信号检测与估计课程立体化教材建设

曲长文 李炳荣 张 韫

海军航空大学 山东烟台 264001

信号检测与估计课程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。应用计算机、通信、网络和信息技术加强信号检测与估计立体化教材的建设，对于促进课程教学改革、提高教学质量、培养学生综合素质，具有极为重要的作用。

1 立体化教材

立体化教材是指立足于现代教育理念和现代信息网络技术平台，以传统纸质教材为基础，以多媒介、多形态、多用途、多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套的教学出版物的集合，并以提高教学能力为目标的教材体系[1]。

立体化教材往往以纸质主教材和配套教学资源的形式呈现。通常将纸质教材称为主教材。配套教学资源主要采用数字化的形式，可以很方便地利用计算机和网络随时对其处理、更改、添加内容和转换媒体形式，使其具有灵活性、多样性、交互性、开放性和动态性等特性。

立体化教材主要由主教材、电子教案、电子课件、仿真软件、学习辅导材料、实验指导书、实验参考程序、习题集、习题详解、试题库及网络课程资源等内容组成。立体化教材将各种相互作用、相互联系的教学资源进行有机整合，使主教材与各种教学资源有效融合为一体，在教学中发挥出极大的效能。

立体化教材是计算机、通信、网络和信息技术在教学中应用的必然产物，其为教学提供一种教学资源的整体解决方案，最大限度地满足教师教学需要和学生学习需要，满足教学观念和教学模式更新的需求，提升教学能力，提高教学质量和效益，促进教学改革。

2 立体化教材的构建

立体化教材将主教材与各种教学资源有机融合成为一个整体，以充分发挥出教学效能。目前信号检测与估计立体化教材一般包括以下内容。

2.1 主教材

主教材是课程教学内容的基本载体，教学活动的主要依据，是教师从事教学和学生开展学习的重要工具。教学组根据多年的教学经验和教学实践，编写出版了“十三五”国家规划教材—《信号检测与估计》[2]。主教材包含了信号检测与估计领域的基本知识、科学方法和科学思想，融课程知识的科学性、先进性和系统性于一体，是立体化教材的核心。主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，以所采用的统计处理方法作为横线。对于纵或横线上的内容由浅入深，由简到繁，由具体到抽象，循序渐进地进行教学。

2.2 电子教案

教案是教师教学的总体设计，是实施教学任务的具体方案和主要依据。它是教师授课的基本工具，反映教师的教学思路、对知识点的把握程度及明确的教学方法，必须条理清晰、合理地组织教学内容，体现重点和难点，具有可实施性。课程组以主教材为依据，利用Word软件编写可编辑的电子教案：信号检测与估计教案。可编辑的电子教案方便修改，有利于教师之间的交流与共享，缩短备课时间，提高效率。根据学生学习的情况和教学进度，可编辑的电子教案可以随时丰富教学内容，及时变更教学设计，提高教学效果。优秀教案会对年轻教师的教学起到很好的示范和指导作用，从而减少因教学经验不足而走弯路的情况。

2.3 多媒体课件

多媒体课件是教师授课的主要工具，也是学生课后学习的重要参考资料，在教学中起着十分重要的作用。它可以保持课堂教学的连贯性，节约大量的课堂时间，有利于提高授课效率。多媒体课件不仅通过文本形式传达知识，而且可以借助图形、图像、动画和声音等形象手段，充分发挥学生各个感觉器官的作用，多方位吸引学生注意力和兴趣，使学生在生动的环境中接受和掌握知识，有助于提高课堂教学效果和课堂学习效率。利用PowerPoint软件制作的多媒体课件已成为教学的必备工具。PowerPoint课件制作简单，使用方便，有助于教师之间的交流。教师可以方便地将多媒体课件进行编辑和处理，及时补充和修改内容、播放方式，形成不同风格的、丰富多彩的多媒体课件，最终以多元化教学的素材，使教学方法呈现出多样化。

2.4 课程仿真软件

为了解决信号检测与估计课程理论抽象和实践教学偏弱的问题，课程组设计开发了用于辅助教学的信号检测与估计仿真软件(已通过国家版权局计算机软件著作权登记)。该仿真软件采用MatLab开发平台，编写了课程内容的仿真程序，并将MatLab程序编译成exe独立可执行程序，最后利用安装包制作工具打包生成安装软件。该软件主要用于课堂教学演示和学生课后自学，其丰富了课堂教学内容、模式和手段，激发了学生课后学习的兴趣，使理论分析与应用生动结合，提高了教学效率。

2.5 学习辅导材料

由于信号检测与估计课程知识点比较多，学生统计处理观念树立得不牢固，不适应统计处理问题的方式，从而导致学生在基本理论的理解上存在一定的困难[3]。为了引导学生梳理课程内容的逻辑关系，从课程内容整体上和各知识点之间相互关系方面把握所学内容，编写了信号检测与估计课程学习辅导、基本概念和复习纲要等学习辅导材料，供学生学习使用，以使学生深刻理解各知识点的重要概念及方法，启发学生思维，培养统计处理观念，掌握统计处理方法，使学生会用所学知识。

2.6 习题集及习题详解

由于信号检测与估计课程概念抽象，多数结论又是以数学表达式给出，物理意义难以理解和掌握，学生需要选做一定量的习题，才能掌握课程的基本内容和统计处理方法，有助于理论联系实际，提高分析问题和解决问题的能力。因此，编写《信号检测与估计思考题及习题解答》一书，供学生课后学习参考，加深学生对基本知识和方法的理解，拓宽学生思路，启发学生的创新思维。

2.7 开放实验指导书及参考程序

对于学生巩固和掌握所学知识，培养学生应用统计处理方法、解决实际问题能力和创新能力，实验教学是非常重要的一个环节。针对信号检测与估计课程内容多与学时少的矛盾和实验器材缺乏的困境，可以利用课外时间实施基于MatLab的信号检测与估计开放实验教学，能够方便开展验证性、设计性和综合性仿真实验，不受环境条件、时间和地点限制。为了有效地引导开放实验，编写了《信号检测与估计实验指导书》和实验参考程序源代码。开放实验涵盖整个课程内容，每一部分知识点均设置一个开放实验。

2.8 试卷库

试卷库主要用于学生的考核和学生自我检查学习效果。教师可以利用试卷库快速生成一份试卷，从烦琐的命题工作中解脱出来，也为教考分离及教学评估提供支撑。试卷库可以供教师对学生的学习情况摸底，检验教学效果，也可以供学生自我测试学习效果。试卷的题型要多样化，基本知识、基本方法、思考性、启发性、案例分析和综合型试题的比例要恰当，每章的题量尽可能按学时数进行分配，重点章节增加一定题量。

2.9 网络课程

随着计算机网络技术的发展，网络课程成为课堂教学的补充和辅助工具。网络课程通常由课程简介、教学大纲、网络课件、答疑讨论、在线测试、视频库和论坛等几部分组成[4]。网络课程有助于锻炼学生的自主学习能力，增加学习兴趣，提升学习效果。

3 结语

为了减轻教材使用者的负担，除了信号检测与估计课程主教材，立体教材的其他资源均以电子版的形式放在出版社网站供教材使用者共享，以促进课程教学改革，提高教学质量和学生的综合素质。