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摘要:随机过程(信号)分析是一门理论性较强的专业基础课程,是后续专业课程以及解决实际工程问题的基础。在理论学习的基础上,如何开展好实践性教学环节,是本课程教学改革的重点。本文在分析课程特点及教学目标的基础上,对开展实践性教学的必要性和内容设计等问题进行了几点思考。
关键词:随机过程 实践性教学 教学改革
随机信号分析的理论广泛应用于雷达、通信、自动控制、随机振动、地震信号处理、图像处理、气象预报、生物电子等领域。特别在信号与信息的统计模型的建立、仿真与处理等方面有着重要的应用背景。
一、课程的特点与教学目标
统计的思想。对随机过程(信号)的分析来讲,我们往往不是对一个实验结果感兴趣,而是关心大量实验结果的统计特性,因此随机过程(信号)的描述方式以及推演方式都应以统计特性为出发点。
把握本课程的体系结构,掌握随机信号与系统的基本概念、基本理论,独特的分析处理方法和解决问题的基本技能;能够运用学习的理论知识进行创新设计,具有一定创新精神和实践能力。为后续解决专业应用中的实际问题奠定重要的理论基础。
二、开展实践性教学的必要性
着眼学习能力和创新能力的培养,需要大力加强本课程的实践性环节教学,把增加实践性教学作为本课程教学改革的重点。通过实践性教学环节,巩固所学知识,加深对概念的理解,并拓展课堂学习内容,熟悉随机信号分析的应用领域,培养科研能力和创新能力。
三、实践性教学内容设计
作为一门专业基础课程,课程教学内容要注重系统性、先进性和实用性,要由浅入深、循序渐进。教学环节在理论学习的基础上,应加入实践性教学,在简单的验证性实验基础上,逐步与综合性的作业和后续专业课程的课题研究相结合。
1.随机变量统计描述。通过学习随机变量的实用分布律,掌握不同分布的特点,用MatLab语言模拟产生各种分布的随机信号。观察各个不同分布随机点的情况、概率分布函数和概率密度函数的曲线,以及它们之间的关系,明确分布函数、概率密度函数、均值、方差的物理含义。以高斯分布为重点内容,得到仿真结果。如图1所示。
2.随机过程(信号)的统计描述。随机信号的统计描述包括概率分布和数字特征,是本课程学习的重点,也是学生理解区分确定性信号和随机信号的难点。本实验通过命令:
pha=2*pi*rand(1,N);
X(t)=A*cos(Wc*t+pha);
产生一个相位在0到均匀分布的随机信号,并通过mean(),var()命令得到它的均值和方差。然后依据自相关函数的定义,通过设定不同的时间间隔得到它的自相关函数。最后依据维纳——辛钦定理对自相关函作FFT运算得到它的功率谱密度。计算结果如图2所示。最后依据各态历经性的物理含义,验证任意一个样本是不是都是均值和自相关函数都是相同的。
通过本实验内容,使学生加深对随机过程(信号)概念的理解,了解随机信号处理的基本内容。
四、开展实践性教学应把握好的几个问题
本课程教学中加入实践性教学,从验证性实验出发,加深对概念的理解,在此基础上逐步与综合性的作业和后续专业课程的课题研究相结合。
1.思想重视、认识到位。实践性教学的开展,不能仅仅为了教学改革而改革,改革的不是形式而是重在效果。通过实践性教学,使学生改变对本课程的传统看法,真正达到提高学生学习的主动性、积极性和创造性,培养学生对随机问题具有独特的思维方式和处理方法的目的,以适应学生长远发展和终身学习。
2.打牢基础、长远谋划。充分利用好现有的数学和信号分析辅助软件,目前多使用MatLab仿真环境。通过实验,学生在学习使用分析软件的基础上,能够很快进入到随机信号分析的研究环境,为长远的发展奠定坚实的基础。
五、结束语
在《随机过程》课程中开展实践性教学,是结合教学改革作的一个尝试,旨在改变本课程的教与学的方式,并由此而达到很好的教学效果。
参考文献:
1.赵淑清,郑薇.随机信号分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999.
2.王永德,王军.随机信号分析基础[M].3.北京:电子工业出版社,2009.
3.罗鹏飞,张文明.随机信号分析与处理[M].北京:清华大学出版社,2006.
4.罗鹏飞,张文明等.关于“随机信号分析”加强实践性教学的思考[J].高等教育研究学报,2001,(2).38~39.
关键词:随机过程 实践性教学 教学改革
随机信号分析的理论广泛应用于雷达、通信、自动控制、随机振动、地震信号处理、图像处理、气象预报、生物电子等领域。特别在信号与信息的统计模型的建立、仿真与处理等方面有着重要的应用背景。
一、课程的特点与教学目标
统计的思想。对随机过程(信号)的分析来讲,我们往往不是对一个实验结果感兴趣,而是关心大量实验结果的统计特性,因此随机过程(信号)的描述方式以及推演方式都应以统计特性为出发点。
把握本课程的体系结构,掌握随机信号与系统的基本概念、基本理论,独特的分析处理方法和解决问题的基本技能;能够运用学习的理论知识进行创新设计,具有一定创新精神和实践能力。为后续解决专业应用中的实际问题奠定重要的理论基础。
二、开展实践性教学的必要性
着眼学习能力和创新能力的培养,需要大力加强本课程的实践性环节教学,把增加实践性教学作为本课程教学改革的重点。通过实践性教学环节,巩固所学知识,加深对概念的理解,并拓展课堂学习内容,熟悉随机信号分析的应用领域,培养科研能力和创新能力。
三、实践性教学内容设计
作为一门专业基础课程,课程教学内容要注重系统性、先进性和实用性,要由浅入深、循序渐进。教学环节在理论学习的基础上,应加入实践性教学,在简单的验证性实验基础上,逐步与综合性的作业和后续专业课程的课题研究相结合。
1.随机变量统计描述。通过学习随机变量的实用分布律,掌握不同分布的特点,用MatLab语言模拟产生各种分布的随机信号。观察各个不同分布随机点的情况、概率分布函数和概率密度函数的曲线,以及它们之间的关系,明确分布函数、概率密度函数、均值、方差的物理含义。以高斯分布为重点内容,得到仿真结果。如图1所示。
2.随机过程(信号)的统计描述。随机信号的统计描述包括概率分布和数字特征,是本课程学习的重点,也是学生理解区分确定性信号和随机信号的难点。本实验通过命令:
pha=2*pi*rand(1,N);
X(t)=A*cos(Wc*t+pha);
产生一个相位在0到均匀分布的随机信号,并通过mean(),var()命令得到它的均值和方差。然后依据自相关函数的定义,通过设定不同的时间间隔得到它的自相关函数。最后依据维纳——辛钦定理对自相关函作FFT运算得到它的功率谱密度。计算结果如图2所示。最后依据各态历经性的物理含义,验证任意一个样本是不是都是均值和自相关函数都是相同的。
通过本实验内容,使学生加深对随机过程(信号)概念的理解,了解随机信号处理的基本内容。
四、开展实践性教学应把握好的几个问题
本课程教学中加入实践性教学,从验证性实验出发,加深对概念的理解,在此基础上逐步与综合性的作业和后续专业课程的课题研究相结合。
1.思想重视、认识到位。实践性教学的开展,不能仅仅为了教学改革而改革,改革的不是形式而是重在效果。通过实践性教学,使学生改变对本课程的传统看法,真正达到提高学生学习的主动性、积极性和创造性,培养学生对随机问题具有独特的思维方式和处理方法的目的,以适应学生长远发展和终身学习。
2.打牢基础、长远谋划。充分利用好现有的数学和信号分析辅助软件,目前多使用MatLab仿真环境。通过实验,学生在学习使用分析软件的基础上,能够很快进入到随机信号分析的研究环境,为长远的发展奠定坚实的基础。
五、结束语
在《随机过程》课程中开展实践性教学,是结合教学改革作的一个尝试,旨在改变本课程的教与学的方式,并由此而达到很好的教学效果。
参考文献:
1.赵淑清,郑薇.随机信号分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999.
2.王永德,王军.随机信号分析基础[M].3.北京:电子工业出版社,2009.
3.罗鹏飞,张文明.随机信号分析与处理[M].北京:清华大学出版社,2006.
4.罗鹏飞,张文明等.关于“随机信号分析”加强实践性教学的思考[J].高等教育研究学报,2001,(2).38~39.