面向新工科建設(shè)的《移動通信》雙語教學(xué)改革

劉紫燕，白鶴

（貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴陽 550025）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，移動通信系統(tǒng)作為大數(shù)據(jù)技術(shù)的重要基礎(chǔ)支撐，需要大量高素質(zhì)的通信專業(yè)人才。如何培養(yǎng)能夠滿足通信行業(yè)需求的通信人才是通信工程專業(yè)教學(xué)改革中需要解決的首要問題。為能有效應(yīng)對下一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，2016年教育部首次提出“新工科”建設(shè)的概念，其主要思想為以工作需求為目標(biāo)，培養(yǎng)解決復(fù)合問題的工科人才[1]。自2016年提出“新工科”建設(shè)概念以來，教育部積極聯(lián)合各大高校努力推進(jìn)新工科建設(shè)工作，先后與復(fù)旦大學(xué)等高校建立了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等代表性項(xiàng)目，有效地推進(jìn)了新工科建設(shè)工作。與此同時，教育部頒發(fā)了“關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知”和“關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知”等通知文件，以推進(jìn)新工科的建設(shè)工作。致力于探索引領(lǐng)全球“新工科”教育的中國模式和中國經(jīng)驗(yàn)，努力將中國建設(shè)成為一個強(qiáng)大的高等教育國家[2]。因此，我們必須牢牢把握新工科建設(shè)的五大內(nèi)涵，并統(tǒng)籌考慮“新的工科專業(yè)、工科的新要求”，加速新興工科領(lǐng)域復(fù)合型人才的培養(yǎng)，改變傳統(tǒng)工科專業(yè)的教育模式，探索新工科建設(shè)的“五新理念”，即新標(biāo)準(zhǔn)、新模式、新方法、新技術(shù)以及新文化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)學(xué)科到新工科的重大轉(zhuǎn)型。

根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)的具體要求，通信工程作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，其人才培養(yǎng)模式也將隨著新要求而不斷完善。因此，在專業(yè)核心課程中實(shí)施教學(xué)改革勢在必行?！兑苿油ㄐ拧氛n程旨在使學(xué)生掌握新一代移動通信系統(tǒng)的原理和關(guān)鍵技術(shù)，并具備解決工程實(shí)踐問題的基本能力，培養(yǎng)學(xué)生成為通信工程的專門人才[3]。在“新工科”的背景下，改變傳統(tǒng)的授課形式，由“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，改革教學(xué)思路、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點(diǎn)，提高教學(xué)定位，做到“產(chǎn)學(xué)研用”緊密結(jié)合，契合貴州“以大數(shù)據(jù)引領(lǐng)的電子信息產(chǎn)業(yè)”發(fā)展戰(zhàn)略，為貴州省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才[4]。

1 《移動通信》雙語課程分析

根據(jù)我校通信工程專業(yè)2016版培養(yǎng)方案，移動通信（雙語）是該專業(yè)的15門核心課程之一，其課程屬性為專業(yè)必修課，3個學(xué)分，54學(xué)時，其中實(shí)驗(yàn)8學(xué)時，在大學(xué)四年級秋季學(xué)期開設(shè)。選用的教材是美國Dhar?ma Prakash Agrawal教授主編的Introduction to Wireless and Mobile Systems(Fourth Edition)。

目前我校通信工程專業(yè)《移動通信》雙語課程分析如下：

（1）課程綜合性強(qiáng)，知識點(diǎn)多，教學(xué)難度大。該課程涵蓋了很多通信工程專業(yè)必要的基礎(chǔ)課程，如信號與系統(tǒng)、現(xiàn)代通信原理、隨機(jī)過程、圖論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先修課程，涉及較多的基礎(chǔ)知識。因此，在教學(xué)過程中需要授課教師有所取舍，詳略得當(dāng)，突出該門課程的重點(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。此外，該課程與《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》（專業(yè)選修課）在同一個學(xué)期開設(shè)，任課教師還應(yīng)注意與《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》課程的關(guān)系，甄別兩門課程之間的不同。

（2）教材更新滯后。由于該課程是雙語教學(xué)，國內(nèi)引進(jìn)的英文版教材少，現(xiàn)在使用的教材中對移動通信系統(tǒng)的介紹只到第三代移動通信系統(tǒng)，而如今第四代移動通信系統(tǒng)已商用，因此，教材內(nèi)容滯后很多，其包含的移動通信系統(tǒng)理論知識與通信行業(yè)所需要的知識脫節(jié)，學(xué)生無法從《移動通信》課程中學(xué)到最新的通信領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)。

（3）理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)?！兑苿油ㄐ拧肥且婚T注重實(shí)踐操作的專業(yè)課，學(xué)生需要在學(xué)校積累一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以培養(yǎng)良好的動手能力和解決問題的能力[6]。傳統(tǒng)的《移動通信》實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)箱為基礎(chǔ)，只是“知其然而不知其所以然”，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊操作，只是完成信號處理過程的驗(yàn)證，卻無法深層次理解信號發(fā)送到接收的全過程，不能提高學(xué)生的專業(yè)技能。

（4）學(xué)生的外語水平參差不齊，教學(xué)過程難度進(jìn)一步增大。對于英語基礎(chǔ)好的學(xué)生，能夠比較輕松地理解所講授內(nèi)容，但是對于英語基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生，難以跟上教學(xué)進(jìn)度，對專業(yè)知識的理解掌握存在較大困難。再者，由于地處西部地區(qū)，學(xué)生英語水平相較發(fā)達(dá)地區(qū)而言，還是存在較大差距，這對雙語教學(xué)的教學(xué)效果產(chǎn)生一定的影響。

（5）學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動水平有待提高。由于該課程是在大學(xué)四年級的秋季學(xué)期開設(shè)，學(xué)生忙于復(fù)習(xí)考研或者求職，學(xué)習(xí)的積極性不高。

鑒于上述問題，筆者在近兩年的教學(xué)過程中積極探索教學(xué)改革，結(jié)合新工科建設(shè)的理念，取得一定的教學(xué)效果。

2 面向新工科建設(shè)的《移動通信》教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 改革教學(xué)思路，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力

在新工科背景下，根據(jù)市場需求培養(yǎng)能夠解決復(fù)合問題的人才是教育的首要任務(wù)。高校教師應(yīng)該及時將企業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入課堂，應(yīng)該及時改革教學(xué)思路，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力為終極目標(biāo)，推動學(xué)生動手操作，將理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際操作，多為學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)平臺，從實(shí)際操作的角度向?qū)W生介紹課程研究現(xiàn)狀；從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，開展跨學(xué)科交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展；從實(shí)際需求的角度出發(fā)，以市場需求為導(dǎo)向，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。以移動通信系統(tǒng)作為主線，確定教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

課程采用課前自主學(xué)習(xí)—課堂知識內(nèi)化—課后知識鞏固的教學(xué)模式。幫助學(xué)生充分利用課堂時間，實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和合作學(xué)習(xí)意識的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題以及實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的能力，從而取得更好的教學(xué)效果。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際

“新工科”概念的提出，要求學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生的課外實(shí)習(xí)、社會實(shí)踐等的學(xué)時，同時更為注重的是學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。這也是我們進(jìn)行教學(xué)改革的目標(biāo)之一。我們要傳授的不僅僅是理論知識，更是要讓學(xué)生學(xué)會如何運(yùn)用理論知識聯(lián)系社會實(shí)際，既不能支持學(xué)生胡思亂想，也不能鼓勵學(xué)生閉門造車，而是要以技術(shù)發(fā)展為指引優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革課程結(jié)構(gòu)，用新思路、新內(nèi)容和新方法來建設(shè)具有“新工科”特色的《移動通信》課程。

該課程的總學(xué)時為54學(xué)時，很難在有限的時間內(nèi)講授全部內(nèi)容，因此，要合理安排講授時間，主次分明，重點(diǎn)突出，因此，授課教授要及時調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

（1）精簡2G和3G的內(nèi)容。由于2G逐漸退市，所以縮減GSM、GPRS和EDGE這幾部分內(nèi)容；3G系統(tǒng)中只選取WCDMA為例介紹。

（2）加重4G的內(nèi)容，新增5G的內(nèi)容。隨著第四代移動通信系統(tǒng)LTE-A的正式商用，第五代移動通信系統(tǒng)的研究和試驗(yàn)也在如火如荼的進(jìn)行中，而由于目前未有第五代移動通信系統(tǒng)方面的教材出版，因此，本文作者自行補(bǔ)充該部分內(nèi)容，以使學(xué)生了解移動通信系統(tǒng)的最新發(fā)展動向和最新技術(shù)。在文獻(xiàn)[7]中所述的課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，新增mmWave通信、可見光通信、邊緣計(jì)算和超密集網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容，使用本文后述的項(xiàng)目驅(qū)動和案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

（3）將科研成果融入教學(xué)。將Massive MIMO的信道估計(jì)、預(yù)編碼，深度學(xué)習(xí)等科研成果融入教學(xué)，拓寬學(xué)生的視野，使學(xué)生了解通信系統(tǒng)的最新研究動向、通信系統(tǒng)與深度學(xué)習(xí)的跨界融合。

2.3 探索多種教學(xué)方法，提高教學(xué)效果

《移動通信》是一門理論體系復(fù)雜，內(nèi)容豐富，公式繁多，推導(dǎo)困難的綜合性很強(qiáng)的課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很容易覺得無聊，喪失學(xué)習(xí)興趣，很難有同學(xué)做到集中注意力聽講。因此，以教師教為中心的傳統(tǒng)“滿堂灌”的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前學(xué)生的需要。豐富教師教學(xué)方法，提升課堂參與度，是亟待解決的重要問題。隨著“新工科”概念的提出，要求教師必須以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生的興趣愛好和性格特點(diǎn)改善教學(xué)方法，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

經(jīng)過貴州省本科教育教學(xué)工程項(xiàng)目的建設(shè)，該項(xiàng)目歷時兩年時間，已經(jīng)在文獻(xiàn)[6]探討了使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法及所取得的良好教學(xué)效果。在此基礎(chǔ)上，加入項(xiàng)目驅(qū)動和案例分析教學(xué)法。具體做法如下：

（1）擬定項(xiàng)目內(nèi)容，涉及：3G、4G和5G的關(guān)鍵技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、SDN、NFV、C-RAN等方面的技術(shù)；

（2）將81名學(xué)生分為27組（3人/組），每個組選取一個項(xiàng)目，利用課余時間自行學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究，寫出報告并在課程上做匯報，接受教師和同學(xué)的詢問和討論，將被動的“填鴨式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

（3）結(jié)合案例分析教學(xué)法。在學(xué)生掌握了移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識（信號傳播模型、蜂窩系統(tǒng)的基本概念、數(shù)字調(diào)制等）之后，將MIMO-OFDM、Massive MIMO等內(nèi)容作為案例，利用我院信息與通信工程實(shí)驗(yàn)室的美國NI公司PXIe1082、USRP-RIO 4*4 MIMO移動通信原型設(shè)計(jì)和開發(fā)系統(tǒng)，北京華晟經(jīng)世公司的IUV-4G仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，該系統(tǒng)與工程實(shí)踐緊密相關(guān)，如：電磁波傳播、鏈路預(yù)算、移動性管理、接口和信令，以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化等方面，實(shí)體演示的形式增強(qiáng)知識的趣味性，引導(dǎo)學(xué)生主觀感受、主動思考，為其創(chuàng)造解決困難的成就感。

（4）將線上和線下教學(xué)緊密結(jié)合，向?qū)W生下發(fā)錄制好的MOOC短視頻，推薦3GPP的官網(wǎng)、設(shè)備制造商提供的資料等，為學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)提供便利，并引導(dǎo)學(xué)生從“要我學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)習(xí)”。

3 課程考核與教學(xué)效果分析

改變傳統(tǒng)的考核方式，降低考試成績所占的比例，由改革前的考試成績占總成績的80%降為改革后的考試成績占總成績的60%，凸顯“自主學(xué)習(xí)”在課程考核中的地位，改革后本課程的考核標(biāo)準(zhǔn)為：

總成績=考試成績*60%+翻轉(zhuǎn)課堂*20%+項(xiàng)目驅(qū)動*10%+實(shí)驗(yàn)成績*10%

在課程結(jié)束后，通過調(diào)查問卷的形式，發(fā)放對象為通信工程專業(yè)的81名學(xué)生。統(tǒng)計(jì)問卷結(jié)果如圖1所示：對于教師布置的課題任務(wù)，學(xué)生普遍認(rèn)為具有一定難度，其中教師的指導(dǎo)作用高達(dá)70%，僅有一小部分為學(xué)生獨(dú)立自主查閱資料完成。學(xué)生平均花費(fèi)在課題上的時間約為20小時，其中，查閱資料時間約為13小時，撰寫報告大約花費(fèi)7小時左右。學(xué)生紛紛表示，通過翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目驅(qū)動等課堂環(huán)節(jié)的鍛煉，其語言表達(dá)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力得到了顯著提升，而且愿意主動思考，敢于并且樂于表達(dá)自己的想法，不再害怕說錯話被老師批評被同學(xué)笑話。有些學(xué)生提出對《移動通信》課程改革的意見和建議：迫切希望授課教師針對同學(xué)們撰寫的報告給予更為詳細(xì)的點(diǎn)評。

圖1 調(diào)查問卷結(jié)果

4 結(jié)語

隨著移動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，《移動通信》在通信工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。培養(yǎng)高素質(zhì)的通信專業(yè)人才，是新時代賦予高校教師的重要責(zé)任。本文在“新工科”的時代背景下，圍繞《移動通信》雙語課程，結(jié)合課程特點(diǎn)，從教學(xué)思路、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法三個方面進(jìn)行改革，經(jīng)過近三年時間的實(shí)踐教學(xué)，該教學(xué)改革取得較好的教學(xué)效果，在保證提升教學(xué)質(zhì)量得到提高的同時，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的自主性和獨(dú)立性，為其他相關(guān)課程在“新工科”的背景下進(jìn)行教學(xué)改革提供一定的參考依據(jù)。