新工科背景下基于OBE理念的通信原理課程改革與實(shí)踐

夏瑞華，李遲生，張文全，李 安

（南昌大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330031）

0 引 言

新工科的主要目標(biāo)是：服務(wù)國家戰(zhàn)略，滿足產(chǎn)業(yè)的需求，同時引領(lǐng)行業(yè)未來發(fā)展。OBE理念的教育模式是以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，主張根據(jù)行業(yè)需求，制定培養(yǎng)目標(biāo)，確定相應(yīng)專業(yè)畢業(yè)要求觀測點(diǎn)以及合理的評價體系，并將評價結(jié)果用于培養(yǎng)方案制定和目標(biāo)的持續(xù)改進(jìn)。新工科背景下基于OBE理念的教學(xué)設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 教學(xué)設(shè)計思路

通信原理是電子信息工程和通信工程專業(yè)的學(xué)生必修的專業(yè)主干課程，該課程理論性強(qiáng)，要求學(xué)生掌握各種基本通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)方法以及有效性和可靠性的分析與計算，為其后續(xù)學(xué)習(xí)和研究設(shè)計新的通信系統(tǒng)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。因此，必須保證教學(xué)效果，有效提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。本文在新工科背景下基于OBE理念的教學(xué)設(shè)計思路，對通信原理課程的教學(xué)改革進(jìn)行研究探索。

1 通信原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

新工科背景下，對照OBE理念，通信原理課程教學(xué)存在問題如下：

（1）教學(xué)理念陳舊。目前，通信原理課程的教學(xué)基本是教師從教材出發(fā)，引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)；課堂上以教師為中心，學(xué)生一般被動地接受新知識，缺乏主動性；課程教學(xué)目標(biāo)一般設(shè)定為學(xué)生掌握通信系統(tǒng)的重要概念和技術(shù)，而不考慮如何提高學(xué)生的綜合分析和解決通信領(lǐng)域復(fù)雜實(shí)踐工程問題的能力。

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。通信原理課程的教學(xué)內(nèi)容安排中過分重視理論性強(qiáng)和枯燥乏味的公式推導(dǎo)和計算，而忽略公式的背景和物理意義，學(xué)生很容易失去學(xué)習(xí)興趣；課后作業(yè)側(cè)重于考量學(xué)生是否已記住、理解所學(xué)過的知識以及是否能利用所學(xué)過的知識進(jìn)行一定的計算，這樣的作業(yè)難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（3）考核方式單一。在課程教學(xué)考核手段上，缺乏階段性考核。多采取閉卷考試來評定，這種著重考核學(xué)生掌握理論知識程度的方式，容易造成學(xué)生死記硬背，缺乏融會貫通，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和實(shí)踐動手能力。

2 教學(xué)改革的實(shí)施

2.1 課程體系改革

根據(jù)圖1所示的教學(xué)設(shè)計思路，首先根據(jù)行業(yè)需求來制定本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)；然后根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)建立本專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求觀測點(diǎn)，確定課程體系，課程體系與觀測點(diǎn)之間應(yīng)有清晰的映射關(guān)系；根據(jù)課程體系決定的教學(xué)要求安排合適的教學(xué)內(nèi)容；通過恰當(dāng)?shù)脑u價和考核機(jī)制對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評價，用來服務(wù)畢業(yè)要求的改進(jìn)以及判斷學(xué)生能力是否滿足社會行業(yè)需求，進(jìn)一步改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)。

依據(jù)工程教育認(rèn)證12條畢業(yè)要求，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)提出了針對我校通信工程專業(yè)的12條畢業(yè)要求，又分解為清晰、明確、可衡量的34個畢業(yè)要求觀測點(diǎn)；針對這些觀測點(diǎn)，確定了一套課程體系，其中通信原理課程的三個課程目標(biāo)與觀測點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系如下：

（1）課程目標(biāo)1：能綜合利用數(shù)學(xué)、隨機(jī)信號分析、信號處理等知識，建立基本通信系統(tǒng)中的信號分析、信道建模、調(diào)制及解調(diào)、信道編碼、信源編碼等數(shù)學(xué)模型，并能夠?qū)ο到y(tǒng)性能進(jìn)行分析；對應(yīng)畢業(yè)要求觀測點(diǎn)1-4工程知識。

（2）課程目標(biāo)2：掌握通信系統(tǒng)中調(diào)制/解調(diào)、編碼等的基本設(shè)計方法，掌握不同調(diào)制、編碼方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并了解噪聲、干擾等各種因素對系統(tǒng)可靠性和有效性的影響；對應(yīng)畢業(yè)要求觀測點(diǎn)3-1設(shè)計/開發(fā)解決方案。

（3）課程目標(biāo)3：通過文獻(xiàn)調(diào)研和綜述，了解現(xiàn)代通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的國際前沿和趨勢，并能針對已有方案分析總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)；通過綜合設(shè)計訓(xùn)練，完善自身研發(fā)能力，能夠較好地進(jìn)行自我定位，提升個人可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?；對?yīng)畢業(yè)要求觀測點(diǎn)12-2終身學(xué)習(xí)；然后根據(jù)課程目標(biāo)來確定具體的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 融入思政元素

新工科人才培養(yǎng)要求中指出：專業(yè)人才應(yīng)以“立德樹人”為引領(lǐng)，全過程育人、全方位育人。在通信原理課程的教學(xué)中也應(yīng)融入此思想。通信原理的發(fā)展、基本理論、學(xué)習(xí)方法和知識應(yīng)用都包含著豐富的思政內(nèi)容。例如：每條信息的成功傳遞都是通信系統(tǒng)的各組成部分通力配合完成的，通信過程離不開任何一個設(shè)備，以此引導(dǎo)學(xué)生樹立團(tuán)隊意識和工匠精神；通信系統(tǒng)的有效性和可靠性是既相互關(guān)聯(lián)，又相互矛盾，并且是可以互換的，可以鼓勵學(xué)生善用事物的辯證法則，引導(dǎo)學(xué)生掌握分析和解決問題的方法；可以通過解讀通信行業(yè)的發(fā)展歷史、領(lǐng)軍人物、社會熱點(diǎn)、知名企業(yè)等，讓學(xué)生更深入、更全面地了解專業(yè)，有更開闊的眼界和更寬廣的胸懷，從而提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感，激發(fā)學(xué)生投身行業(yè)、建設(shè)通信強(qiáng)國的愛國熱情。

2.3 教學(xué)模式的改革

（1）貫徹以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的線上線下混合式教學(xué)模式

課前在學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布各章節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)單、學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)、學(xué)習(xí)資料，要求課前預(yù)習(xí)；課中為線上和線下混合式教學(xué)，線上采用學(xué)習(xí)通平臺播放或直播等方式，學(xué)習(xí)重要知識點(diǎn)；線下系統(tǒng)講解各章節(jié)知識點(diǎn)之間的關(guān)系，并將各個知識點(diǎn)融會貫通；課后根據(jù)作業(yè)內(nèi)容、課堂提問，進(jìn)行每章結(jié)束后的測試，隨時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對學(xué)習(xí)效果差的薄弱知識點(diǎn)補(bǔ)充講解、答疑或個別幫扶，并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法。

（2）實(shí)施以項目融入、動腦動手的討論式教學(xué)

在各通信系統(tǒng)知識點(diǎn)的講授基本結(jié)束時，由教師結(jié)合課程組成員在研的科研項目，設(shè)計與工程實(shí)際相關(guān)的大作業(yè)，讓學(xué)生查找資料，利用MATLAB/Simulink和Multisim等仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計、計算機(jī)仿真，最后撰寫設(shè)計報告，分組進(jìn)行PPT匯報展示；在大作業(yè)進(jìn)行的過程中，教師和學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行交流，展開討論和答疑。由于綜合創(chuàng)新大作業(yè)具有一定設(shè)計難度，能較好地鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時能夠提高學(xué)生綜合分析和解決通信領(lǐng)域復(fù)雜實(shí)踐工程問題的能力。

（3）重過程控制、完善考核方式、全面分析

課程學(xué)習(xí)效果考核體系主要包括小作業(yè)、課堂討論提問、大作業(yè)、期中考試和期末考試，并輔助隨堂練、考勤等。根據(jù)工程認(rèn)證對課程教學(xué)目標(biāo)的要求，本課程目標(biāo)達(dá)成情況評價方法由定量評價和定性評價組成。課程目標(biāo)達(dá)成情況的客觀定量評價通過考核成績分析法實(shí)現(xiàn)，課程目標(biāo)達(dá)成情況的主觀定性評估通過對學(xué)生的自評調(diào)查問卷統(tǒng)計得到。本校通信原理課程的定量考核和評價方式及成績評定見表1所列。

表1 課程目標(biāo)達(dá)成的定量考核和評價方式及成績評定

通過設(shè)置各環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容及方法，量化考核體系，全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，引導(dǎo)學(xué)生注重過程學(xué)習(xí)和工程能力的提升。授課教師通過分析考核體系中各畢業(yè)要求觀測點(diǎn)、各知識點(diǎn)的成績發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，并及時改進(jìn)，通過教學(xué)體系在學(xué)生和教師雙向的持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

3 課程教學(xué)改革成效

本校通信工程和電子信息工程兩專業(yè)開設(shè)了通信原理課程，課程組在2015—2017級通信專業(yè)班進(jìn)行了改革試點(diǎn)。在通信原理課程改革實(shí)踐中，通過項目任務(wù)的驅(qū)動，使得學(xué)生不再被動式學(xué)習(xí)，而是主動尋找方法、解決問題。經(jīng)過3個學(xué)年的教學(xué)改革實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性得到顯著提高。相比電子專業(yè)未實(shí)施課程改革的班級，課程結(jié)束后，通信班課程目標(biāo)達(dá)成分析情況明顯較好。圖2和圖3是2017級通信班和電子班課程目標(biāo)達(dá)成評價值。同時，改革班學(xué)生普遍對通信相關(guān)課程有了濃厚的興趣，積極報名參加互聯(lián)網(wǎng)大賽、工程機(jī)器人大賽及科研訓(xùn)練項目。通信班參與大賽及科研的人數(shù)是電子班的2倍以上，在已畢業(yè)的2015級、2016級通信班中升學(xué)率相比電子班高出20%以上，表明教學(xué)改革取得了良好的效果。

圖2 通信班課程目標(biāo)達(dá)成評價值

圖3 電子班課程目標(biāo)達(dá)成評價值

通信原理課程教學(xué)改革對推進(jìn)教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變、強(qiáng)化教師工程教育理念也有著積極的作用。促使教師將工程應(yīng)用中的新興通信技術(shù)反映在通信原理的教學(xué)中，做到教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)突出、與時俱進(jìn)，注重教和學(xué)過程的協(xié)調(diào)，能夠及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題并持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié) 語

新工科背景下基于OBE理念，構(gòu)建合理的課程體系、教學(xué)模式和考核評價方法，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)以及學(xué)生綜合分析和實(shí)踐工程能力的提高?；诖?，本文開展了通信原理課程教學(xué)改革的探索，包括重構(gòu)課程體系、有機(jī)融入課程思政、采用線上線下和討論式等教學(xué)模式、設(shè)計注重能力培養(yǎng)的評價體系。以期為通信類課程教學(xué)改革提供借鑒。