fù)雜，信號的數(shù)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(xué)生提供正確的思考方法和學(xué)習(xí)方法。

四、加強(qiáng)實驗教學(xué)

信號檢測與估計作為一門理論性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，實驗教學(xué)是不可缺少的一個環(huán)節(jié)。對于學(xué)生鞏固和掌握所學(xué)知識，教學(xué)質(zhì)量的提高，學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，實驗發(fā)揮著至關(guān)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(dǎo)書有機(jī)地融入到教材中，將詳細(xì)的實驗指導(dǎo)書的電子板放在出版社網(wǎng)站供讀者下載。為了解決學(xué)時少的問題，信號檢測與估計會采用計算機(jī)模擬實驗的形式，以達(dá)到實驗?zāi)康暮陀行У男ЧＳ嬎銠C(jī)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(huán)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(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和有機(jī)結(jié)合，將信號檢測與估計實驗分為兩個層次：驗證性實驗和設(shè)計研究性實驗，實現(xiàn)從簡單到綜合、從基礎(chǔ)到前沿、從鞏固知識到培養(yǎng)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的循序漸進(jìn)實驗教學(xué)過程，逐步鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，同時也可以提高教師實驗教學(xué)的效果和質(zhì)量。設(shè)計研究性實驗給出題目和問題，由學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識并結(jié)合實際的需求設(shè)計實驗方案，通過編程解決問題，研究實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，側(cè)重于學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。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(xué)內(nèi)容，使理論教學(xué)與實驗密切銜接，加深理解和鞏固所學(xué)知識，豐富課后學(xué)習(xí)的手段，調(diào)動學(xué)生的積極性，為設(shè)計研究性實驗奠定基礎(chǔ)。因此，開發(fā)和應(yīng)用信號檢測與估計仿真軟件對于提高教師的教學(xué)質(zhì)量是十分必要的。

五、改革教材語言

教材語言一般采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅嬲Z言。在語言風(fēng)格上，教材語言具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性、專業(yè)性、規(guī)范性，比較生硬刻板。為了追求嚴(yán)謹(jǐn)，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(chuàng)新，體現(xiàn)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(chuàng)新就是要將過去教材的專業(yè)性學(xué)術(shù)語言與課堂語言結(jié)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(xué)，使學(xué)生易于理解且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。書面語言的形式很嚴(yán)謹(jǐn)，完全符合語法，比較抽象。口頭語言的形式比較放松，語法結(jié)構(gòu)不嚴(yán)格，比較形象。課堂語一般是在不失準(zhǔn)確性的前提下，融合面語言和口頭語言，既嚴(yán)謹(jǐn)又通俗，既準(zhǔn)確又精練。

六、豐富教材配套資源

隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，教學(xué)手段和教學(xué)方式有了很大地發(fā)展，提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的積極性，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)。教材配套資源一般有電子教案、電子課件、仿真軟件、習(xí)題集，習(xí)題詳解、實驗指導(dǎo)書、實驗參考程序、試題庫及答案，并以此為基礎(chǔ)可以方便地建設(shè)教學(xué)網(wǎng)站或網(wǎng)絡(luò)課程。配套資源應(yīng)與教材同時規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展，形成一個教學(xué)資源的有機(jī)整體，充分發(fā)揮不同媒體的特點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，以適應(yīng)教學(xué)個性化、互動性和多樣化發(fā)展的需要，為教學(xué)提供多元化、立體化的教學(xué)素材，提供教學(xué)資源的整體解決方案，推進(jìn)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。教材與豐富的配套資源的有機(jī)結(jié)合可以將課堂教學(xué)與自主學(xué)習(xí)有機(jī)地統(tǒng)一起來，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機(jī)地統(tǒng)一起來，促進(jìn)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)教育理念的實現(xiàn)，使教與學(xué)都進(jìn)入了一個更高的水平。

參考文獻(xiàn)：

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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