科研成果在课堂教学中的实践设计探析
刘晓斌田瑞琦赵锋张文明谢晓霞
［摘要］随机信号分析与处理课程涉及的教学内容与知识点较多，理论性强，且与电子工程、通信工程等专业的科学研究紧密相关，应用性也较强。由于课时限制，对于课程中知识点的实际应用教师无法充分展开讲授。采用研究型教学的方法，将科研成果引入课堂，能够加深学生对课程知识点的理解，并对知识点的应用形成直观印象。同时，以科研成果为案例，引导学生选择课程论文题目，通过团队合作的方式，灵活运用所学知识，完成课程论文，从而达到培养学生创新能力、团队合作能力和科研能力的目标。
［关键词］随机信号；研究型教学；科研成果进课堂
［基金项目］2019年度湖南省学位与研究生教育改革项目“雷达对抗领域人才培养研究”（2019JGZD003）；2019年度国防科技大学研究生教育教学改革研究课题“科研案例走进MOOC课堂实例研究”（yjsy2019015）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）16-0100-05［收稿日期］2022-04-20
“随机信号分析与处理”作为学校电子工程、通信工程专业的一门专业基础课程，具有很强的理论性和专业性。根据课程大纲，该课程共计56学时，其中授课为48学时、实践为8学时。由于课程涉及的概念较多，理论推导复杂，学生普遍反映课程知识较为难懂［1］。同时，课程授课学时的限制，使得课堂上的知识点讲解、理论推导占用了大量的时间，对课程所讲知识点的运用就难以充分开展，从而导致学生对课程学习提不起兴趣，学习效果大打折扣。
该课程涉及随机过程的基本概念、随机信号通过线性系统的分析、估计理论与检测理论等内容。其中，随机过程通过线性系统的分析、估计理论、检测理论中的系统辨识问题、匹配滤波、包络检波、维纳滤波、最大似然估计、广义似然比检验等与通信工程、电子工程专业的科研应用紧密相关，是学生进行相关科学研究的基础。如何在规定的课堂教学时间内完成既定授课内容，并确保学生能够深刻理解和灵活运用所学知识点，是这门课需要解决的问题。
研究型教学强调对概念和理论的深层次理解，通过培养学生独立解决复杂问题的能力，激发学生的学习兴趣［2］。研究型教学以科研问题为导向，结合课程具体内容设置针对性的问题，强调学生通过主动学习、团队合作等方式，灵活利用课堂及课余时间开展与课程知识相关的实践。因此，研究型教学是以学生为主，注重培养学生能力的教育教学方法。在课堂上引入研究型教学方法，有助于学生了解所学知识如何在工程中应用，从而培养学生的创新能力、实践能力和科研能力。本文结合研究型教学方法，选择与课程中的知识点紧密相关的科研成果，将其引入“随机信号分析与处理”课程教学中。结合研究型教学实施流程，笔者设计了教学实例，通过知识点的课堂教学、学生开展与知识点相关的科研问题研究、课程论文汇报等方式，完成了科研成果在课堂教学中的实践设计，为培养学生解决复杂问题的综合能力和实践能力奠定了基础。
一、科研成果研究型教学实施流程设计
“随机信号分析与处理”研究型教学的实施流程如图1所示。它主要包括课堂教学和课后实践两个部分，其中课堂教学部分分为问题引入及分析、知识点概念讲解、科研成果展示、科研成果采用的知识点分析和知识点复习五个部分。科研成果展示在教学进程中起着承上启下的作用，有利于学生对知识点和概念的直观理解与掌握。课后实践部分包括科研问题选取、资料查阅、知识点运用及问题解决、仿真实验结果和课程论文及报告五个部分。通过查阅资料，学生可以锻炼自主学习能力，拓展知识面，提高运用知识点解决问题的能力，并在团队合作中锻炼学生的交流合作能力。根据该教学实施流程，笔者设计了基于谱特征的通信信号调制方式识别教学实例和基于最小均方算法的雷达系统旁瓣对消教学实例。
二、科研成果课堂教学实例
（一）基于谱特征的通信信号调制方式识别教学实例
对应知识点：隨机过程的功率谱密度。
结合该科研问题开展教学的目标在于：掌握功率谱估计的计算方法，加深对功率谱密度、维纳-辛钦定理的理解，了解随机过程功率谱密度在解决科研问题中的使用方法。
根据图1的教学实施流程，首先进行问题及背景引入。结合海湾战争中以美国为首的联军由于取得了战场的制信息权而迅速获得胜利的例子，向学生说明制信息权的重要作用。通信信号的调制识别是取得制信息权的前提条件，分析信号的谱特征，能够解决信号调制识别的问题。
1.讲解随机过程功率谱密度的基本概念及计算方法。功率谱反映信号频率分量的功率特征。经典功率谱估计的方法主要有两种：一是周期图法，二是自相关法。
对于周期图法，假设随机序列x（n）是一能量有限的序列，对其进行傅立叶变换，得到
对傅立叶变换X（ω）取其幅值的平方，并除以N，作为序列x（n）真实功率谱的估计：