面向工程實(shí)踐的通信原理課程教學(xué)體系改革

曾軍英

摘要：為了在教學(xué)中提高學(xué)生的工程能力，本文針對(duì)“通信原理”教學(xué)實(shí)踐的特點(diǎn)，結(jié)合信息專業(yè)的具體內(nèi)容，針對(duì)普通本科的學(xué)生，從調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等三個(gè)方面來(lái)實(shí)施通信原理課程教學(xué)體系的改革。

關(guān)鍵詞：通信原理；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）13-0080-02

在高等理工科院校通信與電子信息等專業(yè)中，通信原理課程是一門(mén)十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程理論性強(qiáng)，概念不好理解，而且涉及到很多其他通信課程的內(nèi)容，比如：隨機(jī)理論、高頻電子線路、信息論與編碼技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)及應(yīng)用等，并且理論內(nèi)容缺乏直觀表現(xiàn)，需要抽象的理解，相比于重點(diǎn)本科的學(xué)生，普通本科的學(xué)生普遍數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好，而且對(duì)理論學(xué)習(xí)缺乏興趣，學(xué)生理解通信原理的結(jié)論對(duì)于3G、4G通信的應(yīng)用有一定難度，所以對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)通信原理的興趣不高，因?yàn)榇嬖谏鲜鰡?wèn)題，使得通信原理的教學(xué)實(shí)際教學(xué)效果不好，而且不能很好的培養(yǎng)學(xué)生工程能力。通信原理課程經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)探索，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)估等方面都逐步成熟完善[1，2]，但立足于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生的綜合用能力，特別是對(duì)于激發(fā)普通本科大學(xué)生的興趣，在減少理論學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是一個(gè)很重要的課題。本文對(duì)教學(xué)的160名同學(xué)進(jìn)行“通信原理”教學(xué)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：由于這門(mén)課比較抽象，使得一半以上的同學(xué)認(rèn)為自己該課程學(xué)得不好，該課程的內(nèi)容不好掌握。特別是，不少同學(xué)反映課堂上不能理解透徹通信原理教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致布置的作業(yè)不會(huì)做。因此，為了促進(jìn)學(xué)生更好地理解通信的思想，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐，本文從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等三個(gè)方面來(lái)實(shí)踐通信原理教學(xué)改革，充分利用實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生能更深刻的理解這門(mén)課程。

一、改革教學(xué)方法

高等教育教學(xué)體系中越來(lái)越多地強(qiáng)調(diào)教學(xué)中學(xué)生的主體性、教師的實(shí)踐性教學(xué)以及教師和實(shí)踐課程的協(xié)同性。以項(xiàng)目導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)的協(xié)同培養(yǎng)教學(xué)方法是一種以工程項(xiàng)目為載體來(lái)進(jìn)行教學(xué)，以學(xué)生為主體的教學(xué)方法；以項(xiàng)目導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)的協(xié)同培養(yǎng)教學(xué)方法最顯著的特點(diǎn)就是以工程項(xiàng)目為載體、教師主導(dǎo)教學(xué)、學(xué)生成為為主體，試圖改變工科大學(xué)以往教師在臺(tái)上講、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)的消極的教學(xué)方法，創(chuàng)造學(xué)生自己參與、主動(dòng)與他人協(xié)作、積極探索創(chuàng)新的新型教學(xué)方法[3，4]。通信原理的工程就嘗試應(yīng)用該種教學(xué)方法以項(xiàng)目為導(dǎo)向、協(xié)同多門(mén)課程共同教學(xué)。

項(xiàng)目導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)的課程協(xié)同培養(yǎng)教學(xué)方法，是通過(guò)組織學(xué)生參與實(shí)際的工程項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程，從項(xiàng)目的初始設(shè)計(jì)、實(shí)踐和過(guò)程管理，全部的教學(xué)過(guò)程都融入到整個(gè)的工程項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中。

具體的教學(xué)實(shí)施步驟如下：

1.學(xué)生進(jìn)行分組和選擇具體項(xiàng)目。根據(jù)學(xué)生的個(gè)人愛(ài)好、學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力等特點(diǎn)，將學(xué)生分成若干小組。每個(gè)小組建立后需要制定各自的溝通方法，實(shí)施中的制度。由指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)提出不同類型的各種項(xiàng)目選題，通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選題、電子綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選題、通信綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選題，涉及的課程也比較多，如模擬電路、數(shù)字電力、高頻電路、編碼技術(shù)、通信原理等，然后各個(gè)小組的學(xué)生根據(jù)自身實(shí)踐能力、興趣愛(ài)好等原則確定所要完成的工程項(xiàng)目。

2.學(xué)生制定詳細(xì)的工程實(shí)施計(jì)劃。實(shí)施計(jì)劃是工程項(xiàng)目的指導(dǎo)方針，優(yōu)秀的實(shí)施計(jì)劃是工程項(xiàng)目能夠完成的前提。要求學(xué)生要確定項(xiàng)目的最終目標(biāo)、將具體項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)分解，落實(shí)到具體個(gè)人，同時(shí)還要制定工程項(xiàng)目的實(shí)施的時(shí)間表、具體的溝通方法、每周的協(xié)調(diào)會(huì)進(jìn)展。

3.工程項(xiàng)目的實(shí)施。每周或每個(gè)階段實(shí)施后，主要的教學(xué)指導(dǎo)教師要及時(shí)跟進(jìn)，要及時(shí)進(jìn)行組員之間的溝通，各組之間的交流和檢查，同時(shí)進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目相關(guān)課程的設(shè)計(jì)、具體的細(xì)節(jié)的解答和共同討論。指導(dǎo)教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生、督促整個(gè)工程實(shí)施順利進(jìn)行。

同時(shí)在協(xié)同教學(xué)的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)方法。通信原理課程，在分析高斯信道傳輸?shù)臅r(shí)候，信號(hào)產(chǎn)生誤比特的公式時(shí)，因?yàn)檎`比特公式是采用最大似然原理方法來(lái)推導(dǎo)的，因此在推導(dǎo)該公式之前，可以花一部分時(shí)間專門(mén)介紹最大似然檢測(cè)的基本原理和由來(lái)，這樣學(xué)生就能更好的學(xué)習(xí)誤比特公式。又如比較教學(xué)法，在學(xué)習(xí)四種不同的數(shù)字調(diào)制方式ASK、FSK、PAM和PSK的時(shí)候，將上述四種數(shù)字調(diào)制信號(hào)采取比較的方法，從四種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式與該數(shù)字調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)、該信號(hào)的波形、功率譜密度及抗噪聲性能等多方面對(duì)它們逐一進(jìn)行闡述。該方法可以使學(xué)生更好的理解這四種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的特點(diǎn)及各自之間的差異。另外通過(guò)適當(dāng)減少作業(yè)量，在課堂上實(shí)時(shí)的考察學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，更好的了解學(xué)生掌握知識(shí)的程度。

二、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

1.突出數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字帶通傳輸，弱化隨機(jī)信號(hào)的理論講解，以介紹結(jié)論為主，隨機(jī)理論的學(xué)習(xí)比較困難，對(duì)隨機(jī)理論的學(xué)習(xí)通過(guò)編程的方法加強(qiáng)。

2.強(qiáng)化數(shù)字通信的內(nèi)容。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字通信取代模擬通信已經(jīng)成為了主流。移動(dòng)通信已經(jīng)全面數(shù)字化。數(shù)字城市的興起，智慧城市的建設(shè)，原來(lái)通信原理課程的教學(xué)內(nèi)容必須進(jìn)行修改，其主體內(nèi)容應(yīng)該調(diào)整為數(shù)字通信，同時(shí)在講述過(guò)程中介紹3G通信、4G通信的應(yīng)用，這樣才能使得教學(xué)跟上技術(shù)的發(fā)展。

3.增加正在發(fā)展的通信技術(shù)內(nèi)容。如現(xiàn)在的MIMO技術(shù)、4G技術(shù)、通信技術(shù)發(fā)展很快，教學(xué)內(nèi)容涉及的比較少，為了提高學(xué)生的興趣，同時(shí)使學(xué)生能將理論知識(shí)和實(shí)際結(jié)合，應(yīng)該介紹一些先進(jìn)的通信技術(shù)。

三、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

1.充分利用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是工程型人才培養(yǎng)的前提條件?，F(xiàn)在各個(gè)學(xué)校都實(shí)施開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室是指在非教學(xué)計(jì)劃課時(shí)內(nèi)，教師和學(xué)生開(kāi)展非實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室可以充分利用實(shí)驗(yàn)室條件，開(kāi)展教師提出的通信原理項(xiàng)目的研究，可以在教師指導(dǎo)下進(jìn)行通信原理課外科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)，學(xué)生也可以協(xié)助教師進(jìn)行通信的相關(guān)學(xué)術(shù)研究。

2.構(gòu)建實(shí)踐、創(chuàng)新能力實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。通信原理課程實(shí)踐教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。因此該課程必須構(gòu)建一個(gè)實(shí)踐、創(chuàng)新能力實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。學(xué)生可以通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中多種實(shí)驗(yàn)手段，提高自己的工程實(shí)踐能力。

（1）學(xué)院通過(guò)與公司合作，引進(jìn)了一套實(shí)訓(xùn)基地方案設(shè)計(jì)，面向整個(gè)信息學(xué)科的學(xué)生，融合4GLTE全領(lǐng)域技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)，整個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，主要包括：終端接入子系統(tǒng)、4G通信子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃子系統(tǒng)、移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)、云計(jì)算系統(tǒng)。可對(duì)學(xué)生進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)技能、智能終端和嵌入式開(kāi)發(fā)、移動(dòng)業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃、現(xiàn)代云計(jì)算技術(shù)等方面進(jìn)行全方位的實(shí)訓(xùn)和培養(yǎng)。學(xué)生在該套實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)踐得到了很好的鍛煉，可以比較迅速地理解移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、通信公司的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)通信原理的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力起到了積極的效果。

（2）利用實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)境，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)通信仿真實(shí)驗(yàn)[5-7]。比如在課外布置學(xué)生進(jìn)行Labview數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)，把抽象的數(shù)字調(diào)制模型通過(guò)可視化的方法展現(xiàn)出來(lái)，使得學(xué)生對(duì)于該部分內(nèi)容的理解得到大大的加強(qiáng)。同時(shí)我們還組織學(xué)生開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生不但在實(shí)驗(yàn)室完成了插線看波形的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還熟悉了軟件仿真實(shí)驗(yàn)。對(duì)于一般學(xué)生，要求學(xué)生完成基本驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)于自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生要求完成綜合性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于有創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)生要求完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合通信原理課程知識(shí)、綜合運(yùn)用通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)，積極申報(bào)學(xué)校及全國(guó)的各項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。在通信原理課程的具體講解中，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用某部分知識(shí)，充分利用學(xué)院的創(chuàng)新平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)通信物聯(lián)網(wǎng)方面的工程項(xiàng)目，也使得學(xué)生對(duì)于通信原理課程的學(xué)習(xí)興趣大大提高。

（4）組織學(xué)生參觀校外和校內(nèi)的通信、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，了解實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新成果。讓授課班級(jí)學(xué)生與實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目成員交流，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)通信原理理論知識(shí)的熱情、加強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行科技實(shí)踐和創(chuàng)新活動(dòng)的動(dòng)力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)普通本科的學(xué)生，面對(duì)通信原理教學(xué)實(shí)際中存在的問(wèn)題，從調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等三個(gè)方面來(lái)實(shí)施通信原理課程教學(xué)體系的改革實(shí)踐。對(duì)于本次通信原理課程的教學(xué)實(shí)踐探索，我院在通信專業(yè)12級(jí)、13級(jí)四個(gè)班中進(jìn)行了實(shí)踐，通過(guò)一系列的教學(xué)措施，使得不少同學(xué)對(duì)原本抽象、枯燥的通信知識(shí)有了更透徹的理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)通信理論知識(shí)的理解，也提高了學(xué)生對(duì)于通信系統(tǒng)、先進(jìn)通信技術(shù)的了解。通過(guò)這次教學(xué)改革，學(xué)生的實(shí)踐情況比教師的預(yù)計(jì)要好，而且學(xué)生普遍感覺(jué)收獲很大。這次通信原理課程的教學(xué)改革探索還有很多需要提高的地方，在今后的教學(xué)過(guò)程中還需要不斷總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]田敏，鄧紅濤，鐘福如，張銳敏.《通信原理》課程實(shí)踐體系的改革與實(shí)踐[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2012（10）：58（S2）.

[2]樊昌信.通信原理[M].第6版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[3]周中林.信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)“卓越工程師”培養(yǎng)模式探索[J].大家，2012，（12）.

[4]季沛.應(yīng)用型高校卓越工程師教育培養(yǎng)模式的探索[J].教育管理，2012，（2）.

[5]李環(huán)，任波，華宇寧.通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6]劉學(xué)勇.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[7]程鈴，徐冬冬.MATLAB仿真在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，（2）.