移動通信專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計與改革

胡蘇

摘要：針對移動通信原理專業(yè)課本科教育的效率問題，本文從加強學(xué)生對移動通信原理的理解，以增強學(xué)生實踐動手能力和培養(yǎng)學(xué)生原創(chuàng)性應(yīng)用為目標，從面向4G、5G的實際實驗場景入手，重構(gòu)未來移動通信關(guān)鍵技術(shù)實驗內(nèi)容，重點關(guān)注學(xué)生在實驗環(huán)節(jié)的課程效應(yīng)，改革實驗教學(xué)手段和方法，提高本科學(xué)生的移動通信工程的學(xué)習(xí)積極性，將實驗教學(xué)延伸到課堂以外。

關(guān)鍵詞：移動通信教學(xué)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0155-02

移動通信已經(jīng)深入人們的日常生活，隨著大家對移動性、傳輸數(shù)量、可靠性、安全等方面的要求，移動通信系統(tǒng)從傳統(tǒng)的3G時代全面升級到4G時代，并且面向未來移動通信的5G系統(tǒng)也正在積極研發(fā)和標準化制定過程中。從移動通信原理出發(fā)，該學(xué)科屬于綜合性交叉學(xué)科，其基礎(chǔ)理論涉及到線性代數(shù)、統(tǒng)計概率學(xué)、電子元器件、射頻電子技術(shù)等諸多領(lǐng)域，因而移動通信專業(yè)的專業(yè)課程體系相對比較復(fù)雜，包括物理層傳輸，MAC協(xié)議棧設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，信息安全、上層應(yīng)用開發(fā)（APP）等，移動通信專業(yè)的基礎(chǔ)理論和方法論，貫穿于專業(yè)課程學(xué)習(xí)的整個過程。對于移動通信原理這門課程而言，重點在于全面介紹移動通信系統(tǒng)中物理層的基本概念，基本原理以及典型的信號處理手段，力爭讓學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠為后續(xù)的移動通信課程設(shè)計，以及后續(xù)研究生階段繼續(xù)深造打好良好的課程基礎(chǔ)。

一、移動通信原理實驗體系

在以前的實驗體系當中，通信原理相關(guān)儀器的使用和相關(guān)實驗安排在《通信原理》課程，主要關(guān)注點在傳統(tǒng)模擬調(diào)制以及簡單的數(shù)字調(diào)制方式。對于移動通信專業(yè)而言，以往更多的針對移動通信發(fā)展過程給學(xué)生講解基本原理，基本沒有安排合理的實驗課程和實踐環(huán)節(jié)。這樣設(shè)置的結(jié)果是實驗環(huán)節(jié)的安排比較零散，實驗內(nèi)容針對性不強，而且實驗操作沒有跟上移動通信行業(yè)快速的發(fā)展，教學(xué)與實際銜接不順暢，因此學(xué)生無法真正從實驗和實踐中理解移動通信基礎(chǔ)理論的內(nèi)在聯(lián)系。為此，結(jié)合移動通信原理課程內(nèi)容，把實驗和實踐內(nèi)容進行適當?shù)恼虾腿诤?，重點突出2G/3G/4G/5G系統(tǒng)所采用的數(shù)字調(diào)制方式。通過這種學(xué)生使用MATLAB軟件能夠搭建移動通信中最基本的通信鏈路，讓學(xué)生對移動通信系統(tǒng)中的物理傳輸信道，信源調(diào)制，信宿解調(diào)，信源編碼，信宿解碼等環(huán)節(jié)有深入的理解，從而讓學(xué)生能夠建立對移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)框架一個基本的認識。

二、改革移動通信實驗和實踐手段

在以往的移動通信實驗和實踐環(huán)節(jié)，一般是由指導(dǎo)教師對移動通信原理基本原理進行講解，然后在開始實驗和實踐環(huán)節(jié)，給學(xué)生分發(fā)課程實驗和實踐指導(dǎo)書，指導(dǎo)教師進行實驗和實踐過程講解，最后由學(xué)生完全根據(jù)指導(dǎo)書的內(nèi)容，逐步完成指導(dǎo)書的每一個不走[2]。當實驗和實踐流程結(jié)束以后，學(xué)生寫出實驗報告上交就算結(jié)束了一個實驗環(huán)節(jié)。教師在整個實驗過程當中既是裁判員又是運動員，學(xué)生完全沒有主動或者積極的參與移動通信的實驗和實踐。從本質(zhì)上而言，學(xué)生成了實驗和實踐的觀眾，完全跟著教師做就萬事大吉，因此很難調(diào)動學(xué)生的積極性和參與性，對實驗和實踐結(jié)果缺少必要的深入分析。最終結(jié)果是實驗環(huán)節(jié)不能真正發(fā)揮其在移動通信教學(xué)過程中應(yīng)有的作用。以實驗和實踐為主導(dǎo)的應(yīng)用探究式教學(xué)法重點是完善實驗前和實驗后的指導(dǎo)工作，在實驗和實踐教學(xué)過程中，授課教師需要轉(zhuǎn)換角色，即從教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)師。比如在實驗開始之前，安排學(xué)生自主熟悉移動通信原理實驗內(nèi)容，比如無線信道的測量方法，室內(nèi)定位準則等。指導(dǎo)教師會概括講解上述移動通信應(yīng)用所涉及的知識點，以及部分核心信號處理手段，然后指導(dǎo)老師讓學(xué)生自主組建實驗小組，每個組3-4個人，完成相應(yīng)的必修題目和選修題目。每個組由組長牽頭設(shè)計實驗方法和實驗過程，編寫基于MATLAB軟件和示波器、頻譜儀的實驗流程后交由指導(dǎo)教師審核。在審核通過后，每個小組獨立完成必修題目和選修題目，并撰寫實驗報告和答辯PPT，在課堂進行現(xiàn)場課程設(shè)計答辯，指導(dǎo)教師根據(jù)測量數(shù)據(jù)可靠性，方法合理以及完備性，結(jié)論分析以及現(xiàn)場答辯效果等環(huán)節(jié)，對每個小組進行綜合考評。最為重要的是，該考評成績?nèi)考{入課程成績，并占30%的份額。通過方式，移動通信實驗和實踐環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)幾個目的：（1）通過每個小組獨立實現(xiàn)必修題目和選修題目，避免不同小組互相抄襲，充分發(fā)揮不同小組的主觀能動性；（2）由于課程設(shè)計占到課程成績30%，學(xué)生對待課程設(shè)計的態(tài)度發(fā)生了極大的改變，從以往消極應(yīng)對課程設(shè)計變?yōu)榉e極主動參與；（3）在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對移動通信系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)都有很深入的認識，對后續(xù)的移動通信4G，以及未來5G移動通信系統(tǒng)奠定了理解的基礎(chǔ)。（4）指導(dǎo)教師鼓勵學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行進一步的分析和挖掘，進行探究性實驗，結(jié)合具體的移動通信問題，提出解決問題的辦法。比如能否利用手機APP軟件對使用者電磁環(huán)境情況進行分析，然后上報給具備大數(shù)據(jù)分析能力的中心節(jié)點，最后一個基于分布式的大數(shù)據(jù)無線電磁統(tǒng)計分析系統(tǒng)就能夠順利搭建。這種實驗教學(xué)法已經(jīng)取得了一定的成績，有的本科生已經(jīng)可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用MATLAB平臺和National Instruments（美國國家儀器公司，NI）軟件無線電平臺進行數(shù)據(jù)挖掘，并發(fā)表相應(yīng)的學(xué)術(shù)論文。

三、教學(xué)改革評價方法

應(yīng)用探究式教學(xué)法，實際上是把移動通信課堂教學(xué)延伸到課前和課后，所以對學(xué)生的課程成績評價方法也不僅僅憑期末考試來評定，需要綜合考慮實驗過程和實驗結(jié)果，以及移動通信原理課前和課后的能力。因此，在評價體系中增加了課外成績的內(nèi)容，并賦予一定的權(quán)重。課前成績的考察主要根據(jù)課前制訂的實驗方案采集無線數(shù)據(jù)是否合理可行、測試系統(tǒng)方案是否具有可操作性等，然后給出小組成績。課后的探究實驗成績，不作為總分的組成部分，但是可以作為加分內(nèi)容，根據(jù)研究的方法和采用的研究手段是否可行、取得的成果是否具有一定的應(yīng)用性而給出成績。對于一些原創(chuàng)性比較高的課程實驗，積極鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新實驗，以此為學(xué)生贏得第二課堂的分數(shù)。

四、結(jié)論

對于移動通信原理課程而言，實驗和實踐教學(xué)是該課程的重要組成部分，同時也是面向未來移動通信開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。如果缺少實驗和實踐環(huán)節(jié)積累的相關(guān)經(jīng)驗，學(xué)生也難以做好更高層次的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)，比如課程實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等，所以為了提高學(xué)生的實踐能力，還是要從移動通信基本原理出發(fā)，強調(diào)工程學(xué)科動手能力的重要性，從移動通信基本的實驗環(huán)節(jié)抓起。本文通過深入的分析，認為移動通信實驗和實踐體系設(shè)計是提升實驗教學(xué)質(zhì)量的根本，只有將實驗體系梳理清楚才能使教師和學(xué)生清楚實驗知識體系的脈絡(luò)，做到有的放矢。而實驗方法和手段的創(chuàng)新是保證實驗教學(xué)質(zhì)量的有效手段，比如采用MATLAB軟件，手機APP軟件，NI軟件無線電等方式。只有在移動通信原理授課方法和手段上下功夫，才能使學(xué)生認同教師的教學(xué)理念，體會到以動手為主，以學(xué)生為本的教學(xué)宗旨。評價方法的改革是提升實驗教學(xué)質(zhì)量的有利保障，只有評價方法科學(xué)合理，才能保證教學(xué)的公平，才能進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

參考文獻：

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