信号检测与估计教材编写的体会与思考

曲长文+周强+苏峰+李健伟

摘要：教材作为教学内容和教学方法的知识载体，在教学中起着非常重要的作用，教材的不断完善和发展可以促进教学质量的不断提高。本文结合信号检测与估计教材的编写工作，从能力培养、结构体系、实验教学、教材语言及教材配套资源等几个方面阐述教材编写的心得和体会，以期为教材建设、教学改革和教学质量的提高提供参考。

关键词：信号检测与估计；教材编写；配套资源；教学质量

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）25-0256-02

一、引言

信号检测与估计以数理统计中贝叶斯统计决策的理论和方法研究随机信号的检测和估计问题，是随机信号统计处理的理论和方法，是现代信息理论的一个重要分支，广泛应用于电子信息系统、自动控制、模式识别、射电天文学、气象学、地震学、生物医学工程及航空航天系统工程等领域。它是“信息与通信工程”学科的重要基础课，是电子信息工程、通信工程、电子信息科学等专业的基础选修课。为了提高信号检测与估计课程教学质量，需要不断提高该门课程所使用教材的质量。下面笔者结合《信号检测与估计》教材编写的实践，谈谈对高等院校教材编写的一些体会与思考。

二、注重能力和统计观念的培养

信号检测与估计与概率论、数理统计及随机过程（随机信号分析）并驾齐驱地支撑着随机现象规律的研究，共同构成了科技工作者研究随机现象的完整知识结构。信号检测与估计课程的目的是使学生掌握知识和获取知识的方法，培养学生分析问题和解决实际问题的能力，培养学生的包含统计观念的素质和创新能力。教材应该授人以“鱼”的同时，授人以“渔”。同时，教材的编写应注意体现素质教育、创新能力及实践能力的培养，为学生知识、能力、素质协调发展创造条件。此外，教材也应重视并有意识地增加产生和形成新概念、理论和方法的思维过程的介绍，分析前人为什么要这样处理，使学生“知其然”，还要“知其所以然”，启发和引导学生的创新思维。通过精心设计思考题，拓宽学生考虑问题的思路，培养学生的创造性素质。通过增加贝叶斯统计的内容，可以充分展现信号检测与估计的精髓，使学生对信号检测与估计所采用的统计处理方法进行有效归纳提炼，形成其条理清晰地统计处理方法和处理过程的一般步骤，有利于学生对知识的系统把握和统计观念的培养。对于具体的分析方法，一定要交代清楚前提条件和适用范围，使学生会用所学的知识，掌握信号检测与估计领域未来发展的空间，有利于提高学生解决实际问题的能力。通过增加信号检测与估计课程的计算机模拟实验，让学生通过独立编程掌握信号检测与估计的统计处理过程，使理论与实践相结合，以培养学生应用统计处理方法解决实际问题的能力和统计观念。

三、优化教材内容结构体系

为了保证学生掌握必要的和系统的基本知识和基本技能，从而正确地指导实践工作，需要对教材的内容、结构和体系进行一定的优化，从而实现本课程与其他课程的有机衔接；既符合学科内在的逻辑关系，又符合学生的认识规律；既要有经典的比较深入的基础知识，又要有比较广阔的前沿知识；既形成合理的知识结构，又符合学生的接受能力和知识水平，有利于学生自主学习能力和获取知识能力的提高。随着学生知识积累速度的逐步加快，自然形成了学生有限的教学时间与大幅增长的知识之间的矛盾，而又由于教師只能在规定的时间内给学生传授有限的知识和技能。再加上教材内容也会受到教学时间的限制，导致教材的篇幅是有限的，而学生需要掌握的知识和技能却是快速增加的。如果把教材先进性简单视为是在原教材内容的基础上不断地、大量地补充新信息，从而导致教材篇幅越来越大。因此，在保证内容的完整性与系统性的前提下，教材的篇幅需要有效限制，并使基础知识和前沿知识合理平衡，深度和广度合理平衡。为了实现和其他课程有效地衔接，信号检测与估计教材增加了贝叶斯统计的内容。因为信号检测与估计的基础是数理统计中贝叶斯统计决策的理论和方法，而其他课程未涉及贝叶斯统计方面的内容，合适的贝叶斯统计方面的参考书也缺乏。信号检测与估计教材内容分为匹配滤波、信号检测及信号估计三个模块，使基本概念和理论更清晰，使统计处理的思维方法及观念更直观，使内容的逻辑性更合理，符合学生认识规律的顺序。教材的结构体系按照纵横两条线布局，以被分析处理的对象作为纵线，以所采用的分析处理方法作为横线。对于纵或横线上的内容体现由浅入深，由简到繁，由具体到抽象，循序渐进的过程。信号检测与估计的被分析处理的对象是依照信号的统计特性、信号的多少和信号参量是确知的还是随机的这三个因素进行分类。依照信号的统计特性由简单到复杂，信号的数量由少到多，信号的参量由确知到未知，在教材的纵线上布局，从而使教材从形式上能够给学生提供正确的思考方法和学习方法。

四、加强实验教学

信号检测与估计作为一门理论性和应用性都很强的课程，实验教学是不可缺少的一个环节。对于学生巩固和掌握所学知识，教学质量的提高，学生解决问题的能力、创新能力及综合素质的培养，实验发挥着至关重要的作用。为了兼顾教材的篇幅不过大，将精简的实验指导书有机地融入到教材中，将详细的实验指导书的电子板放在出版社网站供读者下载。为了解决学时少的问题，信号检测与估计会采用计算机模拟实验的形式，以达到实验目的和有效的效果。计算机模拟实验可以避免用实物器材做实验的局限性，不受器材和环境条件限制，不受时间、地点限制，可以利用课余时间方便地开展实验。为了实现理论教学与实验教学统筹协调和有机结合，将信号检测与估计实验分为两个层次：验证性实验和设计研究性实验，实现从简单到综合、从基础到前沿、从巩固知识到培养素质和创新能力的循序渐进实验教学过程，逐步锻炼学生分析问题和解决问题的能力，使学生能够学以致用，同时也可以提高教师实验教学的效果和质量。设计研究性实验给出题目和问题，由学生根据所学知识并结合实际的需求设计实验方案，通过编程解决问题，研究实验过程中发现的问题，侧重于学生综合能力和素质的培养。验证性实验通过信号检测与估计仿真软件随时验证理论教学内容，使理论教学与实验密切衔接，加深理解和巩固所学知识，丰富课后学习的手段，调动学生的积极性，为设计研究性实验奠定基础。因此，开发和应用信号检测与估计仿真软件对于提高教师的教学质量是十分必要的。

五、改革教材语言

教材语言一般采用严谨的书面语言。在语言风格上，教材语言具有较强的学术性、专业性、规范性，比较生硬刻板。为了追求严谨，语言论述往往比较晦涩，不够通俗、不易理解。因此，教材语言需要创新，体现教材与使用者之间的交流，而不是单一的说教。教材语言的创新就是要将过去教材的专业性学术语言与课堂语言结合，使教材语言尽量避免抽象枯燥的阐述，通俗易懂、自然流畅、轻松活泼，富有亲和力，便于组织教学，使学生易于理解且能激发学生的学习兴趣。书面语言的形式很严谨，完全符合语法，比较抽象。口头语言的形式比较放松，语法结构不严格，比较形象。课堂语一般是在不失准确性的前提下，融合面语言和口头语言，既严谨又通俗，既准确又精练。

六、丰富教材配套資源

随着计算机、网络和信息技术在教学中的应用，教学手段和教学方式有了很大地发展，提高了教学效率和教学质量，激发了学生的积极性，有助于学生自主学习能力的培养，促进学生素质的培养。教材配套资源一般有电子教案、电子课件、仿真软件、习题集，习题详解、实验指导书、实验参考程序、试题库及答案，并以此为基础可以方便地建设教学网站或网络课程。配套资源应与教材同时规划、协调发展，形成一个教学资源的有机整体，充分发挥不同媒体的特点，实现优势互补，以适应教学个性化、互动性和多样化发展的需要，为教学提供多元化、立体化的教学素材，提供教学资源的整体解决方案，推进教学改革，提高教学质量。教材与丰富的配套资源的有机结合可以将课堂教学与自主学习有机地统一起来，将理论教学与实践教学有机地统一起来，促进以学生为主体、教师为主导教育理念的实现，使教与学都进入了一个更高的水平。

参考文献：

[1]曲长文，周强，李炳荣，等.信号检测与估计[M].北京：电子工业出版社，2016.

[2]孙静.对当前高校教材工作的几点认识[J].中国电力教育，2009，（4月上）：133-134.

[3]张勇.电子线路实验教材编写研究[J].实验科学与技术，2008，6（4）：100-101.

[4]汤方霄，周旭，张贵珍.论高校国际化教材建设[J].甘肃科技纵横，2013，42（8）：113-115.

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