立體教學(xué)法在通信原理中的應(yīng)用研究

陳潔　侯海良

摘要：該文分析了傳統(tǒng)教學(xué)方法在通信原理教學(xué)中存在的問題和立體教學(xué)法實(shí)施要點(diǎn)，并指出了立體教學(xué)模式在通信原理的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中的實(shí)施方法。實(shí)踐證明，該方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，改善教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：通信原理；教學(xué)改革；立體教學(xué)法；仿真

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）27-6397-02

Abstract： The problems existing in the presently teaching of “The Principles of Communication” and the key points in application of the stereo teaching methods are discussed， and the use of this method in theory teaching and experiment teaching are introduced to improve the effect in teaching. Practice has proved that this method can enhance students enthusiasm and initiative.

Key words： The Principles of Communication； Teaching Reform； Stereo Teaching Method； Simulation

1 《通信原理》立體教學(xué)法的提出背景和內(nèi)涵

《通信原理》是電子信息工程、通信工程等信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是這類專業(yè)的很多后續(xù)課程，如現(xiàn)代交換原理、移動(dòng)通信、光纖通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)及擴(kuò)頻通信等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；也是許多高等院校通信和信息類專業(yè)研究生入學(xué)考試初試或者復(fù)試必考科目之一。因此，必須保證教學(xué)效果，切實(shí)提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量[1]。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重理論講授，以課本為中心，以老師講授和學(xué)生聽講為主要形式。上課模式為一支粉筆 + 一塊黑板。而《通信原理》是一門理論性、綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式組織通信原理的教學(xué)必將降低教學(xué)效率，原因是多方面的：

1） 通信原理數(shù)學(xué)公式多，數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，理論性強(qiáng)。以講解為手段的課堂教學(xué)方法 難于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響教學(xué)效果。

2） 課程的概念多、知識點(diǎn)多，講授內(nèi)容多。以課堂為陣地的教學(xué)形式，難于適合通信原理的教學(xué)。通信原理包括通信系統(tǒng)的基本組成、信源編碼和信道編碼、調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、最佳接收技術(shù)、傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制技術(shù)及同步等，48節(jié)課堂教學(xué)時(shí)間不可能完成教學(xué)任務(wù)，必須采取措施讓學(xué)生在課外時(shí)間內(nèi)主動(dòng)的學(xué)習(xí)，補(bǔ)充課時(shí)不足帶來的問題。

3） 通信技術(shù)發(fā)展迅速，課本知識存在滯后，而且書本中的理論和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，需要授課者及時(shí)跟蹤。否則，學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)對講授的知識存在質(zhì)疑，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

鑒于以上原因，通過作者4年多來的通信原理教學(xué)實(shí)踐和探索，總結(jié)出了一種行之有效的教學(xué)模式——立體式教學(xué)模式。

所謂“立體教學(xué)法”是指教師在清楚的理解課程特點(diǎn)和知識體系之后，利用與學(xué)生全方位、多方式的信息交流和溝通后，在多種教學(xué)形式和多種感官刺激下，使學(xué)生透徹理解各知識點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合素質(zhì)，取得良好的教學(xué)效果。

立體教學(xué)法的內(nèi)涵豐富，涉及到教師、學(xué)生、教學(xué)方法和手段等方方面面的問題，要有效的運(yùn)用好立體教學(xué)模式，有必要解決以下4個(gè)方面的問題：

1） 教學(xué)主體問題。傳統(tǒng)的教學(xué)以教師為中心，學(xué)生是學(xué)習(xí)的“容器”，教師上課的任務(wù)就是把知識灌輸進(jìn)學(xué)生的大腦。這種填鴨式的教學(xué)模式扼殺了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而且學(xué)生運(yùn)用知識的能力也較差。目前有人提出教學(xué)是以學(xué)生為中心，教師的一切教學(xué)活動(dòng)都應(yīng)為著學(xué)生轉(zhuǎn)，這樣教師和學(xué)生的積極性都得不到保證。立體式教學(xué)倡導(dǎo)以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式，認(rèn)為教學(xué)中的教師和學(xué)生是相互依存、互相作用的兩個(gè)中心。

2） 教學(xué)中介問題。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以知識講授為中介，教師教學(xué)的目的是把知識點(diǎn)講透，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的目的是把知識裝進(jìn)大腦。這種方式容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)知識和應(yīng)用知識脫節(jié)，學(xué)生不能用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題。而立體式教學(xué)強(qiáng)調(diào)以實(shí)際應(yīng)用為目的。采用問題或者任務(wù)為中介，讓教師和學(xué)生都參與解決問題，全面激發(fā)學(xué)生的靈感，開拓學(xué)生的視野。

3） 教學(xué)手段問題。在立體式教學(xué)中，要求學(xué)生要面向社會(huì)實(shí)際，學(xué)習(xí)實(shí)用的知識。強(qiáng)調(diào)靈活運(yùn)用多種教學(xué)方式和手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)。在教學(xué)中充分發(fā)揮啟發(fā)式、設(shè)疑、質(zhì)疑和點(diǎn)撥等方式，讓學(xué)生主動(dòng)思考，帶著問題學(xué)習(xí)知識。教師在準(zhǔn)備每堂課時(shí)應(yīng)將更多精力放在追蹤與講授內(nèi)容有關(guān)的最新的知識和應(yīng)用上，為講授內(nèi)容設(shè)置問題、精選習(xí)題或案例、總結(jié)學(xué)習(xí)方法，對抽象的知識或者教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，采用多種方式讓學(xué)生受到多種感官刺激而加強(qiáng)對知識的理解和掌握。

2 《通信原理》立體式理論教學(xué)的實(shí)施措施

立體式教學(xué)的核心是要求學(xué)生對所學(xué)的知識知其然、知其所以然，從而提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，提高的知識的運(yùn)用和解決實(shí)際問題的能力。因此，教師在教學(xué)中要告訴學(xué)生每部分知識的來源、用途及在本學(xué)科以至于整個(gè)知識（專業(yè)） 體系中的地位和作用。在通信原理教學(xué)中，通過4年多的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出了通信原理立體式教學(xué)的實(shí)施的要點(diǎn)[2]：

1） 導(dǎo)，即引導(dǎo)、啟發(fā)。《通信原理》知識點(diǎn)多，知識覆蓋面廣，教學(xué)任務(wù)重，而我系電子信息工程和通信工程本科專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中安排該門課程的理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)為48節(jié)，要在短短的48學(xué)時(shí)內(nèi)把通信原理500多面的教材內(nèi)容講授完是不可能的，但是，教材涉及到的知識點(diǎn)都要求學(xué)生有所理解，否則會(huì)影響到后續(xù)課程的教學(xué)。因此，我們必須精選課堂講授內(nèi)容，有效的組織學(xué)生自學(xué)和預(yù)習(xí)。

在立體式教學(xué)強(qiáng)調(diào)對學(xué)生進(jìn)行有效的引導(dǎo)。首先，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)。在安排學(xué)生自學(xué)或者預(yù)習(xí)時(shí)，提前在課堂上講解本部分內(nèi)容在整個(gè)知識體系中的地位、實(shí)際應(yīng)用情況，使學(xué)生充分認(rèn)識到自學(xué)并不意味著內(nèi)容不重要。每堂課講授前，安排一些問題、案例或習(xí)題，帶著問題講解。其次，注重實(shí)效。為了保證自學(xué)、預(yù)習(xí)的效果，在此之前，會(huì)提前布置一些問題、習(xí)題或安排一個(gè)主題，學(xué)生要求在自學(xué)和預(yù)習(xí)中完成相應(yīng)任務(wù)。每堂講授課后，也會(huì)布置一定的習(xí)題，要求學(xué)生當(dāng)場作答或者作為作業(yè)。最后，在下一次課時(shí)，安排一定的時(shí)間檢查學(xué)習(xí)效果。比如限失真信源編碼部分，在安排學(xué)生自學(xué)前就花10分鐘具體介紹了該編碼技術(shù)在視頻、圖像處理中的應(yīng)用情況以及視頻圖像傳輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀和前景。同時(shí)要求學(xué)生在自學(xué)時(shí)回答：預(yù)測編碼是怎樣實(shí)現(xiàn)的？DPCM編碼中會(huì)出現(xiàn)哪些誤差，分別怎樣解決？預(yù)測編碼的實(shí)際應(yīng)用情況？前兩個(gè)問題通過直接閱讀教材就可以解決，但第三個(gè)問題需要學(xué)生拓寬知識面，收集資料后并進(jìn)行分析總結(jié)才能得出。

2） 探，探指探索，主要是針對教師的講課方法而言，要求教師在了解學(xué)生學(xué)習(xí)心理的基礎(chǔ)上，探索出通信原理講授的有效方法。在通信原理的實(shí)際講授時(shí)，讓學(xué)生接受多種感官的刺激，產(chǎn)生對知識的綜合記憶。首先通過知識點(diǎn)的應(yīng)用情況引起學(xué)生對知識點(diǎn)的興趣，隨之提出問題，進(jìn)而由教師對知識點(diǎn)的基本理論進(jìn)行講解，然后采用flash動(dòng)畫或者實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場演示，使學(xué)生獲得直觀認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，采用多媒體課件進(jìn)行數(shù)學(xué)公式精確推導(dǎo)，并用Matlab進(jìn)行仿真，上升到理論高度。完成上述過程后再回頭總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn)，要求學(xué)生回答問題或者通過例題鞏固所學(xué)知識。

3） 習(xí)，指溫習(xí)和練習(xí)，溫故而知新。通信原理的知識分為幾大塊，各塊之間知識點(diǎn)比較獨(dú)立，而且知識點(diǎn)比較抽象，學(xué)生經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在課堂上掌握了的知識課后就忘記了，或者學(xué)了后面的知識前面的又忘記了，因此，要經(jīng)常復(fù)習(xí)和練習(xí)。為了避免學(xué)生知識遺忘，一是布置作業(yè)。每堂課后布置一定的作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容既要涵括本堂課的知識點(diǎn)，也應(yīng)綜合以前的一些知識。作業(yè)不宜太多，否則容易造成學(xué)生作業(yè)壓力大，應(yīng)付了事。二是搞些課堂小測試。課堂小測試題目應(yīng)綜合以前學(xué)過的知識點(diǎn)，并且提前告訴學(xué)生小測試的時(shí)間，測試成績納入平時(shí)分的計(jì)算中。通過小測試一方面可以督促學(xué)生定期復(fù)習(xí)前面的知識，另一方面可以檢查學(xué)生對知識的掌握情況，方便老師調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

3 《通信原理》立體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施措施

目前，大多數(shù)學(xué)校的通信原理實(shí)驗(yàn)都是依托實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行，基本上是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。學(xué)生對這類實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性都不高，而且這類實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的作用不大。為此，在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用了立體式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

首先，合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)課時(shí)。在我校安排的16課時(shí)的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)按照為3：4：1進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)理論教學(xué)時(shí)安排一部分簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為補(bǔ)充[3]。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與相應(yīng)的理論講解同步進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要與課程內(nèi)容緊密結(jié)合。比如AM、角度調(diào)制、2ASK的調(diào)制與解調(diào)、2DPSK的調(diào)制與解調(diào)、2FSK的調(diào)制與解調(diào)、MSK、部分響應(yīng)、抽樣定理等10多個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)都可以在理論教學(xué)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)箱或者動(dòng)畫演示完成。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)開設(shè)的3個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為：PCM編碼和譯碼原理（含非線性PCM編碼）、基帶無碼間串?dāng)_及眼圖、同相正交環(huán)鎖相環(huán)提取載波。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生設(shè)計(jì)制作全部、部分電路實(shí)現(xiàn)特定的功能或者完成某一功能的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，安排了4個(gè)設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，其中兩個(gè)是利用實(shí)驗(yàn)箱的擴(kuò)展口，自己設(shè)計(jì)部分電路、制作電路板完成實(shí)驗(yàn)，一個(gè)為自己設(shè)計(jì)完整的電路和一個(gè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體可選擇用CPLD 可編程器件編程設(shè)計(jì)各種數(shù)字信號、FSK 硬件系統(tǒng)、眼圖電路搭建和PCM 編碼等內(nèi)容。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)極大地提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要采用提前布置題目，學(xué)生自主設(shè)計(jì)的開放式實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生在課余時(shí)間完成，在指定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)主要進(jìn)行驗(yàn)收和答疑。題目內(nèi)容是設(shè)計(jì)制作一個(gè)功能較為簡單的實(shí)際通信系統(tǒng)，提出性能參數(shù)和指標(biāo)。題目有：時(shí)分多路（PCM）系統(tǒng)硬件與軟件編程的實(shí)現(xiàn)、簡單增量調(diào)制小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、DPSK 系統(tǒng)中絕對碼與相對碼轉(zhuǎn)換、數(shù)字鎖相法位同步、數(shù)字式頻率合成器、增量調(diào)制（△—Σ）編譯碼器等。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)還可以通過學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目的工作或者將教師的科研項(xiàng)目融入實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)中，達(dá)到“教”“學(xué)”相長，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法體現(xiàn) “四個(gè)結(jié)合”：理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合、虛擬與真實(shí)結(jié)合[4]、單元與系統(tǒng)結(jié)合以及課內(nèi)與課外結(jié)合。注意理論對實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對理論證實(shí)和擴(kuò)展；引入Matlab、System View和動(dòng)畫等進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)或者對設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方案進(jìn)行驗(yàn)證，然后硬件實(shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要體現(xiàn)綜合性，強(qiáng)調(diào)對一類知識的綜合應(yīng)用；對于有些實(shí)驗(yàn)，沒有充足的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，可以采用預(yù)約的方式利用課余時(shí)間完成，對于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有限的兩個(gè)課時(shí)無法完成，可以要求學(xué)生在課外時(shí)間完成設(shè)計(jì)，課堂時(shí)間驗(yàn)收和答疑，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)不足課外補(bǔ)。

最后，重視實(shí)驗(yàn)過程，注重實(shí)效。為了保證實(shí)驗(yàn)取得預(yù)定效果，要在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收和成績評定中體現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)際效果。在驗(yàn)收時(shí)，教師既要看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，又要學(xué)生能回答與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題。問題設(shè)置包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的方方面面，如實(shí)驗(yàn)原理，電路的功能、電路中某一元器件的作用、遇到某種問題的解決方法等等，通過這些措施真正培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

4 教學(xué)效果

通過在通信原理中采用立體式教學(xué)模式，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。教學(xué)內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)際的通信系

統(tǒng)的結(jié)合；教學(xué)上采用“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；在實(shí)驗(yàn)上既強(qiáng)調(diào)理論指導(dǎo)實(shí)踐，又強(qiáng)調(diào)實(shí)踐對理論的支持和補(bǔ)充作用，同時(shí)還注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

通過立體式教學(xué)模式的實(shí)施，學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)態(tài)度更加端正，學(xué)生在學(xué)習(xí)中更加注意知識的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生分析問題和解決問題的能力得到極大的提高。學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)不再枯燥，考試成績也有了較大的提高，課程及格率也不斷提升，特別是2009級通信工程專業(yè)和電子信息工程專業(yè)217名學(xué)生不及格人數(shù)只有14人。2008級學(xué)生參加研究生入學(xué)考試，26人考通信原理平均分高達(dá)126.43分，達(dá)到了歷史最好水平。

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