基于項目驅(qū)動法的通信專業(yè)研究生教學(xué)模式研究*

高宏峰，冀保峰，鄭國強，劉 偉

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

0 前言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)等已成為現(xiàn)階段最熱門的通信技術(shù)，未來十年通信電子行業(yè)人才具有較大的缺口。為了適應(yīng)電子行業(yè)的需求，大部分高校在通信專業(yè)的研究生培養(yǎng)方案中設(shè)置了隨機信號處理、現(xiàn)代編碼技術(shù)、無線通信原理、信號檢測與估計、空時無線通信等與通信系統(tǒng)相關(guān)的理論性課程，同時也設(shè)置了DSP、嵌入式應(yīng)用等提高學(xué)生動手能力的實踐性課程。然而，在臨近畢業(yè)時，大部分研究生未真正掌握通信系統(tǒng)的設(shè)計方法，對通信系統(tǒng)各模塊間的聯(lián)系及參數(shù)設(shè)置不清楚，更未掌握硬件平臺實現(xiàn)方法。研究生所學(xué)知識與實踐脫節(jié)，造成在就業(yè)時缺乏通信系統(tǒng)的實際設(shè)計能力，與企業(yè)的實踐能力需求有較大差距，擇業(yè)受到較大影響。

分析其主要原因有以下幾個方面：

1) 通信系統(tǒng)各課程模塊中，在教學(xué)計劃中安排的實驗環(huán)節(jié)以單一課程為單位，只對特定課程的相關(guān)知識的驗證和鞏固，缺少系統(tǒng)化環(huán)節(jié)，難以建立多課程的整體設(shè)計概念。

2) 每門課程中的實踐環(huán)節(jié)課時較少，學(xué)生主要完成一些驗證性實驗。學(xué)生依照通信模塊中的單一算法原理進行實驗，對于多個通信模塊間的關(guān)系缺少探究，這種教學(xué)方式不利于培養(yǎng)研究生的動手能力和解決復(fù)雜問題的能力。

3) 課程中注重編程仿真實驗，缺少硬件實現(xiàn)環(huán)節(jié)。研究生具有一定編程能力，但硬件實踐能力較弱。由于硬件設(shè)計調(diào)試的周期較長，研究生不能經(jīng)歷原理設(shè)計、參數(shù)設(shè)置、聯(lián)合調(diào)試的全過程。

4) 課程考核由理論考核為主，采用試卷形式，分值占較大比例。課程實驗主要在課下完成，一般以實驗報告為主，動手能力難以真正量化。研究生為了取得高分，比較重視理論學(xué)習(xí)，而放松實踐環(huán)節(jié)。

5) 研究生往往存在著發(fā)表論文的壓力，大部分研究生特別是非211、985高校的研究生畢業(yè)論文課題一般是通信理論研究，研究方向僅針對通信領(lǐng)域的個別模塊，應(yīng)用面窄，研究結(jié)果限于仿真研究。

針對這些問題，本文提出一種基于項目驅(qū)動法的通信專業(yè)研究生的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，將項目與多門課程相融合，從教師為中心的授課模式向以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變，從單一模塊向系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。通過教學(xué)實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

1 項目目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 項目目標(biāo)

項目驅(qū)動(project-based learning，PBL)法是以學(xué)生為中心的教學(xué)方法[1]。在教學(xué)過程中，不以獲取知識為目標(biāo)，而是強調(diào)知識的應(yīng)用。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提出一些實際工程項目，項目應(yīng)為復(fù)雜的工程項目[2,3]。教師根據(jù)學(xué)生情況，將項目分配給學(xué)生。學(xué)生通過查閱資料、設(shè)計方案、實驗調(diào)試等環(huán)節(jié)完成項目內(nèi)容。項目應(yīng)為包含多門通信相關(guān)課程的綜合性項目[4]。在項目執(zhí)行過程中，學(xué)生遇到問題時，教師起引導(dǎo)作用，通過討論解決問題。PBL可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，鼓勵學(xué)生深度學(xué)習(xí)，增強學(xué)習(xí)動機，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力與批判性思維能力。

1.2 項目內(nèi)容

通信系統(tǒng)的模型如圖1所示，包含信源編碼/信源譯碼、信道編碼/信道譯碼、調(diào)制/解調(diào)、信源/信宿等模塊。通信系統(tǒng)中的各模塊對應(yīng)的課程內(nèi)容如表1所示?？梢钥吹剑煌恼n程對應(yīng)不同的通信系統(tǒng)模塊。因此，通過構(gòu)建一個完整的通信系統(tǒng)工程項目，可以涵蓋所有課程內(nèi)容。每門課程對應(yīng)通信系統(tǒng)的一個或多個模塊。

圖1 通信系統(tǒng)模型

通信模塊課程項目內(nèi)容信源/信宿多媒體通信,隨機信號分析接收隨機信號,將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信源。接收端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為信宿信號。信源編碼/信源譯碼現(xiàn)代編碼技術(shù)、多媒體通信選擇適當(dāng)?shù)男旁淳幾g碼技術(shù),對數(shù)據(jù)進行壓縮/解壓縮信道編碼/信道譯碼現(xiàn)代編碼技術(shù)、空時無線通信通過信道編碼技術(shù),對數(shù)據(jù)進行糾檢錯處理數(shù)字調(diào)制/數(shù)字解調(diào)信號檢測與估計,空時無線通信選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式、均衡器,對信號進行調(diào)制/解調(diào)信道信號檢測與估計、無線協(xié)作通信、光通信系統(tǒng)根據(jù)信道情況,建立信道模型。了解信道特性

2 基于項目驅(qū)動法的項目實施方法

在項目的執(zhí)行過程中，采取以下方法：

1) 教學(xué)案例與項目的選擇

為了項目驅(qū)動教學(xué)法能達(dá)到預(yù)期效果，在教學(xué)中需要選擇和設(shè)計適當(dāng)?shù)捻椖堪咐?。項目?nèi)容應(yīng)涵蓋通信系統(tǒng)的所有模塊。各門課程教師通過協(xié)調(diào)建立各階段適當(dāng)?shù)捻椖繋欤鶕?jù)課程內(nèi)容從項目庫中選擇不同的項目進行實施，設(shè)立難易程度不同的項目供學(xué)生選擇。

在學(xué)生熟悉的區(qū)域內(nèi)選擇項目的設(shè)計，項目的整體框架和難度要控制在學(xué)生可以接受的范圍內(nèi)。如果項目選題太難，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，打擊學(xué)生的積極性。在實踐的過程中使得學(xué)生不愿意繼續(xù)下去，進而喪失興趣。項目過于容易，則不能涵蓋教學(xué)內(nèi)容，達(dá)不到最終教學(xué)效果。

2) 過程控制

教師應(yīng)對工程設(shè)計過程進行控制。項目實施分為信息查詢、方案設(shè)計、硬件實現(xiàn)、軟件實現(xiàn)、效果評估多個階段。在項目實施過程中，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。

在信息查找、處理、分析階段，要求研究生采用多種信息資源，例如互聯(lián)網(wǎng)、市場企業(yè)調(diào)研等。學(xué)生通過小論文、PPT等形式匯報自己所收集的信息，從大量的信息中選出適合項目參數(shù)要求的信息。

在方案設(shè)計階段，教師可以準(zhǔn)備多個項目相關(guān)問題，讓學(xué)生回答，查看學(xué)生對基本概念、基本問題的掌握情況。根據(jù)多種應(yīng)用場景進行考核，讓學(xué)生思考方案如何才能合理設(shè)計。當(dāng)學(xué)生遇到問題時，可以在課堂上公開討論，鼓勵學(xué)生給出多種解決方案，通過信息比較與推理、爭論確定解決方案。

3) 學(xué)生的獨立性與團隊意識的培養(yǎng)

在現(xiàn)有的實踐教學(xué)中，能力強的學(xué)生過于獨立、缺少合作精神，而能力差的學(xué)生照搬照抄其他同學(xué)的實驗結(jié)果的情況。因此，在項目的實施中，注意在保持每個學(xué)生獨立性的同時，培養(yǎng)團隊精神。

項目以組為單位，每人分配不同的任務(wù)，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力，又加強學(xué)生的團隊意識。項目初期，教師設(shè)定項目目標(biāo)并發(fā)給項目組。在組內(nèi)將項目分為多個模塊，每個學(xué)生分配一定的模塊。在每個階段，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)進行分析，提出滿足設(shè)計要求的方案。每個階段結(jié)束時，教師對項目進行檢查、評估，學(xué)生通過演示、答辯來展示本組成果。

教師通過學(xué)生在項目中的貢獻(xiàn)、交流及責(zé)任心判斷學(xué)生是否有團隊合作精神。觀察學(xué)生在項目的準(zhǔn)備、實施、評價階段是否為團隊服務(wù)，方案確定時是否提供信息與看法。在與同組同學(xué)交流時是否能夠傾聽他人的意見，贊賞他人的觀點。通過是否按節(jié)點完成自己的任務(wù)、積極參加聯(lián)合調(diào)試等活動觀察其集體責(zé)任感等。

3 項目評價

學(xué)生成績從3個方面來評價：個人表現(xiàn)、小組合作及技術(shù)報告，分別占50%、25%、25%。個人表現(xiàn)根據(jù)主動性、解決問題的能力水平、對項目的貢獻(xiàn)等方面。小組合作考核小組成員間在完成各自模塊任務(wù)的基礎(chǔ)上，是否相互配合完成整個項目。技術(shù)報告考核通?？己藢懽魇欠褚?guī)范、結(jié)果分析是否全面與透徹等。

圖2為2017-2018學(xué)年與2018-2019學(xué)年研究生成績分布情況，成績?yōu)楦骺瞥煽兊钠骄怠?017-2018學(xué)年采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，2018-2019年采用項目驅(qū)動法。由圖可以看出，與2017-2018年相比，2018-2019年研究生成績的優(yōu)良率有明顯的提高。

圖2 2017-2018與2018-2019學(xué)年研究生成績分布

4 結(jié)論

本文提出了將項目驅(qū)動法應(yīng)用于通信專業(yè)研究生培養(yǎng)模式，將多門課程內(nèi)容融合到一個綜合性的通信系統(tǒng)中。在項目驅(qū)動法教學(xué)模式下，課程教學(xué)的主要環(huán)節(jié)為通信項目，而不是課堂講授。通過通信項目在多課程中的實施，提高了研究生的分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維能力與團隊合作能力。