新工科背景下通信原理課程教學(xué)改革與研究*

林 宏，周傳璘，李衛(wèi)中，陳 敏

(湖北工程學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，湖北 孝感 432000)

1 引言

當(dāng)前通信技術(shù)、通信設(shè)備發(fā)展非常迅猛，可謂日新月異，但是現(xiàn)有《通信原理》課程中涉及的知識點(diǎn)卻與時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步脫節(jié)、嚴(yán)重掉隊(duì)，教學(xué)思維和教學(xué)方式也跟不上時(shí)代的發(fā)展要求，同時(shí)新時(shí)代大學(xué)生也由于眼界開闊、思維活躍，一般的教材課本內(nèi)容很難滿足他們學(xué)習(xí)的渴求，同時(shí)課程變革和手段創(chuàng)新也是新工科建設(shè)的一個(gè)重要范疇和內(nèi)涵，因此迫切需要對現(xiàn)有《通信原理》課程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與技術(shù)創(chuàng)新[1-4]。

2 課程教學(xué)中的主要問題

2.1 新通信技術(shù)的發(fā)展促使教學(xué)內(nèi)容的更替

通信技術(shù)的發(fā)展始終處于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿和浪頭，是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要支柱之一，世界上絕大多數(shù)先進(jìn)國家都將通信技術(shù)提高到國家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略層面?，F(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展?jié)摿薮?，擁有較為寬廣的擴(kuò)展空間和深掘趨勢。尤其是面臨5G 時(shí)代的來臨，與通信相關(guān)的新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容需要大幅擴(kuò)展。但是現(xiàn)有《通信原理》課程的內(nèi)容不新穎，教學(xué)方式比較單一，教學(xué)技巧不先進(jìn)，教學(xué)形式普遍滯后，與時(shí)代發(fā)展的腳步脫節(jié)、落伍，尤其是不符合現(xiàn)在新工科發(fā)展對專業(yè)課程升級改造的需求。因此，隨著通信新領(lǐng)域的擴(kuò)展、新手段的升級，現(xiàn)有《通信原理》課程必須不能落伍于時(shí)代的車輪，迫切需要提升教學(xué)手段、完善教學(xué)技巧、創(chuàng)新教學(xué)思維。

2.2 新工科建設(shè)提升課程教學(xué)改造

現(xiàn)在我國把新工科建設(shè)作為當(dāng)前各個(gè)高校發(fā)展的主要目標(biāo)，就務(wù)必保證各個(gè)高校在專業(yè)相關(guān)課程的頂層設(shè)計(jì)向創(chuàng)新型、實(shí)踐型、綜合型轉(zhuǎn)變。而現(xiàn)有的《通信原理》課程在教學(xué)設(shè)計(jì)中偏向于原理闡述、文字講解、數(shù)學(xué)推導(dǎo)、理論證明等，同時(shí)實(shí)踐設(shè)計(jì)也是以說明性實(shí)驗(yàn)、描述性實(shí)驗(yàn)為主，對學(xué)生創(chuàng)新思維能力提升缺乏、綜合素質(zhì)訓(xùn)練不強(qiáng)。因此，在當(dāng)前新工科建設(shè)的大環(huán)境下，傳統(tǒng)《通信原理》課程教學(xué)必然與時(shí)代腳步脫節(jié)，不適應(yīng)新工科建設(shè)的新形勢，需要轉(zhuǎn)變教學(xué)思維定勢，升級改造教學(xué)手段，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩手都要抓，同時(shí)提升思維性、創(chuàng)新性、前沿性實(shí)踐項(xiàng)目的比重，總體不得低于1/2。

2.3 傳統(tǒng)教學(xué)方式不能滿足時(shí)代的要求

《通信原理》課程涉及的學(xué)科比較多，知識點(diǎn)比較密集，內(nèi)容比較龐大，而且對學(xué)生的實(shí)踐動手能力要求也比較高。特別是該課程涉及的新技術(shù)、新方法、新知識點(diǎn)更新非?？?，如果僅僅依靠教材的編寫和出版，完全跟不上學(xué)生對新知識渴望的腳步，不符合知識傳授的新形勢。另外，隨著網(wǎng)上教學(xué)、優(yōu)課慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、手機(jī)教學(xué)等新教學(xué)技術(shù)、新教學(xué)方式的出現(xiàn)和發(fā)展，對傳統(tǒng)的課程教學(xué)產(chǎn)生了極大的沖擊和影響。現(xiàn)有《通信原理》課程教學(xué)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)變和提升，滿足時(shí)代的要求，滿足新工科建設(shè)的要求。

3 教學(xué)內(nèi)容的完善

3.1 添加前沿新技術(shù)

針對傳統(tǒng)《通信原理》課程的教學(xué)內(nèi)容，可以將“第二章確知信號”和“第三章隨機(jī)過程”這兩章選講，因?yàn)檫@兩章側(cè)重介紹數(shù)學(xué)基本概念和基本知識，如果學(xué)生上過概率論和隨機(jī)過程的相關(guān)課程，這兩章內(nèi)容就可以刪除不講?！暗谒恼滦诺乐?.6.1 離散信道容量”這一小節(jié)內(nèi)容可以刪除，這一小節(jié)內(nèi)容偏重于概率論的數(shù)學(xué)計(jì)算，老師不容易講懂，學(xué)生不容易學(xué)懂，而且沒有太大的實(shí)用價(jià)值，在實(shí)際場景中出現(xiàn)的概率非常低?！暗谖宀糠帜M調(diào)制通信”中的AM 通信手段和FM 通信手段教學(xué)內(nèi)容都可以壓縮或刪減，主要原因在于這些相關(guān)內(nèi)容在《高頻電子技術(shù)》中也會出現(xiàn)，需要避免重復(fù)?！暗谖宀糠帜M調(diào)制系統(tǒng)中5.6 頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲”這一節(jié)內(nèi)容需要壓縮或刪減，這些技術(shù)和方案現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰，再花一定的課時(shí)介紹就不合適。在“第八部分新類型數(shù)字調(diào)制通信方式”這一部分內(nèi)容中建議添加OFDM 復(fù)用通信方式，這種技術(shù)在4G 通信和5G 通信中被廣泛的使用，學(xué)生對這些可以在工作中應(yīng)用到的新技術(shù)、新知識點(diǎn)會非常感興趣。同時(shí)，建議在“第八章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)”這一章內(nèi)容中增加5G 通信技術(shù)的相關(guān)介紹，讓學(xué)生了解當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。在“第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列”這一章內(nèi)容中建議增加碼分復(fù)用技術(shù)，以及碼分多址技術(shù)的相關(guān)知識點(diǎn)，這些通信技術(shù)在4G 通信和5G 通信中應(yīng)用也非常普遍，學(xué)生可以在學(xué)校就能夠提前學(xué)習(xí)這些內(nèi)容和技術(shù)，為未來的就業(yè)和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.2 提升實(shí)踐課時(shí)比重

當(dāng)前，不少學(xué)校的現(xiàn)有《通信原理》課程開設(shè)情況為：64 個(gè)學(xué)時(shí)的理論課；16 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，在改革后可以優(yōu)化為48 個(gè)學(xué)時(shí)的理論課；32 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。一般情況下，《通信原理》只要與其它相關(guān)課程協(xié)調(diào)好，好比《隨機(jī)過程分析》、《概率與統(tǒng)計(jì)》、《數(shù)字信號處理技術(shù)》、《高頻電子線路》和《編碼信息理論》等，就能講清楚相關(guān)的知識點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)要求的學(xué)時(shí)數(shù)至少要為48 個(gè)。另外，一般情況下，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及的學(xué)時(shí)數(shù)為3 個(gè)左右，現(xiàn)有《通信原理》課程能夠開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目個(gè)數(shù)只有5 個(gè)，一旦實(shí)驗(yàn)課時(shí)提升到32 個(gè)學(xué)時(shí)，就能夠新增開設(shè)5 個(gè)左右的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提升比例能夠達(dá)到100%。常規(guī)情況下，現(xiàn)有《通信原理》實(shí)驗(yàn)方案一般涉及到：數(shù)字信號基礎(chǔ)操作、數(shù)字解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)、數(shù)字調(diào)制通信實(shí)驗(yàn)、AM 通信方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、PAM 通信方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課比重提升的情況下，就可以多開設(shè)以下項(xiàng)目：模擬鎖相技術(shù)與載波信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字鎖相方案與脈沖同步信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)、群同步信號恢復(fù)實(shí)驗(yàn)、PCM 通信方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、音頻信號多通道多編碼方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過減小理論課時(shí)比重，提升實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)，可以鍛煉學(xué)生的思維創(chuàng)新，開闊學(xué)生的技術(shù)眼界，滿足建設(shè)新工科的需要。

3.3 提升與其它課程的黏合度

為了建設(shè)新工科的需要，《通信原理》課程需要刪除一些過時(shí)的舊內(nèi)容，同時(shí)又要縮減理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)，就會造成知識點(diǎn)覆蓋面要大和講述內(nèi)容要深之間存在矛盾。這樣，老師講述起來很難受，學(xué)生學(xué)習(xí)起來也會一知半解。但是由于現(xiàn)在很多課程的知識點(diǎn)之間都有交叉，內(nèi)容之間有部分重復(fù)，《通信原理》課程中就有部分知識點(diǎn)在別的課程中可能講述過，好比“第二部分確知信號”和“第三部分隨機(jī)信號”這兩部分章節(jié)就在《數(shù)學(xué)分析》、《隨機(jī)分析》、《統(tǒng)計(jì)與概率》等教材中提及到；“第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)中”的AM通信方式和FM通信方式教學(xué)內(nèi)容都在《高頻電子技術(shù)》中出現(xiàn)過。因此，只要做好《通信原理》課程與其它相關(guān)課程的銜接，提升與這些課程的黏合度，避免知識涉及面上的交叉或者重復(fù)，這樣就能夠減輕老師的講述壓力和降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

4 教學(xué)方法的改革

4.1 利用網(wǎng)絡(luò)資源

在遠(yuǎn)程教學(xué)、視頻教學(xué)、共享資源等方式手段的推動下，巧妙與網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)合，能夠提升教學(xué)效率、豐富教學(xué)手段，可以促進(jìn)和提升現(xiàn)有《通信原理》課程的教學(xué)方式和教學(xué)技巧。目前，在部分大學(xué)內(nèi)部的網(wǎng)上精品課程、中國慕課的大學(xué)聯(lián)盟課程，以及全國優(yōu)課的高校聯(lián)盟課程等中都涉及有豐富的《通信原理》共享網(wǎng)絡(luò)資源。各個(gè)高校的《通信原理》課程教師都應(yīng)該合理利用這些網(wǎng)絡(luò)資源，對自己教案和教授知識點(diǎn)進(jìn)行升級換代、取長補(bǔ)短，可以提升課堂講課的效率。同時(shí)，一些講授比較好、經(jīng)驗(yàn)比較豐富的教師，也可以嘗試把自己講授《通信原理》課程的內(nèi)容或者資料制作成電子資源，上傳到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享。這樣，不僅可以促使自己在教學(xué)中進(jìn)行改革和提升，還可以促進(jìn)別人的提高和進(jìn)步，進(jìn)而可以帶動各個(gè)高校的《通信原理》課程教學(xué)水平的整體提高。

4.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

要改變傳統(tǒng)的《通信原理》課程教學(xué)方式，將“老師主講，學(xué)生主聽”的方式進(jìn)行變革。只有進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)，才能提高《通信原理》課程的課堂教學(xué)效率，杜絕上課走神、思維死板、自主學(xué)習(xí)能動性差、創(chuàng)新活力不夠等毛病，把學(xué)生的注意力從手機(jī)轉(zhuǎn)移到課堂上。如果采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的形式就可以很好改變上述問題，轉(zhuǎn)變教師在課堂上的絕對支配角色，把課堂交給學(xué)生來發(fā)揮、來設(shè)計(jì)，老師充分進(jìn)行引導(dǎo)或者輔助。這樣可以大大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，讓學(xué)生更好的參與教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的融入感、獲得感。學(xué)生在每次課程開始之前，收集好各種資料，提前預(yù)習(xí)好上課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)好課程的方案。同時(shí)，可以將教師從繁雜的課堂講述中解放出來，教師只需要提前布置好預(yù)習(xí)內(nèi)容，安排好課堂講述流程、設(shè)計(jì)好上課環(huán)節(jié)。這樣，在課堂上教師也可以有充分的時(shí)間和學(xué)生進(jìn)行探討，解答每個(gè)人的疑惑。

4.3 加強(qiáng)課后學(xué)習(xí)

每節(jié)課的實(shí)際教學(xué)時(shí)間只有45 分鐘，《通信原理》課程一般每周3～4 節(jié)課左右，僅僅利用課堂時(shí)間學(xué)習(xí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，因此，需要充分利用課外時(shí)間、業(yè)余時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、習(xí)題、答疑和查找資料等。老師在每節(jié)課結(jié)束時(shí)，合理設(shè)計(jì)好下次的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生充分的去準(zhǔn)備，調(diào)動學(xué)生在課外學(xué)習(xí)的主動性、積極性，自然而然課堂上的學(xué)習(xí)效率就會提升；另外還要布置本節(jié)課后的復(fù)習(xí)內(nèi)容和習(xí)題，這樣下課后通過復(fù)習(xí)強(qiáng)化課堂上的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生短期內(nèi)不會忘記。在課外時(shí)間，老師還可以安排一些查找資料、撰寫小作文、協(xié)調(diào)合作等學(xué)習(xí)方式，鍛煉學(xué)生的思維創(chuàng)新能力，樹立學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

5 總結(jié)

通過對傳統(tǒng)《通信原理》課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善，以及改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，就能夠在一定程度上適應(yīng)新工科建設(shè)的時(shí)代發(fā)展要求，也能夠通過課程教學(xué)反映出當(dāng)前通信新技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時(shí)也能夠滿足各個(gè)高校學(xué)生各種學(xué)習(xí)的迫切需求，能夠培養(yǎng)眼界開闊、思維活躍、創(chuàng)新突出、基礎(chǔ)知識扎實(shí)、具備一定競爭力的高層次工程技術(shù)型人才。