通信原理課程教學(xué)方法探索與實(shí)踐

曹明華 王惠琴 賈科軍

[摘要]通信原理課程的特點(diǎn)是系統(tǒng)性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，課程教學(xué)中普遍存在重視理論分析而忽視實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象，我校在課程理論和實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行了探索和研究，總結(jié)出了一些有益的經(jīng)驗(yàn)，完善了教學(xué)手段與教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]通信原理 精品課程 教學(xué)方法 實(shí)踐環(huán)節(jié)

[中圖分類號(hào)]G642.41

一、引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，新理論、新方法、新技術(shù)、新系統(tǒng)層出不窮，對(duì)通信原理的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)質(zhì)量也在不斷提出新的要求[1-4]。通信原理課程理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)分析過程多，其理論教學(xué)需緊跟技術(shù)的發(fā)展，做到理論聯(lián)系實(shí)際。而其實(shí)踐性教學(xué)旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和補(bǔ)充，同時(shí)進(jìn)行工程能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，進(jìn)而提高創(chuàng)新能力。

我校通信原理課程在加強(qiáng)基礎(chǔ)、注重實(shí)踐、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)等原則的指導(dǎo)下，從凝練專業(yè)主干、提高專業(yè)適應(yīng)性來調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，下面主要從課堂理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)介紹相關(guān)的課程建設(shè)工作。

二、課堂教學(xué)方法探索

（一）換位思考，加強(qiáng)課程內(nèi)容的形象化，使學(xué)生便于理解記憶和應(yīng)用

通信原理課程以書本厚、理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)多而被很多學(xué)生稱為“天書”。為了使學(xué)生便于理解和應(yīng)用，在課程教學(xué)中主講教師注重對(duì)課程內(nèi)容的形象化歸納總結(jié)，對(duì)于抽象的知識(shí)點(diǎn)，以現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例來比喻，從而使這些知識(shí)點(diǎn)形象、生動(dòng)的展現(xiàn)在學(xué)生面前。在備課時(shí)，教師首先扮演學(xué)生的角色，感悟他們的困惑和疑問，尋找最佳的切入點(diǎn)和突破口，以使學(xué)生更好地理解知識(shí)要點(diǎn)，攻克知識(shí)難點(diǎn)，在最短的時(shí)間內(nèi)收到最佳的教學(xué)效果，使教和學(xué)達(dá)到和諧統(tǒng)一。

（二）利用課程理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)分析過程多的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和理論素養(yǎng)

通信原理課程教學(xué)中，無論是在時(shí)域還是頻域，也無論是模擬通信還是數(shù)字通信，無不伴隨著嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理和證明。在這些數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明過程中，突出體現(xiàn)了概括與抽象、歸納和演繹，以及建模等科學(xué)思想和方法。以此為基礎(chǔ)，在教學(xué)過程中，充分利用這一特點(diǎn)，以提問的方式引起學(xué)生的好奇和思考，并不斷的啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)假設(shè)、推導(dǎo)和論證的過程，進(jìn)行科學(xué)思維能力與數(shù)學(xué)理論素質(zhì)的培養(yǎng)。例如：在講授數(shù)字調(diào)制原理時(shí)，從學(xué)生較為熟悉的模擬調(diào)制原理推演到數(shù)字調(diào)制原理，在此基礎(chǔ)上演繹出數(shù)字調(diào)制特有的鍵控調(diào)制方式，這樣使學(xué)生既鞏固了原有的模擬調(diào)制理論知識(shí)，又?jǐn)U展了數(shù)字調(diào)制理論知識(shí)，還明白了模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制之間的聯(lián)系與區(qū)別，同時(shí)又體會(huì)到了數(shù)學(xué)中的演繹思想及分析方法。

（三）突出應(yīng)用背景，注重學(xué)科前沿發(fā)展?fàn)顩r，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力

通信技術(shù)作為目前發(fā)展最快、創(chuàng)新最多、對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钣绊懽畲蟮募夹g(shù)領(lǐng)域之一，其應(yīng)用涉及到了生活的方方面面。授課中廣泛的引入工程背景和學(xué)科前沿，從生活中的實(shí)例入手，如通過手機(jī)上網(wǎng)這樣的例子，就可以將信源編碼、復(fù)用、信道干擾、基帶頻帶傳輸、信號(hào)檢測(cè)等知識(shí)包含在其中，使學(xué)生較完整的了解所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)技術(shù)之間的關(guān)系。使學(xué)生領(lǐng)悟到通信技術(shù)自身發(fā)展的規(guī)律及其與不同領(lǐng)域?qū)W科的結(jié)合方式，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)很有幫助。

（四）逐步完善案例教學(xué)，進(jìn)一步加強(qiáng)PBL教學(xué)模式的探討

案例教學(xué)和PBL（Problem Based Learning）教學(xué)模式不僅有助于加深學(xué)生對(duì)基本原理、基本方法的理解和掌握，而且有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題的能力。例如在教學(xué)過程中，始終以手機(jī)通話及上網(wǎng)為案例，貫穿在整個(gè)通信原理的教學(xué)過程中。在介紹調(diào)制時(shí)，以該案例為基礎(chǔ)加深學(xué)生對(duì)模擬通信基本原理和系統(tǒng)性能的理解和認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上引出數(shù)字調(diào)制的必要性及意義。在介紹信源編碼時(shí)，以該案例為基礎(chǔ)，以抽樣、量化、編碼為核心，進(jìn)行了系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)模型、具體實(shí)現(xiàn)和性能分析，最終實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。通過對(duì)該案例的分析和設(shè)計(jì)使學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程有了更深入的理解，為以后進(jìn)行工程設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在問題的驅(qū)動(dòng)下，促使學(xué)生自主思考，并通過自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等方法，探求解決問題的途徑。

（五）給學(xué)生獨(dú)立思考留一定的空間，培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力

課堂教學(xué)中，知識(shí)的傳授注重思想和思路上的引導(dǎo)，只對(duì)一些重點(diǎn)難點(diǎn)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而將一般的推證過程留給學(xué)生。在習(xí)題的選擇上，設(shè)計(jì)一些能通過結(jié)論學(xué)到新知識(shí)的習(xí)題，給學(xué)生留有一定的獨(dú)立思考空間[5]。實(shí)踐環(huán)節(jié)中，通過觀察、動(dòng)手和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)，使學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在鞏固理論知識(shí)的基礎(chǔ)上掌握建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法和實(shí)際中切實(shí)可行的工程方法，培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力。

（六）建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境

為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課程組建立了通信原理課程網(wǎng)站，主要內(nèi)容包括：教學(xué)課件，教學(xué)大綱，習(xí)題庫及參考答案、網(wǎng)上輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)和相關(guān)參考資料等。借助學(xué)校方便的局域網(wǎng)，學(xué)生可以進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，練習(xí)自測(cè)等。通過答疑系統(tǒng)，可以與教師進(jìn)行暢通無阻的交流，及時(shí)解決學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。

（七）積極開展科研活動(dòng)，以科研促進(jìn)教學(xué)

任課教師積極開展關(guān)的科研活動(dòng)，以科研促進(jìn)教學(xué)，使課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)水平不斷提高，先后指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并完成了多項(xiàng)項(xiàng)目，如：高原鼠兔自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的圖像處理算法研究與實(shí)現(xiàn)；基于VC的手機(jī)終端應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)；智能車的設(shè)計(jì)和制作；基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)等。

三、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)

為了促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維和研究能力的培養(yǎng)，課程組基于本課程特點(diǎn)，將通信原理的實(shí)踐性教學(xué)分為課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合性訓(xùn)練和實(shí)習(xí)。課程實(shí)驗(yàn)用于加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，構(gòu)建通信系統(tǒng)的概念；課程設(shè)計(jì)使學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)和各種信道的理解上升到一個(gè)新的層次；綜合訓(xùn)練促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考與動(dòng)手能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神；實(shí)習(xí)為學(xué)生了解企業(yè)和社會(huì)提供平臺(tái)，提升學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)能力。

（一）課程實(shí)驗(yàn)

為了使學(xué)生深刻理解通信原理中的教學(xué)內(nèi)容，利用已有的通信原理綜合實(shí)驗(yàn)箱，圍繞課程教學(xué)大綱，開設(shè)既有驗(yàn)證性又有設(shè)計(jì)性的開放實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。為促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提高，還開設(shè)了具有創(chuàng)新性和綜合性的項(xiàng)目實(shí)踐課程，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)做到目的明確、有的放矢。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中遇到的很多問題是理論課上沒有講授的，可以通過總結(jié)報(bào)告中的問答題來啟發(fā)他們思考并在總結(jié)報(bào)告中給出解釋。

（二）課程設(shè)計(jì)

課程實(shí)驗(yàn)是對(duì)基本理論和知識(shí)的驗(yàn)證，主要是對(duì)硬件的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，屬于硬件體系實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，但具有一定的局限性。因此，利用課程設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。在課程設(shè)計(jì)階段，選擇一些學(xué)生感興趣的問題，并給出實(shí)際要完成的各項(xiàng)指標(biāo)，學(xué)生通過獨(dú)立或相互協(xié)作進(jìn)行需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，借助System View、Matlab等仿真軟件對(duì)通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行仿真，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，以觀測(cè)到各種參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得到在實(shí)驗(yàn)板上不可能得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)和各種信道的理解上升到一個(gè)新的層次，也為他們以后做科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

軟件仿真實(shí)驗(yàn)的引入對(duì)于幫助學(xué)生深入了解通信系統(tǒng)、對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)具有重要意義。因此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要思路是同一個(gè)實(shí)驗(yàn)（例如BPSK調(diào)制），要求學(xué)生在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)箱、軟件仿真以及電路板上這三種途徑來實(shí)現(xiàn)。

（三）綜合性訓(xùn)練

在完成實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)之后，選擇具有一定應(yīng)用背景的傳輸系統(tǒng)或其中的關(guān)鍵技術(shù)作為綜合性訓(xùn)練的題目，使學(xué)生能夠應(yīng)用通信的基本知識(shí)和理論設(shè)計(jì)一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的通信系統(tǒng)，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與動(dòng)手能力，以及學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參與各類電子設(shè)計(jì)大賽，課程組教師指導(dǎo)整個(gè)過程，比如查閱資料、設(shè)計(jì)、組裝、測(cè)試等，尤其強(qiáng)調(diào)如何撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。

（四）認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)與畢業(yè)實(shí)習(xí)

將認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)很好地融入到了通信原理的教學(xué)環(huán)節(jié)中，極大補(bǔ)充了課堂教學(xué)的不足。通過認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)使學(xué)生獲取通信系統(tǒng)的直觀感受，增強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的動(dòng)力和效率。在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，通過企業(yè)的技術(shù)人員和授課教師的聯(lián)合指導(dǎo)和針對(duì)性的實(shí)際操作，使學(xué)生對(duì)移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)通信、光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信、有線電視等通信系統(tǒng)的構(gòu)成、傳輸原理、設(shè)計(jì)原理等有了非常直觀的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生將課堂理論知識(shí)的學(xué)習(xí)自然地?cái)U(kuò)展到了具體的工程實(shí)踐中，教學(xué)效果非常明顯，從實(shí)質(zhì)上增強(qiáng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

四、結(jié)束語

經(jīng)過幾屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐證明，通過課堂和實(shí)踐教學(xué)的循環(huán)推進(jìn)，使學(xué)生不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力，能將所學(xué)理論知識(shí)逐漸應(yīng)用于實(shí)踐，達(dá)到了較好的效果。并為學(xué)生在后續(xù)的數(shù)學(xué)建模、電子大賽、博創(chuàng)杯、全國嵌入式設(shè)計(jì)大賽、國家大學(xué)生創(chuàng)新杯項(xiàng)目、全國大學(xué)生“飛思卡”杯智能汽車競(jìng)賽、全國電子專業(yè)人才設(shè)計(jì)與技能大賽、大學(xué)生創(chuàng)新杯競(jìng)賽等全國競(jìng)賽中獲得優(yōu)異成績(jī)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在課程組成員的指導(dǎo)下，通信08級(jí)學(xué)生胡佳琪和胡文濤完成了“高原鼠兔自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的圖像處理算法研究與實(shí)現(xiàn)”項(xiàng)目，并代表蘭州理工大學(xué)參加了全國第四屆創(chuàng)新杯年會(huì)；通信07級(jí)學(xué)生楊鵬獲得了“第七屆‘博創(chuàng)杯全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽”全國總決賽三等獎(jiǎng)、獲得了第六屆全國大學(xué)生“飛思卡”杯智能汽車競(jìng)賽西部賽區(qū)光電組二等獎(jiǎng)。同時(shí)，培養(yǎng)出了以“蛟龍?zhí)枴鄙詈摵絾T付文濤同學(xué)為代表的通信工程專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生。

基金項(xiàng)目：蘭州理工大學(xué)2012年改學(xué)改革項(xiàng)目（JY2012027 ）；甘肅省《通信原理》省級(jí)精品課程。

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（作者單位：蘭州理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 甘肅蘭州）