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基于OBE理念的“信号检测与估计”教学改革与实践

摘要：“信号检测与估计”是电子信息工程、信息与通信工程、通信专业的硕士研究生专业必修课程，课程的理论性较强，其涉及的数学推导较多，需要良好的线性代数、矩阵分析、概率论和随机信号分析的基础知识，抽象而难学。本文将“信号检测与估计”课程的教学与OBE教育理念相结合，围绕学生的学习目标和成果，强调学生的学习结果和技能的训练，激发学生的学习兴趣和动力，提高学生的实践能力和创新能力，以适应现代教育的发展需求和未来职业的要求。

中图分类号：G642

一、概述

随着《中国制造2025》、“互联网+”“一带一路”等强国战略的不断推出，“新工科”是国家战略发展需要、国际新形势和立德树人根本任务提出的工程教育改革方向，这对工程技术相关专业的研究生培养带来了新的挑战，专业人才除了学习和掌握丰富的专业理论知识，更重要的是具备合格的工程实践能力和自主创新能力等综合素质［12］。信号检测与估计理论是现代信息理论的一个重要分支，广泛用于电子信息工程、生物医学工程、航空航天系统工程、水声工程、模式识别、自动控制等领域，主要包括统计信号检测理论、统计估计理论和滤波理论［3］。统计检测理KFvbA/BwxrdEljDXSsus2dLWnP5a7RBIu5tssxh+0mU=论是研究在噪声干扰背景中，判定信号是属于哪种状态的判决问题；统计估计理论是解决在噪声干扰背景中，根据测量值和某种准则确定信号参数的最佳估计问题；信号的滤波理论则是为了改变信号质量，研究噪声干扰中信号（或离散状态）与噪声的最佳分离问题。

本文的研究旨在将“信号检测与估计”这门课程的教学过程与成果导向的教学理念相结合，通过教学改革与实践，培养学生们将理论方法应用于解决问题的能力、团队合作能力以及创新能力，以求学生们通过课程的学习不仅能够掌握教材中的相关理论，更能够训练出一身解决信号检测与估计实际问题的技能与本领，以适应新工科的发展趋势和未来的职业需求。

二、“信号检测与估计”课程存在的“痛点”问题

“信号检测与估计”作为许多高校研究生必修的专业核心课程，其内容涵盖了信号处理、通信系统、控制系统等多个领域［4］。哈尔滨工程大学开设“信号检测与估计”的学院为水声工程学院，通过“信号检测与估计”的学习，期望学生掌握从观测水声信号中提取有用性信息的方法和技术，为水声信号处理、水声通信系统设计等领域提供技术支持。结合多年的教学情况分析，“信号检测与估计”的教学过程中存在如下问题。

（1）课程理论性很强，公式推导复杂，课堂教学单调且枯燥，理论性过强，难以理解。“信号检测与估计”起源于数学中的统计学分支，是统计（现代）信号处理的重要组成部分，需要“概率论”“矩阵理论”“随机过程”“信号与系统”“数字信号处理”等相关课程作为基础知识储备，有相当一部分学生缺少相关知识体系的系统学习，或者对已学理论已经生疏，心理上抵触大量的数学公式推导，感觉课程枯燥，注意力难以集中。

（2）课程的应用性很强，涉及工程技术多，传统教学模式下，理论脱离实际，缺乏实际应用训练，书本知识无法产生工程效益。课程所讲述的统计信号处理理论应用领域不断扩大，虽然课程中也会以相关专业的工程项目为例进行讲解，但由于授课过程无法覆盖理论的全部应用，使部分学生认为该知识点的应用场景与个人研究方向无关，容易忽略相关理论的重要意义。

（3）课程内容丰富，但考核方式单一，学生独立式学习，缺乏合作研讨，不利于“信号检测与估计”理论的理解与创新。目前本校的该门课程为闭卷考试，未考虑学生的平时成绩，比较注重对物理概念的理解。学生为了应试，往往通过机械记忆来背诵大部分零散的知识点，探索创新能力较差，不能够学以致用。

（4）课程实例分析多，需要学生参与数据处理来加深算法理解。“信号检测与估计”是一门应用背景广泛的学科，本校的课程大纲中未安排实验课环节，学生们通过上课“听”工程实例来理解抽象的物理概念和知识难点，缺乏自己参与信号处理的过程，影响学生对相关理论基础、性能特点及适用条件的理解。

在注重学生创新能力和实践能力的新工科背景下，“信号检测与估计”课程的教学使命不仅包括传授专业知识和培养学生自主创新意识，同时也结合工程项目中的实际应用案例，为学生建立所学知识与解决实际问题的桥梁，旨在帮助同学们更好地理解和掌握相关技术和方法。“信号检测与估计”课程的知识点较多且比较零散，理论性较强，部分内容抽象且推导计算复杂，学习过程中容易令学生感到枯燥难懂。在传统的教学模式下，理论大于实践，以教师为中心，学生普遍内驱力不足；教师单纯地向学生灌输“信号检测与估计”的相关技术以及其推导过程，往往难以取得令人满意的学习成效；学生们通过“死记硬背”方式通过考试，与新工科背景下以人才培养为中心、以适应未来工业发展需求为导向的理念不符。

三、“信号