“通信原理”課程教學(xué)中的問題與建議

潘玉劍

（杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院 浙江·杭州 310018)

0 引言

“通信原理”是電子信息類專業(yè)的必修課，同時也是通信與信息工程領(lǐng)域的入門課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握通信與其系統(tǒng)的基本概念、理論和方法，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造或從事通信相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。[1]

“通信原理”課程的主要特點(diǎn)有：理論性強(qiáng)、公式多、直觀性差，涉及多門先修課程，學(xué)習(xí)難度較大。不管是從教師的反映還是學(xué)生的反饋，都指出當(dāng)前的課程教學(xué)存在不少問題。比如，教師普遍反映學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，而學(xué)生反映上課聽不懂等。因此，“通信原理”課程的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提升顯得很迫切。[2]本文針對此問題，首先，分別從教師和學(xué)生角度指出當(dāng)前“通信原理”課程教學(xué)中存在的問題；其次，分析這些問題存在的原因；最后，給出解決問題的建議。

1 教學(xué)中存在的問題及原因分析

根據(jù)作者近幾年在“通信原理”課程教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出當(dāng)前存在的以下幾個問題：

（1）教學(xué)材料與新技術(shù)部分脫節(jié)。目前，國內(nèi)高校普遍采用的教材是國防工業(yè)出版的由樊昌信和曹麗娜老師寫的《通信原理》。[3]該書很好地覆蓋了通信原理的基礎(chǔ)知識，而且布局排版清晰、書寫語言淺顯易懂。但是，雖然該書已經(jīng)更新到了第七版，但仍然跟不上新技術(shù)的發(fā)展。例如目前實(shí)際應(yīng)用中普遍采用的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)、以及4G 及5G 相關(guān)技術(shù)都沒有涉及。不過，作為廣泛使用的教材書籍，難以跟進(jìn)新技術(shù)的發(fā)展也是正常現(xiàn)象。

（2）授課方式單一陳舊。最早的授課方式是黑板板書，這種方式下學(xué)生可以很好地跟上教師的節(jié)奏，但是板書書寫比較耗時。后來隨著多媒體教學(xué)的興起，尤其是基于幻燈片（PPT）的授課方式成了主流，一直延續(xù)到現(xiàn)在。多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，教師可以把準(zhǔn)備素材的時間放到備課過程中，盡量不占用上課的寶貴時間。但多媒體教學(xué)的方式也有其缺點(diǎn)，即多媒體教學(xué)降低了教師的授課門檻。教師可以不需要對課程知識有深入的了解和掌握，甚至可以從其他教師或網(wǎng)上獲得現(xiàn)成的PPT 課件，上課照本宣科地跟著PPT 走就行了。因此，多媒體教學(xué)盡管可以盡可能利用上課時間，卻可能造成教學(xué)質(zhì)量的下降。由于“通信原理”是一門專業(yè)必修課，因此一般由較為年長的教師擔(dān)任課程負(fù)責(zé)人。課程負(fù)責(zé)人會按其一貫的授課方法進(jìn)行授課，其他的年輕教師也會跟著課程負(fù)責(zé)人所寫的教學(xué)大綱和授課計劃進(jìn)行教學(xué)。這可能是造成授課方式單一陳舊的原因之一。

（3）學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)吃力。筆者上課印象頗深的是，在講完一個知識點(diǎn)后問學(xué)生懂了沒有，不少學(xué)生會投來茫然的眼神?！巴ㄐ旁怼闭n程并不是空中樓閣，其重要的先修課程包括“信號與系統(tǒng)”和“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”。如果這兩門課程沒有學(xué)好，學(xué)起來自然會吃力。舉例來說，信源編碼章節(jié)的低通模擬信號的抽樣定理是重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，理解這一知識點(diǎn)的基礎(chǔ)就是“信號與系統(tǒng)”的采樣章節(jié)的內(nèi)容。另外，數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)章節(jié)，要想深入理解各種數(shù)字調(diào)制方式的抗噪性能離不開公式推導(dǎo)，而這些公式推導(dǎo)是建立在對“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”知識的理解和運(yùn)用的基礎(chǔ)上。眾所周知，“信號與系統(tǒng)”是學(xué)生普遍反映較難的一門，“概率論與梳理統(tǒng)計”不少學(xué)生也反映學(xué)得是云里霧里。

（4）學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。俗話說，興趣是最好的老師，沒有興趣而學(xué)習(xí)，只能是為他人而學(xué)習(xí)。在課堂上，有時會出現(xiàn)教師提問，下面鴉雀無聲，或者后排同學(xué)昏昏欲睡。對于“通信原理”，學(xué)生提不起興趣，筆者認(rèn)為有以下幾個原因。首先，學(xué)生不知道“通信原理”對他們有什么用。學(xué)以致用是學(xué)習(xí)最樸素的愿望。如果學(xué)生能從單純的以拿學(xué)分為目的，上升為今后找工作或繼續(xù)深造增加砝碼或打基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)興趣自然會上升。其次，教師上課過多注重數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，忽略了從物理本質(zhì)的討論，學(xué)生難以獲得直觀的理解。最后，由于課程考核方式一般限于筆試，且筆試題型固定，為了應(yīng)付考試，學(xué)生可以只聽與考試相關(guān)的內(nèi)容，甚至根據(jù)考試范圍完全自學(xué)都有可能通過考試。

2 教學(xué)中的建議

針對以上“通信原理”課程教學(xué)中存在的問題，提出幾點(diǎn)建議，以促進(jìn)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

（1）抓基礎(chǔ)、重前沿。建高樓的第一步就是打好基礎(chǔ)。打好學(xué)生在學(xué)習(xí)“通信原理”的基礎(chǔ)需要多個課程教學(xué)聯(lián)動。一方面，“信號原理”及“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”等基礎(chǔ)課程需要提高教學(xué)質(zhì)量，把好關(guān)。不單單是對于“通信原理”，基礎(chǔ)課程是學(xué)生未來幾乎所有學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，提高它們的教學(xué)質(zhì)量顯得非常重要。另一方面，在“通信原理”課堂里，可以單獨(dú)開設(shè)1～2 節(jié)課，專門用于基礎(chǔ)知識回顧，并提醒學(xué)生這幾節(jié)課的重要性，認(rèn)真的學(xué)生自然會用心學(xué)習(xí)。

針對現(xiàn)有教學(xué)材料與現(xiàn)有新技術(shù)脫節(jié)的問題，教師可以在講完所有基礎(chǔ)理論知識后，開設(shè)幾節(jié)新技術(shù)專題課。教師可以結(jié)合自己的研究領(lǐng)域特點(diǎn)，自行準(zhǔn)備教學(xué)材料。并且這些教學(xué)材料需要每隔幾年更新一下跟進(jìn)新技術(shù)，以發(fā)揮其靈活性

（2）新型授課及考核方式。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師講，學(xué)生聽，其后果是缺乏反饋。教師不知道學(xué)生掌握得如何，對自己教學(xué)水平提高也沒有幫助。應(yīng)對的方式是增加師生之間的互動。比如對于前面提到的新技術(shù)專題課，可以采用由教師作簡單介紹，再有學(xué)生基于課前的文獻(xiàn)檢索，解釋新技術(shù)的原理及應(yīng)用，最后教師對于學(xué)生的講解進(jìn)行點(diǎn)評。這樣，一方面，對學(xué)生來說，是在教師的直接指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)。另一方面，也提高了教師的授課門檻，因?yàn)橹挥袑π轮R的深入掌握才能有效點(diǎn)評。

在課程考核方面，在筆試外增加新的考核方式，增加考核的不確定性，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)知識，而不是獲得學(xué)分。國外有的高校，在期末考核中增加面試考核環(huán)節(jié)，即教師提問，學(xué)生回答，最后教師打分，結(jié)合一定權(quán)重，算到期末總分里面。這樣一來等于增加了一定的不確定性，需要學(xué)生平時下功夫，從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。

（3）公式推導(dǎo)與物理意義兩手抓。在對一個知識點(diǎn)進(jìn)行講解時，大部分教師可能會側(cè)重公式推導(dǎo)，而忽略了物理意義講解。誠然，公式推導(dǎo)是邏輯絕對正確的，對于學(xué)習(xí)也是必不可少的。但缺點(diǎn)是會降低學(xué)生的興趣。對于初學(xué)者最好能從物理意義講解，進(jìn)而再用公式證明。比如，在講解數(shù)字信號的最佳接收章節(jié)的匹配濾波器時，最好能向?qū)W生講解匹配濾波名字的由來，進(jìn)而拓展至匹配濾波的物理本質(zhì)?？梢愿嬖V學(xué)生匹配濾波的前提是對發(fā)射波形先驗(yàn)，不然談何匹配。這樣的講解比單純公式堆導(dǎo)更能讓學(xué)生加深理解。又比如，在講解信源編碼章節(jié)的低通模擬信號的抽樣定理，向?qū)W生解釋為何只要抽樣頻率高于信號最高頻率的兩倍就可以由離散信號重構(gòu)出原始模擬信號時，可以告訴學(xué)生頻率低的信號其信息量本身就不大，所以有實(shí)現(xiàn)無損失重構(gòu)的可能。當(dāng)然，從物理本質(zhì)進(jìn)行講解對教師也提出了更高的要求，不過這也達(dá)到了教學(xué)相長的目的。

（4）引入軟件輔助教學(xué)?！巴ㄐ旁怼?知識部分過于理論化，會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來提不起興趣。因此如何使“通信原理” 的課程教學(xué)變得直觀很重要。除了在實(shí)驗(yàn)課程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行儀器輔助的實(shí)驗(yàn)，還可以在理論課堂中引入軟件輔助教學(xué)。目前市面上的SystemVue[4]以及Matlab[5]可以很好的完成這一目的。以Matlab 為例，在講解正交相移鍵控（QPSK）數(shù)字調(diào)制時，可以利用其自帶的通信工具箱以可視化的方式完整仿真QPSK 的發(fā)射和接收鏈路，其中星座圖、升余弦濾波等概念可以非常直觀的顯示。由于Matlab 有這非常完整的幫助文件，非常便于自學(xué)，因此教師也可以布置基于Matlab 的作業(yè)，讓學(xué)生在課后設(shè)計基于課上所學(xué)通信理論的程序。

（5）課程接地氣。不知道所學(xué)知識有何作用，是目前大學(xué)生普遍抱有的困惑。為了讓“通信原理”這么課顯得不那么高高在上，可以嘗試做一下接地氣的事情。比如，可以讓讀相關(guān)專業(yè)的研究生現(xiàn)身說法，講講他在學(xué)習(xí)深造中，“通信原理”這門課的重要性。又比如，可以帶學(xué)生參觀當(dāng)?shù)赝ㄐ蓬I(lǐng)域的公司，或者請公司的技術(shù)人員來課堂交流，讓學(xué)生了解“通信原理”課程上所教的理論是指是如何在實(shí)際中發(fā)揮作用的。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合筆者近幾年在“通信原理”課程教學(xué)中的體會，給出了教學(xué)中的思考和建議。文中給出的部分建議已應(yīng)用到我校的“通信原理”的課程教學(xué)中，并取得了不錯的效果。筆者相信文中給出的建議能給國內(nèi)高校在“通信原理”課程改革上提供借鑒。