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《隨機信號分析》課程教學改革方法探討

來源:教育教學論壇?????2020-1-6 14:28:58??????點擊:
《隨機信號分析》課程教學改革方法探討
張春梅1,劉澤良2,譚海燕2,馮卉1  
(1.空軍工程大學 陜西西安 710051;2.九江學院 江西九江 332005)
 
摘要:《隨機信號分析與處理》的特點是概念抽象、公式多,難于理解,它是一門綜合性和理論性較強的課程。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教好的掌握本課程。
關鍵詞:隨機信號分析;教學方法;matlab       教育教學論壇
A Discussion on the Teaching Reform of the Course of Random Signal Analysis> Course
Zhang Chunmei liuzeliang tanhaiyan fenghui
 
(air Defense and Anti-Ballistic Missile College, Air Force Engineering University, Shaanxi Xi'an 710051)
 
Abstract: stochastic signal Analysis and processing is characterized by abstract concept, many formulas and difficult to understand. It is a comprehensive and theoretical course. When students study this course, they will feel dull and difficult to learn. Therefore, we must proceed from the characteristics of this course and adopt flexible teaching methods to make students master the course well.
 
Keywords: random signal analysis; teaching method; matlab
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,成為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
1.從課程研究的對象分析[1][2][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。
2.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。
3.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中,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,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:“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,他們都是精挑細選各科老師,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,被動的接收教師每堂課的內容,經常達不到理想的教學效果。教育教學是學生創造能力的培養,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,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,整個教學過程中,非常嚴肅,板著臉,不茍言笑,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,懷疑自己的能力。今天,許多培訓中心采用鼓勵方式的教學方法,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,鼓并勵學生繼續努力,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,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,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,第一課是教學活動中重要的一個環節。
3.1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》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,會產生視覺疲勞,甚至產生厭學情緒,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。第一次課內容不宜太多,重點公式及習題以板書的形式展示給學生,給學生思考的空間,增強互動環節。
3.2 精彩的開場白

前蘇聯作家高爾基說過:“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。

3.3 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,拉近距離,可以進行自我介紹。讓學生了解教師自己,也讓教師更好地了解學生的特長、學習情況,有助于更好地進行教學,還可以使第一次課在輕松愉快中度過。
4.實驗教學
《隨機信號分析與處理》理論性強,涉及的前期課程課程比較多,綜合性強,對本科生來說,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,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,matlab的學習使用任務應該在《隨機信號分析與處理》課程開始布置給學生。實驗分為驗證性實驗部分和綜合實驗部分。
4.改革考核方式
考試是手段,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。為此,本課程考核采用平時成績+期中考試成績+期末考試成績的方式,比例是1:1:8,平時成績依據作業和課堂表現來考核,期中考試依據大作業或者論文形式來考核,期末成績以閉卷考試考核。
四、小結
本課程綜合性強,無疑是對學生的一個大的挑戰,為了使學生更好的掌握本課程,教學方法需要多元化,靈活性,需要學生更多的參與。
五、參考文獻
1.羅鵬飛,張文明.隨機信號分析與處理(第2版)[M].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(第七版)[M].北京:國防工業大學出版社,2012.
作者介紹:張春梅,女,出生于1978年出生,碩士,陜西西安人,空軍工程大學講師。
劉澤良,男,1980年出生,碩士,湖北大悟人,九江學院電子工程學院副教授,主要從事物聯網、信號與信息處理方面的教學和科研工作
譚海燕,女,1977年出生,博士在讀,湖北省枝江市人,九江學院實驗師,主要從事機構動力學及機構設計方面研究。
馮卉,女,1982年出生,浙江嵊州人,空軍工程大學講師,
基金項目:江西省教育科學規劃項目(17YB216)
收稿日期:2019-1-8
 


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