工程教育認(rèn)證背景下的《通信原理》課程教學(xué)改革探索

郭常盈，徐春雨，徐國(guó)清

（南陽理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽 473004）

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是針對(duì)高校工科專業(yè)實(shí)施的資格認(rèn)證，是國(guó)際通用的工程教育質(zhì)量保障制度[1]。我校為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)也開展了專業(yè)認(rèn)證。通信工程專業(yè)作為一門重要的工科專業(yè)，而《通信原理》作為通信專業(yè)十分重要的專業(yè)核心課，其改革程度直接影響到其他課程的改進(jìn)。

1 教學(xué)中存在的問題

《通信原理》是電子與通信類專業(yè)的核心課程，雖然這門課程我校已開設(shè)十多年了，也不斷進(jìn)行教育與教學(xué)改革，但是目前，這門課程在教學(xué)方面中仍存在著不少問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

第一，《通信原理》課程內(nèi)容繁多，依據(jù)教學(xué)大綱和考研內(nèi)容，課程中的基本概念、原理及分析方法要求學(xué)生必須掌握的，而大多數(shù)學(xué)生先修課程基礎(chǔ)薄弱，這些基礎(chǔ)知識(shí)的講解需要一定的課時(shí)。還有，通信領(lǐng)域日新月異地發(fā)展，學(xué)生對(duì)不斷涌現(xiàn)的各種新工藝新技術(shù)充滿了好奇。但是，在課時(shí)異常緊張的情況下，教師很難對(duì)理論應(yīng)用展開充分的討論，也很難對(duì)前沿技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。因此，課堂上部分教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，沒有體現(xiàn)時(shí)代發(fā)展要求和技術(shù)跟新趨勢(shì)，且理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)無目的性，學(xué)習(xí)興趣逐漸減弱。

第二，《通信原理》的理論教學(xué)大多時(shí)候仍以講授方式為主、啟發(fā)式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)為輔，雖然其過程設(shè)計(jì)、教學(xué)手段不斷改進(jìn)但是效果不明顯。課堂討論少，學(xué)生參與度低，即使有時(shí)很簡(jiǎn)單的問題學(xué)生也不愿意回答。還有實(shí)踐教學(xué)，雖設(shè)置有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和課程設(shè)計(jì)，但由于實(shí)踐時(shí)間有限，實(shí)踐內(nèi)容單一，解決方案明確，學(xué)生不要查閱大量資料，導(dǎo)致學(xué)生敷衍了事，實(shí)踐教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的效果。結(jié)果實(shí)習(xí)或就業(yè)中一遇到實(shí)際工程問題時(shí)驚慌失措，不知道怎樣去解決。這些現(xiàn)象主要是當(dāng)前的教學(xué)模式造成，偏重理論知識(shí)的課堂講授和輕視工程操作的課外實(shí)踐，缺少新穎的教學(xué)手段，缺乏對(duì)學(xué)生解決工程問題的引導(dǎo)和訓(xùn)練。

第三，《通信原理》課程考核是在課程結(jié)束后進(jìn)行一次性的閉卷考試，主要對(duì)該課程的重要內(nèi)容和部分難點(diǎn)進(jìn)行考核。盡管《通信原理》課程內(nèi)容繁多，但是為了充分體現(xiàn)教學(xué)大綱，這種標(biāo)準(zhǔn)化的考試內(nèi)容比較固定，題型比較僵化，有些學(xué)生平時(shí)不怎么認(rèn)真學(xué)習(xí)，全憑考前突擊和死記硬背，但是一考完就全忘完。另外評(píng)價(jià)模式單一和片面，只有任課教師對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)，缺乏其他評(píng)價(jià)主體，而且僅僅是對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的評(píng)價(jià)，忽視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和興趣的評(píng)價(jià)，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和工程能力的評(píng)價(jià)。

2 改革措施

針對(duì)該課程教學(xué)過程中所存在的上述問題，基于工程化教育專業(yè)認(rèn)證理念，本專業(yè)全體教師通過全面調(diào)研和仔細(xì)分析，制定解決方案，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)體系等角度對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)進(jìn)行全方位改革。

2.1 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

我國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證的一般標(biāo)準(zhǔn)明確提出畢業(yè)生的必備基本能力和素質(zhì)中包括專業(yè)基本理論知識(shí)、創(chuàng)新態(tài)度和意識(shí)、人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感和工程職業(yè)道德等[2]。在教學(xué)過程中，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)我們對(duì)《通信原理》課程內(nèi)容進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化，使授課內(nèi)容更符合時(shí)代發(fā)展和市場(chǎng)變幻的需求。《通信原理》課程理論性強(qiáng)，公式繁瑣。講解時(shí)弱化數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，加強(qiáng)概念物理涵義的解釋，同時(shí)補(bǔ)充講解它們?cè)诠こ讨械膶?shí)際應(yīng)用。例如抽樣定理，不僅講解定理內(nèi)容，還要以時(shí)分復(fù)用為例來分析說明其在數(shù)字通信中的應(yīng)用。在授課過程中，充分將生活實(shí)際融入到課程教學(xué)中，例如講解調(diào)制的作用時(shí)，通過分析聲音信號(hào)或圖像信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪^程來講解調(diào)制在通信系統(tǒng)中的重要性。講解QAM調(diào)制時(shí)，通過告訴學(xué)生我們平時(shí)觀看的數(shù)字有線電視信號(hào)采用的調(diào)制方式就是64QA等等，這樣可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。還有，將不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)新工藝滲透到整個(gè)教學(xué)過程中，可以使學(xué)生了解加通信領(lǐng)域的前沿技術(shù)，提升民族自豪感和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)激情。

2.2 創(chuàng)新課程教學(xué)模式

教學(xué)中落實(shí)“以學(xué)生為中心”的工程化專業(yè)認(rèn)證教育理念，對(duì)于學(xué)生就是要努力提高他們的學(xué)習(xí)質(zhì)量，對(duì)于教師就是要努力提高教學(xué)效果?！霸诮虒W(xué)過程中，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、活躍學(xué)生思維、營(yíng)造良好課堂氛圍及達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的？”，這是所有教師一直在致力研究并希望達(dá)到的教學(xué)效果，而“教師如何合理運(yùn)用多元化的教學(xué)方法和教學(xué)手段？”是解決這一問題的關(guān)鍵。

經(jīng)典教學(xué)方法有許多種，如啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、MOOC教學(xué)及翻轉(zhuǎn)課堂等，但如何合理運(yùn)用？這需要我們不斷去嘗試。啟發(fā)式教學(xué)，這是在課堂教學(xué)中最常用的教學(xué)方法，需要教師根據(jù)所講內(nèi)容按照一定的邏輯順序合理恰當(dāng)?shù)靥岢鲆粋€(gè)又一個(gè)問題，引導(dǎo)學(xué)生不斷去思考去解決問題，從問題的解答中歸納出一個(gè)又一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。例如講模擬調(diào)制時(shí)，我們先由一個(gè)實(shí)例“日常生活中聲音信號(hào)怎樣實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸”提出第一個(gè)問題“為什么要調(diào)制？”，通過引導(dǎo)學(xué)生分析和回答問題進(jìn)而歸納出調(diào)制的作用，然后依次提出“什么是調(diào)制？”、“調(diào)制怎么實(shí)現(xiàn)？”、“發(fā)送端實(shí)現(xiàn)了調(diào)制，接收端怎樣解調(diào)？”等其他問題，這些問題的設(shè)定是一環(huán)扣一環(huán)，知識(shí)的歸納是層層遞進(jìn)的。而討論式教學(xué)是針對(duì)一些對(duì)開放性問題，教師引導(dǎo)學(xué)生以個(gè)人或小組的形式展開討論，通過討論分析來進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。例如，針對(duì)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相關(guān)問題，組織學(xué)生討論“假如你是一名通信工程師，你在設(shè)計(jì)中高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，會(huì)選用ASK調(diào)制、FSK調(diào)制還是PSK調(diào)制方式？”。通過討論與分析，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。當(dāng)然對(duì)于一些綜合性的題目，教師會(huì)提前一周布置題目后，學(xué)生可以自行結(jié)合，根據(jù)任務(wù)要求提出不同的解決方案，通過分析討論確定方案?；诩榷ǚ桨冈O(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng)，并應(yīng)用軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。一周后要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)派出一個(gè)隊(duì)員發(fā)表本團(tuán)隊(duì)的研究成果，團(tuán)隊(duì)其他成員可以補(bǔ)充說明，同時(shí)接受其他團(tuán)隊(duì)的問題詢問和評(píng)價(jià)打分。最后教師作總結(jié)，對(duì)各個(gè)團(tuán)隊(duì)的完成情況進(jìn)行合理性的評(píng)價(jià)。當(dāng)然，在實(shí)際教學(xué)中，不要流于形式，需要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容運(yùn)用不同的教學(xué)方法從而達(dá)到實(shí)效。

在教學(xué)中，靈活多變的教學(xué)手段也是相當(dāng)重要的。課堂教學(xué)中，教師一般應(yīng)用“板書加多媒體課件”形式向?qū)W生傳授新知識(shí)。但是僅僅利用多媒體課件還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，對(duì)于有些不容易表述清楚或者抽象難于理解的知識(shí)點(diǎn)，可以事先利用Flash軟件做成以動(dòng)畫的形式，課堂上邊理論講解邊動(dòng)態(tài)演示，生動(dòng)而直觀，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解?！锻ㄐ旁怼氛n程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括10個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和兩周的課程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、操作手段落后等問題。學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的說明步驟在試驗(yàn)箱上連一連信號(hào)線、測(cè)一測(cè)測(cè)試點(diǎn)及觀察一下波形就算完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。一次兩次還可以，時(shí)間一長(zhǎng)學(xué)生就有點(diǎn)敷衍了事，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)期要求。為了解決這些問題，我們利用MATLAB/Simulink開發(fā)了一款《通信原理》課程輔助教學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)每章內(nèi)容設(shè)計(jì)一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基于輔助系統(tǒng)進(jìn)行操作練習(xí)；根據(jù)在兩三章內(nèi)容設(shè)計(jì)一些綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可以組隊(duì)共同完成。通過這一個(gè)個(gè)任務(wù)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力逐減增強(qiáng)。因此將傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體技術(shù)充分結(jié)合，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和教師教學(xué)效果。

2.3 課程評(píng)價(jià)體系的改進(jìn)

為了避免“一次考試定成績(jī)”的弊端，課程考核應(yīng)該多元化，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)過程的考核，將章節(jié)測(cè)驗(yàn)、分組討論、設(shè)計(jì)作業(yè)及小論文等各種考察方式融入到平時(shí)評(píng)價(jià)中。實(shí)施過程性評(píng)價(jià)與工程教育專業(yè)認(rèn)證中的“持續(xù)改進(jìn)”理念是非常契合的。通過動(dòng)態(tài)考核，可以從不同角度跟蹤和考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過各自的學(xué)習(xí)狀況可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)上的漏洞及能力上的欠缺，并反饋給學(xué)生讓他們及時(shí)改正和提高。為了滿足工程化認(rèn)證的需要，課程考核內(nèi)容需應(yīng)用化。每章內(nèi)容，通過課堂上的講解和課后習(xí)題的練習(xí)之后，大多數(shù)學(xué)生對(duì)概念原理和分析方法都有了自己的理解，但是他們不能夠?qū)⒗碚撝R(shí)和實(shí)踐應(yīng)用充分結(jié)合，對(duì)一些實(shí)際問題缺乏工程性理解和解決。為了提高學(xué)生知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，我們充分利用通信原理輔助教學(xué)系統(tǒng)和MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)，可以布置一些綜合性的設(shè)計(jì)題目。通過這一個(gè)個(gè)類似項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)作業(yè)，提高了學(xué)生理論知識(shí)的工程應(yīng)用能力，加強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。另外，課程考核評(píng)價(jià)主體應(yīng)該多方面，除了教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)外，還應(yīng)有學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和學(xué)生之間的相互評(píng)價(jià)。

圖1 課程考核體系

在該課程評(píng)價(jià)體系中，考核成績(jī)由期末測(cè)試和過程評(píng)價(jià)兩部分組成，如圖1所示。在該體系中，期末測(cè)試由期末試卷考試和實(shí)驗(yàn)操作考核，試卷測(cè)試是120分鐘的閉卷考試，實(shí)驗(yàn)考核要求學(xué)生隨機(jī)從10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中抽取2個(gè)進(jìn)行動(dòng)手操作，考察學(xué)生操作的熟練程度及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的符合度；過程評(píng)價(jià)由章節(jié)測(cè)試、分組討論、設(shè)計(jì)作業(yè)和小論文四部分組成。章節(jié)測(cè)試是每一章或每?jī)烧轮v完之后對(duì)這些章節(jié)的基本內(nèi)容進(jìn)行一次測(cè)試，該課程授課8章內(nèi)容，章節(jié)測(cè)試5次。分組討論與課堂案例教學(xué)緊密結(jié)合。在教學(xué)中，教師會(huì)提前兩周時(shí)間布置案例教學(xué)題目及針對(duì)該案例提出一系列問題，并組織學(xué)生自行分組、資料查閱和分析探討。兩周后每個(gè)小組要派出代表對(duì)本組的案例研究成果進(jìn)行講解，同時(shí)接受其他團(tuán)隊(duì)的質(zhì)疑和打分。設(shè)計(jì)作業(yè)是根據(jù)實(shí)際的工程問題，結(jié)合學(xué)生所學(xué)內(nèi)容布置一些簡(jiǎn)單或綜合性題目，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)題目要求學(xué)生獨(dú)立完成，綜合性題目學(xué)生可以自由結(jié)合。教師布置題目后，大家查閱資料，確定解決方案，設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)，最后基于仿真軟件去實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。每個(gè)人或設(shè)計(jì)小組都要演示和講解自己的作品，教師和其他人對(duì)該作品進(jìn)行打分。小論文是基于所學(xué)的基本理論，學(xué)生查閱資料去了解和掌握這些理論的工程應(yīng)用或在通信發(fā)展過程的應(yīng)用?；蛘哚槍?duì)當(dāng)前通信領(lǐng)域中的新技術(shù)新工藝進(jìn)行上網(wǎng)搜集，并形成文字性的內(nèi)容。小論文要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，重復(fù)率不能超過30%。

通過此考核體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生全面地動(dòng)態(tài)跟蹤和了解，同時(shí)保證考核的普遍性和適用性。這與“面向全體學(xué)生”工程教育理念是十分契合的。

3 結(jié)語

工程教育認(rèn)證對(duì)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)提出了較高的要求，針對(duì)本?！锻ㄐ旁怼氛n程教學(xué)過程中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)體系等方面闡述了課程教學(xué)改革的主要措施。通過這一系列改革，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和教師教學(xué)效果。而《通信原理》課程作為專業(yè)核心課，其教育教學(xué)改革對(duì)本專業(yè)其他課程的改革和通信專業(yè)人才的培養(yǎng)極具借鑒意義。