通信原理課程教學(xué)改革實(shí)踐

張學(xué)敏，鐘　菲，呂曉麗

(長春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，長春 130012)

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通信原理課程教學(xué)改革實(shí)踐

張學(xué)敏，鐘菲，呂曉麗

(長春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，長春 130012)

針對目前通信原理課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合筆者的教學(xué)體驗(yàn)，本文闡述了通信原理課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方法上的改革實(shí)踐，旨在形成適合于通信原理課程教學(xué)的新方法，提高課程教學(xué)質(zhì)量和課堂教學(xué)效果及加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

通信原理；教學(xué)改革；考核方法；實(shí)驗(yàn)仿真

“通信原理”是高等院校信息與通信類專業(yè)重要的專業(yè)課，也是許多院校電子信息類專業(yè)研究生入學(xué)考試科目之一。該課程需要的先驗(yàn)知識多，涉及概率論、隨機(jī)過程、線性代數(shù)、及信號類課程等先導(dǎo)課程，同時又是連接移動通信、光纖通信等后續(xù)課程的重要橋梁。知識豐富、概念抽象、理論性強(qiáng)是該課的主要特點(diǎn)，教師覺得難教，學(xué)生感到難學(xué)，這是師生常常面臨的困惑，那么“通信原理”教什么？怎樣教？學(xué)什么？怎樣學(xué)？一直是任課老師思考的問題。筆者結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對通信原理課程的教學(xué)改革進(jìn)行了積極地探索和嘗試，在此和廣大同行切磋與交流。

一、通信原理課程教學(xué)存在的問題

目前，通信原理課程的教學(xué)中主要存在以下問題：首先，從授課對象看，學(xué)生良莠不齊，兩級分化嚴(yán)重。近些年高校的擴(kuò)招，因基礎(chǔ)差異導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)態(tài)度上差距很大，有些學(xué)生逃避學(xué)習(xí)中遇到的困難、挫折，甚至全盤放棄。其次，從授課內(nèi)容看，一是與相關(guān)課程(信息論與編碼)內(nèi)容交叉重復(fù)，浪費(fèi)學(xué)時。學(xué)生在聽到重復(fù)內(nèi)容時，思想會開小差，注意力不集中，導(dǎo)致容易錯過新內(nèi)容的學(xué)習(xí)；二是該課程涉及的數(shù)學(xué)公式多，推導(dǎo)一環(huán)扣一環(huán)，概念抽象，很多概念在相關(guān)的課程中已經(jīng)接觸過，但由于當(dāng)時就沒有理解，現(xiàn)在又出現(xiàn)了，容易產(chǎn)生挫敗感，喪失學(xué)習(xí)興趣。同時，面對這些抽象的概念，學(xué)生感到難學(xué)、難懂、學(xué)了不知如何去用。比如，討論數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲性能時，應(yīng)用高斯噪聲的正態(tài)分布函數(shù)去求解誤碼率，純數(shù)學(xué)概念的介入，使學(xué)生理解起來很吃力，很難消化，容易產(chǎn)生放棄學(xué)習(xí)的念頭。再次，從授課方法看，傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽的授課方式不利于學(xué)生積極思考、自主學(xué)習(xí)，學(xué)生永遠(yuǎn)處在被動接收知識的地位，結(jié)果只能是左耳聽，右耳冒。導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)過該課程后，竟不能說出這門課包括哪些知識點(diǎn)，自己掌握了什么，還有哪些需要提高，更談不上說出自己的見解了。面對上面的問題，通信原理課程的教學(xué)改革勢在必行。

二、“通信原理”課程教學(xué)改革實(shí)踐

(一)教學(xué)內(nèi)容上，規(guī)避重復(fù)、保留經(jīng)典，緊跟現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展

首先，通信原理課程里有很多內(nèi)容和信息論與編碼這門課的內(nèi)容是重復(fù)的?！巴ㄐ旁怼焙汀靶畔⒄撆c編碼”在信源、信道等內(nèi)容處有較多重疊。比如，“信息論與編碼”課程里信息的度量和信源的熵的知識點(diǎn)在通信原理中又有重復(fù)，完全略過，破壞了教材的完整性、連貫性。詳細(xì)講解，又大可不必。在有限的學(xué)時內(nèi)，對于重復(fù)內(nèi)容，教師在講解時可以將其作為復(fù)習(xí)知識點(diǎn)簡單介紹或作為承上啟下的切入語。

其次，“通信原理”課程要求學(xué)生掌握通信系統(tǒng)的基本原理，尤其是數(shù)字通信基本原理。在教學(xué)中，筆者在參考國內(nèi)外經(jīng)典教材和通信前沿技術(shù)基礎(chǔ)上，對該課程教學(xué)內(nèi)容選材措施如下：突出數(shù)字通信。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信最終將取代模擬通信，移動通信已經(jīng)全部實(shí)行數(shù)字化，廣播電視也完成了向數(shù)字化的過渡，這就要求通信原理課程教學(xué)內(nèi)容在保留經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的同時，要適當(dāng)增加先進(jìn)的通信技術(shù)內(nèi)容。目前熱門技術(shù)有應(yīng)用于第四代移動通信的MIMO、CDMA技術(shù)和保護(hù)信息安全的量子通信技術(shù)。由于學(xué)時有限，在教學(xué)過程中將這些內(nèi)容穿插在相關(guān)環(huán)節(jié)，向?qū)W生介紹這些新技術(shù)產(chǎn)生的背景、基本原理和基本概念，讓學(xué)生對它們有初步了解，為未來做深入研究打下理論基礎(chǔ)。

再次，補(bǔ)充通信網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)知識[4]。現(xiàn)代通信正日益朝著網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化和智能化的方向發(fā)展，教學(xué)中以教材為依托，為導(dǎo)向，補(bǔ)充通信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容，讓學(xué)生用發(fā)展的眼光、開放的思維去學(xué)習(xí)通信技術(shù)。

(二)教學(xué)方法上，多種教學(xué)模式并存，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課程教學(xué)效果

1.理論環(huán)節(jié)，授課方法和授課內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，營造良好學(xué)習(xí)氛圍

“通信原理”課程內(nèi)容豐富，邏輯性、綜合性強(qiáng)，且公式推導(dǎo)繁雜，對數(shù)學(xué)基本功要求高，整個教學(xué)過程始終采用單一的教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)授課方式，學(xué)生容易產(chǎn)生聽課疲勞癥，課堂就會陷入死氣沉沉狀，教師也會覺得費(fèi)力無果。針對不同的授課內(nèi)容，采用不同授課手段，使學(xué)生聽后覺得這樣的內(nèi)容就適合這樣的講法。比如，在緒論部分，采用多媒體教學(xué)，緒論是對整本教材的高度概括，其中涉及通信發(fā)展的各個關(guān)鍵歷史時期和這一時期的代表人物，以此為主線，串聯(lián)起緒論這一章的內(nèi)容，配合圖片和視頻，由古代通信逐步進(jìn)入近代通信、現(xiàn)代通信和當(dāng)代通信，同學(xué)們仿佛做了一次通信體驗(yàn)的穿越旅行，這樣為課程的順利開展做了一個良好的鋪墊。又如，在隨機(jī)信號分析部分，采用比較回憶法，教師一邊帶領(lǐng)學(xué)生回憶在“概率論”課程中學(xué)到的均值、方差、協(xié)方差和自相關(guān)的概念，一邊引出隨機(jī)信號里對這些概念的數(shù)學(xué)表達(dá)。一方面讓新內(nèi)容的出現(xiàn)不顯得突兀，另一方面又能使學(xué)生明白他們的共性和區(qū)別[2]。隨著課程內(nèi)容的展開，適時采用“課前研究”、“課上討論”、“課后總結(jié)”的分組合作教學(xué)方法，例如，在講解數(shù)字通信系統(tǒng)的解調(diào)方式時，課前，教師將教材上兩種解調(diào)方式的技術(shù)關(guān)鍵交代給學(xué)生，然后根據(jù)學(xué)生情況將全班同學(xué)分為四組或以上(分組時，一定要避免組與組之間學(xué)生學(xué)習(xí)水平差異大的情況發(fā)生)，學(xué)生按照要求查閱、收集、整理資料，在這一過程中，組員之間可以研究討論，共同完成任務(wù)。課上，每組選出代表分別對本組的工作進(jìn)行闡述，然后組與組之間再進(jìn)行討論和交流。由于分組合作靈活度較大，教師要注意對學(xué)生闡述過程中出現(xiàn)的概念錯誤及時更正、對疑難問題做啟發(fā)性解答和對討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)[3]。課后，每組要對討論和交流的過程加以整理、總結(jié)，撰寫總結(jié)報告。通過這種教學(xué)模式，教師驚喜地發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們除了掌握教材上介紹的經(jīng)典的解調(diào)方法外，還了解到基于擴(kuò)譜思想的新型數(shù)字解調(diào)器和基于迭代處理的信號解調(diào)技術(shù)，這些新方法和新技術(shù)是同學(xué)們在收集資料的過程中自主獲息的信息。

2.實(shí)踐環(huán)節(jié)，以“軟”促“硬”，提高學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)動手能力培養(yǎng)

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞通信原理課程的基本教學(xué)內(nèi)容展開，包括數(shù)字基帶傳輸碼型實(shí)驗(yàn)、AMI/HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)、數(shù)字調(diào)制、解調(diào)實(shí)驗(yàn)和脈沖編碼調(diào)制實(shí)驗(yàn)等。如果對這些內(nèi)容的基本原理掌握不透、不準(zhǔn)，在硬件實(shí)驗(yàn)箱上完成這些實(shí)驗(yàn)的調(diào)試就會費(fèi)時費(fèi)力，有時一節(jié)課很難完成一個完整的實(shí)驗(yàn)，很容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理。為了幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)，采用先進(jìn)軟件仿真，再用硬件調(diào)試完成的“軟硬”相結(jié)合方法。首先利用MATLAB軟件對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編程，仿真出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用MATLAB仿真的好處在于：如果用戶對仿真結(jié)果不滿意，可在軟件環(huán)境中重新設(shè)置或修正參數(shù)，直到滿意為止[1]。很多學(xué)生看到通過自己編程得到的仿真結(jié)果很有成就感，提高了學(xué)習(xí)熱情，也激發(fā)他們在硬件實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試真實(shí)結(jié)果的欲望。以眼圖為例，圖1是在MATLAB環(huán)境下得到的眼圖結(jié)果，圖2是在硬件實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試出來的眼圖效果。眼圖跡線越清晰，“眼睛”睜開得就越大，代表通信信道的噪聲就越小。實(shí)踐教學(xué)上的“軟硬”結(jié)合，淡化了抽象的理論，鮮活了枯燥的公式，獲得了直觀的感性認(rèn)識，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的分析和動手能力。

圖1　MATLAB環(huán)境下仿真的眼圖

圖2　硬件電路調(diào)試出來的眼圖

(三)摒棄不良考試習(xí)慣，建立合理考核方法，客觀評定成績

課程考核是教學(xué)工作的重要組成部分，也是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。過去一張試卷定高下的考核制度的弊端體現(xiàn)在：僅憑書面考試定結(jié)果的單一考核模式，使不少學(xué)生只重視理論知識的學(xué)習(xí)，而忽視平時的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對自己能力的訓(xùn)練。更有一部分抱有六十分萬歲思想的學(xué)生，往往在考前做突擊學(xué)習(xí)，死記硬背，考試時生搬硬套、機(jī)械復(fù)制，事實(shí)上，這樣做也很難達(dá)到六十分。這種臨時抱佛腳的學(xué)習(xí)態(tài)度，無法檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，更達(dá)不到本課程對學(xué)生的要求。教學(xué)目的不是讓學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)，而是通過合理的考核方法檢驗(yàn)學(xué)生對這門課程的掌握情況，進(jìn)而給出客觀、公正的評價結(jié)果。為此，必須改進(jìn)不合理的考核制度，建立相對合理的考核方法。

目前，通信原理的考核內(nèi)容包括固定考核部分和浮動考核部分。固定考核內(nèi)容包括平時出勤率、理論知識考核(書面考試)和實(shí)踐環(huán)節(jié)考核(課內(nèi)實(shí)驗(yàn))。每部分按一定百分比計入考核總成績，出勤率占總成績的10%，理論知識考核占總成績的60%，實(shí)踐環(huán)節(jié)占總成績的20%，包括實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)認(rèn)知，對實(shí)驗(yàn)的考核不是簡單地追求獲得什么樣的數(shù)據(jù)或既定的結(jié)果，而是培養(yǎng)一種實(shí)驗(yàn)精神。浮動部分占總成績的10%。浮動考核主要是指對平時認(rèn)真努力學(xué)習(xí)的學(xué)生的肯定、對平時積極參與課堂討論的思維活躍的學(xué)生的獎勵和對在學(xué)習(xí)過程中能就某個問題提出個人思想和見解的同學(xué)的鼓勵。

三、結(jié)束語

通信原理課程的改革與實(shí)踐，使這門課的學(xué)習(xí)由難變易，由抽象變得具體，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生不僅掌握了通信原理課程的基礎(chǔ)知識，熟悉了MATLAB軟件的使用，也掌握了分析問題和解決問題的方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)及在相關(guān)領(lǐng)域工作和研究奠定了良好的基礎(chǔ)。通信技術(shù)在不斷發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式也應(yīng)隨之不斷改進(jìn)，這需要任課教師進(jìn)一步深化改革以及持續(xù)不斷的努力。

[1]顧朝志，蔡麗萍，盧曉軒.“通信原理”精品實(shí)驗(yàn)項目的建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2015，37(5)：103-104.

[2]黃堂森，梁小芝.通信原理課程教學(xué)模式改革研究與實(shí)踐[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報，2011，32(12)：73-74.

[3]儲婉琴.基于多元融入思想的通信原理教學(xué)研究和實(shí)踐[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報，2010，15(1)：149-150.

[4]束鋒，邱文教，孫錦濤.通信原理課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006，28(1)：23-25.

Teaching reform and practice of communication principle course

ZHANG Xue-min,et al.

(ChangchunInstituteofTechnology,SchoolofElectricalEngineering&InformationTechnology,Changchun130012,China)

In connection with the existing problems in the teaching process of communication principle course,this paper elaborated reform practice in teaching contents,teaching methods and assessment method of communication principle course.Its aim is to form a new method which adapts to teaching of communication course,to improve teaching quality and teaching effect,to enhance students’ practicing ability.

communication principle,teaching reform,assessment method,experiment simulation

10.3969/j.issn.1009-8976.2016.02.035

2016-04-10

張學(xué)敏(1971—)，女(漢)，吉林長春，副教授，碩士

G64

A

1009-8976(2016)02-0122-03

主要研究通信、信號與信息處理的教學(xué)工作。