培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的《通信原理》課程教學改革

常侃 梁韻 唐振華 張振榮 許嘉

摘要：《通信原理》課程是電子信息類專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎課。該課程存在著理論較深、公式繁多的特點，學生容易喪失學習興趣，導致教學效果不佳。本文以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為目標，在理論教學體系上，從調(diào)整教學內(nèi)容、豐富教學手段和方法、豐富評價方式三個角度來進行改革。

關鍵詞：通信原理；創(chuàng)新能力；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）24-0120-02

一、引言

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是我國高等教育的重要責任和最為緊迫的任務之一。近年來，國內(nèi)各高校都非常注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學過程中倡導因材施教，營造了良好的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)環(huán)境[1]。在這樣的大背景下，建設注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電子信息類專業(yè)課程教學體系變得尤為迫切。

《通信原理》課程是電子通信類學科最為核心的專業(yè)課程之一[2]。但是，該門課程的特點是理論深，公式推導繁多。一方面，學生陷入純理論的學習和記憶中，疲于應付，容易失去學習動力及興趣；另一方面，理論與實踐環(huán)節(jié)分離，導致學生動手能力不足，創(chuàng)新能力得不到有效地培養(yǎng)和鍛煉。

為了解決上述問題，本文主要研究如何對《通信原理》課程進行教學改革，提升學生的學習興趣并有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和思維，使學生能夠從理論型向能力型人才轉(zhuǎn)變，從適應型向創(chuàng)新型人才轉(zhuǎn)變[3]。

二、教學內(nèi)容的調(diào)整

目前本專業(yè)采用的教材是由國防工業(yè)出版社出版的《通信原理》（第7版）[2]。在該版本教材中，包括了13章的學習內(nèi)容。在非常有限的課時內(nèi)要將所有內(nèi)容講透并不實際，除此之外，還容易讓學生感到枯燥乏味，引起學生的抵觸情緒。

首先，需要進行教學內(nèi)容的精簡。例如，我們?nèi)趸伺c《信號與系統(tǒng)》課程相近的確知信號部分內(nèi)容教學；由于AM、DSB、SSB、VSB、FM等調(diào)制方式與《通信電子線路》部分學習內(nèi)容重合，我們在教學過程中進行了適當刪減；將信源編碼、信息熵、差錯編碼等內(nèi)容移至《信息論基礎》課程中學習。上述內(nèi)容僅在課堂授課過程中簡單提及，并不做過多展開。

其次，將虛擬實驗引入教學內(nèi)容中。例如，采用Matlab編寫均勻量化程序，對已知的三角函數(shù)進行量化，并將結(jié)果進行展示。一方面，通過更改量化電平數(shù)，學生們可以輕易地發(fā)現(xiàn)量化間隔的大小對量化噪聲的影響；另一方面，通過將Matlab程序進行展示并鼓勵學生在課后進行探索，可以讓學生更為準確而靈活地掌握所學知識，并潛移默化地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和思維。類似的課堂講授的虛擬實驗還包括基于Matlab的數(shù)字調(diào)制解調(diào)過程演示、噪聲對數(shù)字傳輸及判決的影響、眼圖、模擬信號的數(shù)字化及恢復過程演示等內(nèi)容。

第三，倡導老師將自己的科研成果與教學內(nèi)容相結(jié)合，用自己的新思路、新觀點、新方法鼓勵學生們?nèi)ヌ剿魑粗念I域。例如，在講授奈奎斯特采樣定理時，可以引出近十年非常熱門的研究方向壓縮感知，用以說明奈奎斯特采樣速率僅是無失真恢復的充分條件而非必要條件；在講授新型數(shù)字帶通調(diào)制技術時，可以介紹4G及5G移動通信所采用的新傳輸技術和標準。

三、教學方法和手段的多樣化

為了有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，需要對傳統(tǒng)的教學方法進行改革，建立以思維訓練為核心的多樣化的教學手段和方法。

首先，在課堂授課過程中應該采用啟發(fā)式、互動式、討論式等多種模式。以問題為導向，引導學生進行探索和學習。例如，對于三種數(shù)字調(diào)制方式2ASK、2FSK、2PSK，在教學過程中可以先解釋相關定義和模型，然后設問：“數(shù)字調(diào)制中的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相，與模擬調(diào)制中的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相有什么區(qū)別？”接下來可以通過分組討論的形式，鼓勵學生將被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，也可以通過虛擬實驗進行仿真演示，強化學生的理解和記憶。

其次，在教學過程中可以多采用比較法、類比法、歸納法、演繹推理法等，從多種角度組織教學內(nèi)容。例如，可以采用比較法，分析二進制雙極性/單極性、歸零碼/不歸零碼的功率譜密度；采用比較法，分析不同數(shù)字調(diào)制方式在有效性和可靠性上的優(yōu)勢和劣勢；可以采用類比法，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的2ASK/2PSK與數(shù)字基帶系統(tǒng)中的單極性不歸零碼/雙極性不歸零碼系統(tǒng)的抗噪聲性能；可以采用演繹推理法，針對同一個調(diào)制系統(tǒng)，分析輸入?yún)?shù)的改變對輸出信號的影響等。需要注意的是，在講授課程的過程中，有必要將多種思維角度進行結(jié)合，才能有效地降低學生對復雜推導過程的抵觸情緒。

最后，根據(jù)課程特點，應多進行不同教學內(nèi)容之間的串聯(lián)。《通信原理》課程講授的是一個完整的點對點通信系統(tǒng)，那么就應該多強調(diào)目前所學的知識點在整個通信系統(tǒng)中所處的位置和作用，與其他知識點之間具有怎樣的邏輯關系，在這里可以借助Matlab虛擬實驗進行系統(tǒng)級別的整體演示，例如，可以建立完整的數(shù)字帶通系統(tǒng)，將各個模塊的輸出信號波形逐個進行展示，并通過控制噪聲的大小、采用不同的調(diào)制方式等手段，分析系統(tǒng)的抗誤碼性能。通過這樣的形式，可以極大地激發(fā)學生的學習興趣和探索精神，有效培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

四、評價方式的多樣化

科學有效的評價機制是創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要一環(huán)，是學生學習的重要導向。在評價機制上，需要擯棄傳統(tǒng)的平時作業(yè)成績加期末考試的單一評價模式，以形成性評估和過程性評估模式為基礎，采用多樣化的評價角度和方式。從評價角度上來劃分，期末總評成績涵蓋平時成績、實驗成績和考試成績?nèi)蟛糠帧?/p>

平時成績包括出勤成績、小組討論及課堂問答成績、課后作業(yè)成績幾個部分。在小組討論環(huán)節(jié)，根據(jù)學生在討論過程中的參與度、完成度、積極性和角色來進行打分，學生被要求以組為單位進行自評和組內(nèi)互評，以此進行綜合評價。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，課后作業(yè)應形式多樣，包括章節(jié)內(nèi)容課后習題、Matlab虛擬實驗編程題、開放式問題等。

實驗環(huán)節(jié)主要安排在廣西大學計算機與信息自治區(qū)級虛擬實驗仿真中心進行。該中心配備了由美國國家儀器公司生產(chǎn)的教育平臺解決方案[4]，可以方便地開展《通信原理》課程虛實結(jié)合的實驗。在此平臺上，我們設計了基礎型、綜合型以及研究型三類實驗。針對基礎型實驗和綜合型實驗，除了完成基本的實驗報告外，指導教師會在實驗過程中根據(jù)學生的實驗結(jié)果進行設問，例如，教師可以在數(shù)字調(diào)制解調(diào)實驗中提出問題：“為什么觀測到的解調(diào)輸出波形會與發(fā)送波形形狀略有不一致？波形的畸變與什么參數(shù)有關？”通過這樣的方式激發(fā)學生去靈活應用所學知識解決實際問題，并自己動手驗證。研究型實驗為可選項，主要作用在于激勵學生的探索精神，考查創(chuàng)新能力。

最后，基于重過程、輕結(jié)果的評價思路，我們降低了閉卷筆試環(huán)節(jié)在期末總評分數(shù)中的比重。除了傳統(tǒng)題型外，適當加入少部分跨課程綜合題以及開放性問題，以此增加對學生綜合能力及素質(zhì)的考查。例如，由于《通信原理》和《信號與系統(tǒng)》、《信息論》、《通信電子線路》等課程結(jié)合緊密，可以結(jié)合上述已學課程進行聯(lián)合考查。

五、結(jié)束語

以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標的《通信原理》課程教學改革，既是一個緊迫的任務，也是一個長期的過程。在本文中，從三個方面進行了改革探索，但是仍存在著許多不完善之處，需要不斷地研究，從而尋找和發(fā)現(xiàn)新的改革方法和相關理論。

參考文獻：

[1]張翠芳.在通信原理課程教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的改革與實踐[J].北京郵電大學學報（社會科學版），2010，12（2）：90-94.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理（第7版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2016.

[3]王秀芳，高丙坤，王冬梅等.在通信原理課程教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（8上）：65-67.

[4]NI教育平臺解決方案[EB/OL].（2017-09-12）.http：//www.ni.com/education-platform/zhs/.