CDIO模式下高職“現(xiàn)代通信原理”課程項目化教學探索

戴桂平

(蘇州市職業(yè)大學 電子信息工程學院，江蘇 蘇州 215104)

CDIO模式下高職“現(xiàn)代通信原理”課程項目化教學探索

戴桂平

(蘇州市職業(yè)大學 電子信息工程學院，江蘇 蘇州 215104)

針對目前通信行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才需求的現(xiàn)狀，引入CDIO工程教育模式對“現(xiàn)代通信原理”課程項目化教學進行探索與實踐，提出以項目為載體、以任務為驅(qū)動、以實訓帶動整個教學的學生崗位技能培養(yǎng)思路.通過選取與優(yōu)化項目內(nèi)容、項目實施中多種教學方法合理選擇與綜合運用，以及探索CDIO理念下課程項目化教學，實施構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)→運作四個階段的授課流程，從而將課程教學與崗位技能及職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)融為一體，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新以及工程開發(fā)與團隊協(xié)作能力.

CDIO；現(xiàn)代通信原理；項目化教學；授課體系

隨著3G移動通信的大規(guī)模商用、4G移動通信(FDD-LTE、TDD-LTE)的試運營、光纖到戶工程(FTTH)的進行、IPV6計算機通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、傳感網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng))產(chǎn)業(yè)的興起，通信行業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展[1-2].通信產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的急劇擴大，必然帶來對高素質(zhì)技能型人才的強勢需求，不僅需要扎實的通信工程基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)分析設(shè)計思想，更須具備較強的工程系統(tǒng)構(gòu)建調(diào)控技能、多學科交叉的工程意識.因此，在通信專業(yè)高技能人才培養(yǎng)方面，要求不斷探索新的教學模式以適應通信行業(yè)的技術(shù)豐富性與快速變革性需求.

“現(xiàn)代通信原理”作為高職院校通信、電子信息類專業(yè)的職業(yè)技術(shù)能力課程之一，其特點是：理論性強、概念抽象、知識體系繁雜，涉及“概率論”、“信息論”、“信號與系統(tǒng)”、“通信電子線路”等課程相關(guān)知識[3-4].高職學生理論基礎(chǔ)和數(shù)學功底較薄弱，主動學習能力較差，如何激發(fā)學生獨立思考和創(chuàng)新思維意識、培養(yǎng)學生工程開發(fā)與團隊協(xié)作能力是本課程教學成敗的關(guān)鍵.

CDIO作為國際工程教育的一種創(chuàng)新模式，代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(design)、實現(xiàn)(implement)和運作(operate)，是“做中學”和“基于項目教育和學習”的抽象表達[5-6].鑒于上述通信專業(yè)人才培養(yǎng)需求以及“現(xiàn)代通信原理”課程特點，將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學中，突出以項目為載體、以崗位技能訓練為目標的教學理念，通過項目內(nèi)容選取與優(yōu)化、項目實施中多種教學方法合理選擇與綜合運用，對CDIO項目化教學的各個環(huán)節(jié)進行分析，以提高學生的實踐創(chuàng)新與團隊協(xié)作能力.

1 CDIO模式下教學內(nèi)容優(yōu)化與組織

1.1 突出技能培養(yǎng)，優(yōu)化教學內(nèi)容

CDIO模式下“現(xiàn)代通信原理”課程的教學理念是突出職業(yè)崗位能力的培養(yǎng)，樹立CDIO工程實踐與基礎(chǔ)理論教學、專業(yè)技能培養(yǎng)并重的思想，主要從四方面對教學內(nèi)容進行有效篩選、精煉和擴展.

1) 精簡理論，強化實踐，調(diào)整教學內(nèi)容結(jié)構(gòu).以工作過程為主導，對教學內(nèi)容進行CDIO工程化改造，增加實踐環(huán)節(jié)，從之前理論課60學時，實踐課12學時，調(diào)整為理論與實踐學時1∶1，強調(diào)“做中學”.

2) 突出原理機制，強調(diào)知識運用.注重通信機制和系統(tǒng)框架的講解，采用“工程背景→物理模型→數(shù)學建?！匦詺w納”的思路，依據(jù)信號的傳遞流程，將全課程分解為四個部分：信源編碼、信道編碼、傳輸模塊(基帶傳輸與頻帶傳輸)、同步模塊，建立數(shù)字通信系統(tǒng)的整體觀念，注重概念提煉、避免大量的數(shù)學推導和理論講解，強調(diào)知識的應用.

3) 增強時效性，合理取舍教學內(nèi)容.教學內(nèi)容優(yōu)化中，應將通信理論知識的傳授與當前不斷涌現(xiàn)的移動通信技術(shù)相融合，實現(xiàn)教學內(nèi)容的傳統(tǒng)性和時效性的多元化結(jié)合.

第四，引入仿真技術(shù)，實現(xiàn)理實一體化.在理論教學過程中，引入基于Matlab和System View仿真軟件的實訓內(nèi)容，使學生深入理解通信的基本原理和系統(tǒng)分析、設(shè)計方法，增強學生創(chuàng)造性學習的興趣.

1.2 任務驅(qū)動，以實訓項目組織教學內(nèi)容

依據(jù)CDIO構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運作的工程教育理念，理論與實踐教學相輔相成、并行開展，結(jié)合實訓室現(xiàn)有的現(xiàn)代通信技術(shù)創(chuàng)新實訓系統(tǒng)、引入通信系統(tǒng)仿真軟件(Matlab、System View)以及自編配套的“通信系統(tǒng)建模與仿真實例教程”教材，開發(fā)教學與實踐項目有機結(jié)合的，從驗證性→仿真設(shè)計→綜合創(chuàng)新層層遞進的實踐教學內(nèi)容，依據(jù)信號的傳輸流程，遵循以項目為載體、以任務為驅(qū)動、以實訓帶動教學的學生技能培養(yǎng)思路，選取7個典型項目組織教學內(nèi)容，如圖1所示；同時開發(fā)項目化教材與課程標準，使學生在循序漸進的項目實訓中理解通信基本原理、提升實踐創(chuàng)新能力.

圖1 項目內(nèi)容

2 CDIO模式下多種教學方法合理選擇與綜合運用

“現(xiàn)代通信原理”課程涵蓋內(nèi)容較多、原理復雜，因此多種教學方法的合理選擇和綜合運用是CDIO模式教育的必然要求.

1) 必須培養(yǎng)教學團隊的CDIO工程實踐能力.若要將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學中，教師需要借鑒典型通信技術(shù)案例和工程項目，將通信理論知識與企業(yè)實際項目相關(guān)聯(lián)，可鼓勵教師與企業(yè)開展橫向科研課題以及派遣專業(yè)教師到企業(yè)實踐，從而促進科研成果向生產(chǎn)力及實踐項目教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化，通過構(gòu)建綜合創(chuàng)新性實踐項目，開展實踐教學.

2) 項目導向、任務驅(qū)動法.教學過程堅持以項目為導向、以任務為驅(qū)動、以實訓帶動教學的學生技能培養(yǎng)的思路，依據(jù)信號的傳輸流程將全課程分解為7個典型項目，每個項目都包括CDIO從構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)→運作四個環(huán)節(jié)，遵循任務驅(qū)動法的實施流程：明確任務→示范講解→操作練習→隨堂指導→總結(jié)歸納→結(jié)果展示→檢驗點評，使學生思維達到從感性到理性的螺旋式提高.

3) 案例導入法.在講授通信基本原理之前，首先介紹相關(guān)的實際應用背景，例如，在講解PCM碼位安排時，先導入“PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)”案例，讓學生明白“為什么要學”、“在哪里可以用”，再引入PCM編碼的教學內(nèi)容，最后分析該內(nèi)容在多路數(shù)字電話系統(tǒng)設(shè)計中如何體現(xiàn)，讓學生建立直觀的感性認識，激發(fā)學生的學習興趣.

4) 圖形驗證法.為了激發(fā)學生的學習興趣和能動性，加深學生對通信系統(tǒng)原理的理解，可采用系統(tǒng)功能框圖、波形圖、頻譜圖與數(shù)學推導相結(jié)合，加以圖形驗證，即以形象的圖形直觀地呈現(xiàn)系統(tǒng)中信號傳輸?shù)奶攸c，避免純數(shù)學推導和理論探討的枯燥性.

5) 推演比較法.從調(diào)制模型→時域波形→頻譜分析→特性參數(shù)→解調(diào)→抗噪聲性能分析的講解流程，推演出數(shù)字調(diào)制的分析思路；采用歸納比較法，對模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字頻帶傳輸以及模擬信號數(shù)字化傳輸進行歸納比較，有利于學生逐步建立課程的框架體系.

3 CDIO模式下課程項目化教學授課體系

3.1 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目構(gòu)思階段

在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目構(gòu)思階段，首先必須明確項目的教學目標：一是理解2FSK調(diào)制與四種解調(diào)模型的基本原理，二是掌握2FSK抗噪聲性能分析方法，三是2FSK調(diào)制與解調(diào)硬件實訓，四是基于SystemView的2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真實訓；其次要構(gòu)思教學過程如何實施，整個項目授課體系可具體分解為：明確任務→示范講解→操作練習→隨堂指導→總結(jié)歸納→結(jié)果展示→檢驗點評共7個行動過程，其中每個行動過程可綜合運用上述提到的任務驅(qū)動法、案例導入法、推演比較法、圖形驗證法等.

3.2 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目設(shè)計階段

在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目設(shè)計階段，應完成項目實施方案的設(shè)計，包括理論教學與實踐教學兩方面.其中，理論教學的講解思路可采用推演比較法，由模擬調(diào)制系統(tǒng)引出2FSK的授課流程(調(diào)制模型→時域波形→頻譜分析→特性參數(shù)→解調(diào)→抗噪聲性能分析)，闡明各教學模塊的重點與難點，使學生建立系統(tǒng)整體觀念；在具體授課時，可結(jié)合圖形驗證法、設(shè)問誘思法等，采用直觀、形象的功能框圖、波形圖、頻譜圖與數(shù)學推導相結(jié)合，避免單調(diào)、枯燥的純數(shù)學講解，加深學生對通信原理機制的理解與應用.

在實踐教學方案設(shè)計階段，首先下達項目任務：一是利用通信技術(shù)創(chuàng)新實訓系統(tǒng)(硬件實驗箱)實現(xiàn)2FSK調(diào)制(頻移鍵控)以及解調(diào)(過零檢測)，二是利用SystemView軟件完成2FSK調(diào)制與解調(diào)建模仿真與結(jié)果分析；其次，明確任務要求.使用的儀器設(shè)備以及SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件的原理與操作方法，簡要介紹2FSK頻移鍵控調(diào)制與過零檢測解調(diào)法的基本原理，并引導學生分析通信技術(shù)創(chuàng)新實驗箱中信號源模塊設(shè)置、2FSK調(diào)制端NRZ與載波連接關(guān)系以及2FSK解調(diào)端過零檢測各子模塊的功能.最后，教師將學生進行分組.明確分工并提出資訊建議，各小組通過學習探討提交硬件實訓以及SystemView軟件仿真的具體實施方案.

3.3 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目實現(xiàn)階段

1) 操作練習.學生提交的實施方案通過教師審核后即可開展，在熟練掌握實驗箱中2FSK調(diào)制與解調(diào)模塊各引腳功能的基礎(chǔ)上，首先設(shè)置信號源模塊中NRZ碼型以及碼速率；其次，完成2FSK調(diào)制端NRZ與兩路載波的連接以及2FSK解調(diào)端過零檢測各模塊的連接；最后，通過示波器觀測各引腳波形或功率譜，并利用SystemView軟件建立2FSK調(diào)制、信道傳輸、2FSK相關(guān)解調(diào)以及判決恢復的仿真模型，合理地設(shè)置參數(shù)進行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果進行理論分析，并對系統(tǒng)的性能進行評價.

2) 隨堂指導.學生在操作練習的同時，教師根據(jù)實訓過程中出現(xiàn)的具體問題進行指導，指導過程中注重啟發(fā)與引導學生分析問題、獨立思考并解決問題的能力，總結(jié)不足并重新制定方法和步驟，進一步實施，以強化對相關(guān)原理的理解，同時注重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識.

3) 總結(jié)歸納.學生操作練習完畢后，教師引導學生觀測并分析實訓結(jié)果，主要包括：一是通過觀測“NRZ輸入”和“調(diào)試輸出”測試點波形以及功率譜，總結(jié)歸納2FSK頻移鍵控法基本原理以及2FSK已調(diào)信號功率譜與帶寬特性；二是通過觀測解調(diào)模塊各引腳波形，理解過零檢測解調(diào)法的流程以及抽樣判決條件；三是利用仿真測試系統(tǒng)的抗噪聲性能，從而促進理論知識向應用的轉(zhuǎn)化.

3.4 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項目運作階段

在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”運作階段，應完成項目結(jié)果展示、項目成員考核評價兩個行動過程.

根據(jù)CDIO從構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)→運作的工程教育理念，展示結(jié)果時要求各小組負責人分別對項目的實施方案、基本原理與關(guān)鍵技術(shù)、具體操作流程、實訓結(jié)果以及分析進行公開匯報，各小組之間進行交流點評，引導學生反思、總結(jié)和改進，不僅可以進一步鞏固學生對通信原理機制的理解與應用，還可以培養(yǎng)學生綜合應用與系統(tǒng)構(gòu)建、調(diào)控技能以及團隊協(xié)作能力.

CDIO模式包含教學的考核評價過程，評價方式由原來的單純教師打分改為由學生自評、互評和教師評價相結(jié)合的方式，教師引導學生對各小組從構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)→運作四個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進行綜合考核，注重對學生實踐創(chuàng)新以及系統(tǒng)構(gòu)建調(diào)控技能的考評，具體可結(jié)合理論知識點考察、項目調(diào)試過程、成果展示以及項目報告等對小組每個成員給出總體評價與建議.

4 結(jié)語

隨著蘇州區(qū)域通信產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的急劇擴大，傳統(tǒng)的基于章節(jié)安排、重理論輕實踐的“現(xiàn)代通信原理”課程教學模式已難以適應當今通信行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才的需求，因而將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學中，提出通過“精簡理論，強化實踐”、“突出原理機制，強調(diào)知識運用”、“增強時效性，合理取舍教學內(nèi)容”、“引入仿真技術(shù)，實現(xiàn)理實一體化”四個方面選取和優(yōu)化項目內(nèi)容；課程教學組織遵循以項目為載體、以能力為導向、以實訓帶動整個教學的學生技能培養(yǎng)思路；項目實施中任務驅(qū)動法、案例導入法、推演比較法、圖形驗證法等多種教學方法合理選擇與綜合運用；并以“數(shù)字頻移鍵控(2FSK)調(diào)制與解調(diào)”子項目為例，分析CDIO理念下課程項目化教學，從構(gòu)思→設(shè)計→實現(xiàn)→運作四個環(huán)節(jié)實施，從而將課程教學與崗位技能及職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)融為一體，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新以及工程開發(fā)與團隊協(xié)作能力，增強通信技術(shù)專業(yè)人才的市場競爭力.

[1] 盛國. “工學結(jié)合、校企聯(lián)動”的通信技術(shù)專業(yè)建設(shè)實踐[J]. 職業(yè)技術(shù)教育，2012，33(29)：18-20.

[2] 張粵. 基于CDIO的通信工程專業(yè)教學改革和實踐[J]. 中國電力教育，2013，20(20)：42-44.

[3] 肖閩進，趙泓揚，姜文斌，等. “卓越計劃”中“通信原理”課程建設(shè)的探索與實踐[J]. 常州工學院學報，2014，27(2)：80-84.

[4] 張艷，高軍萍，高振斌. 《通信原理》 實驗項目教學新模式探索[J]. 武漢大學學報：理學版，2012，58(S2)：157-159.

[5] 羅紅艷. 基于CDIO模式的高職通信專業(yè)課程教學實踐研究[J]. 信息通信，2014，13(8)：162-164.

[6] 唐云，張文昭. 基于CDIO模式下的《現(xiàn)代通信原理》教學探究[J]. 湖南科技學院學報，2014，35(5)：69-71.

(責任編輯：李 平)

On Project-oriented Teaching of Modern Telecommunication Theory Based on CDIO Education Mode

DAI Gui-ping
(School of Electronic Information Engineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China)

Given the current demands of high quality technical talents in telecommunication industry，this paper introduces CDIO engineering education mode to explore the project-oriented teaching of Modern Telecommunication Theory and proposes students’ professional competence training mode which takes projects as carriers，tasks as driving force and practical training as stimulus in the whole process. By selecting and optimizing the teaching content, adopting a variety of teaching methods and exploring project-oriented teaching based on CDIO，both teaching and professional skills and competence training are integrated following the teaching procedure：conception，design，implementation and operation in the hope of cultivating students’practice, innovation，engineering development and cooperation within a team.

CDIO；modern telecommunication theory；project-oriented teaching；teaching process

G718.5

A

1008-5475(2015)03-0078-04

2015-04-10；

2015-05-12

江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點課題資助(2014-R-30111)；蘇州市職業(yè)大學研究性課程資助項目(SZDYKC-140703)

戴桂平(1982-)，女，江蘇泰興人，副教授，碩士，主要從事通信技術(shù)專業(yè)教學研究.