“通信原理”課程難點(diǎn)的問(wèn)題式教學(xué)方法研究

梁清梅 索麗敏

摘要：“通信原理”是電子信息工程專(zhuān)業(yè)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，針對(duì)該課程理論性強(qiáng)、概念抽象難懂的特點(diǎn)，在教學(xué)中采用了問(wèn)題式教學(xué)法。初步教學(xué)實(shí)踐表明，問(wèn)題式教學(xué)法能夠促使學(xué)生獨(dú)立思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生在與教師思辨、探討的互動(dòng)氛圍中獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}式教學(xué);通信原理;教學(xué)難點(diǎn)

“通信原理”是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的必修課，它的先修課程是“信號(hào)與系統(tǒng)”“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”，后續(xù)課程是“信息理論與編碼”“通信電子線(xiàn)路”等，在基礎(chǔ)課程的教學(xué)中起著承上啟下的作用。本課程涉及公式定理較多，推導(dǎo)過(guò)程繁瑣，且比較難于和實(shí)際相結(jié)合，相對(duì)枯燥的理論知識(shí)讓大部分學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣不大，缺少積極性和主動(dòng)性，使課堂教學(xué)存在著一定的難度。針對(duì)課程特點(diǎn)，筆者在教學(xué)中采用了問(wèn)題式教學(xué)法，使學(xué)生最大程度地掌握課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，教學(xué)效果顯著。

問(wèn)題式教學(xué)法從教學(xué)目的出發(fā)，在課前圍繞教學(xué)內(nèi)容提問(wèn)，當(dāng)問(wèn)題被解決了，教學(xué)難點(diǎn)就迎刃而解了。教師應(yīng)盡量做到提問(wèn)有針對(duì)性，新穎有趣，以此激發(fā)學(xué)生的探究欲望，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。問(wèn)題式教學(xué)法教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。下面將以“通信原理”課程中的幾個(gè)教學(xué)難點(diǎn)為例，介紹問(wèn)題式教學(xué)法在本課程中的應(yīng)用。

一、啟發(fā)式提問(wèn)

有效的提問(wèn)方式是一門(mén)藝術(shù)，它不是下達(dá)命令或者布置任務(wù)，而是盡量聯(lián)系實(shí)際形成問(wèn)題的情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，積極解決問(wèn)題。若問(wèn)題生僻無(wú)趣，學(xué)生不感興趣，那么接下來(lái)的討論也將無(wú)法開(kāi)展，所以問(wèn)題的引出非常關(guān)鍵。接下來(lái)以教學(xué)中的幾個(gè)知識(shí)難點(diǎn)為例進(jìn)行說(shuō)明。

比如，信道是課程中的一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，課前可以引導(dǎo)學(xué)生去思考：為何在一些大型建筑物附近、電梯或地下室里手機(jī)信號(hào)通常不好？在看新聞聯(lián)播時(shí)，主持人與駐外記者視頻通話(huà)時(shí)為何會(huì)有2秒左右的延遲？電視信號(hào)不好時(shí)圖像失真是由什么原因引起的？以上都是和實(shí)際生活特別貼近的問(wèn)題，很容易刺激學(xué)生的求知欲。帶著這些問(wèn)題，學(xué)生去查閱資料后就可以了解到：以上問(wèn)題都和電磁波的傳播特性密切相關(guān)，而電磁波傳播的通道就是無(wú)線(xiàn)信道。接下來(lái)學(xué)生會(huì)有興趣去了解產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)。

而對(duì)于信道容量這個(gè)知識(shí)難點(diǎn)，可以提出這樣的問(wèn)題：信道容量公式的典型應(yīng)用就是擴(kuò)頻通信，早期的軍事通信一般采用擴(kuò)頻通信，軍事通信最大的特點(diǎn)是需要很高的保密性，那么這個(gè)保密性如何用信道容量公式去解釋?zhuān)刻岬杰娛峦ㄐ磐ǔ：苋菀鬃屓寺?lián)想到截獲信息、破譯密碼等帶有一定神秘色彩的詞語(yǔ)，會(huì)讓學(xué)生不自主地想要去探究這其中的內(nèi)在聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

再比如，對(duì)于無(wú)碼間串?dāng)_的頻域條件這個(gè)知識(shí)難點(diǎn)，可以先舉例再提出問(wèn)題：城市繁忙的十字路口需要制定相應(yīng)的交通規(guī)則，遵守這個(gè)規(guī)則，車(chē)輛就可以不互相干擾，順利通過(guò)路口。在通信系統(tǒng)中，若想消除碼間串?dāng)_，對(duì)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)也要有一定的要求，只要符合這個(gè)要求，數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)就將不存在碼間串?dāng)_，這個(gè)道理和交通路口的例子在本質(zhì)上大同小異。那么系統(tǒng)的傳輸函數(shù)需要滿(mǎn)足什么樣的條件？此條件就是無(wú)碼間串?dāng)_的頻域條件。和實(shí)際生活貼近的例子讓學(xué)生更容易接受相對(duì)枯燥的理論知識(shí)，帶著問(wèn)題去預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)效果將事半功倍。

二、互動(dòng)式討論

互動(dòng)式討論是在平等交流的基礎(chǔ)上，讓不同的觀(guān)點(diǎn)碰撞交融，從而激發(fā)學(xué)生的探索和求知欲。提出問(wèn)題后，一定讓學(xué)生通過(guò)課前預(yù)習(xí)對(duì)問(wèn)題有一個(gè)初步的了解，如果學(xué)生對(duì)問(wèn)題不熟悉，互動(dòng)將難以開(kāi)展。在課堂上的互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以各抒己見(jiàn)，通過(guò)交換觀(guān)點(diǎn)、小組辯論、互相提問(wèn)，甚至是向老師提問(wèn)的方式，在互動(dòng)中尋找最優(yōu)答案，從而達(dá)到開(kāi)闊思路、熟悉教學(xué)內(nèi)容的目的。

比如學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料、互動(dòng)討論后得出結(jié)論，大型建筑物附近手機(jī)信號(hào)不好的原因是建筑物的材料對(duì)電磁波有很大衰減作用。教師此時(shí)應(yīng)給出正確的建議和評(píng)價(jià)，適時(shí)適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)，告訴學(xué)生這是導(dǎo)致信號(hào)不好的一個(gè)因素，另外以地波方式傳播的電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的繞射能力，繞過(guò)障礙物傳播了，就是說(shuō)以繞射方式傳播的信號(hào)接收不到了，這也是一個(gè)原因。另外電磁波的傳播和頻率距離、地形地貌、發(fā)射功率、天線(xiàn)仰角，甚至是白天黑夜等很多因素有關(guān)，給學(xué)生的討論內(nèi)容提供了更多的素材。教師可以列舉生活中的實(shí)例，如講一講手機(jī)通信中盲區(qū)形成的原因，在夜晚聽(tīng)收音機(jī)為何能聽(tīng)到白天接收不到的遠(yuǎn)距離電臺(tái)等，這些普遍現(xiàn)象可以用所學(xué)理論知識(shí)去解釋?zhuān)寣W(xué)生感受到學(xué)以致用的樂(lè)趣。課堂上，氣氛活躍的互動(dòng)方式能夠讓學(xué)生印象深刻，使所學(xué)知識(shí)變得生動(dòng)形象，并且記憶深刻。

三、歸納式總結(jié)

為使學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容有完整的印象，討論結(jié)束后的總結(jié)是非常重要的。教師應(yīng)用準(zhǔn)確精練的語(yǔ)言或圖表等，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，概括知識(shí)主線(xiàn)，強(qiáng)化重點(diǎn)難點(diǎn)，讓課堂內(nèi)容條理分明，幫助學(xué)生完全接受新的知識(shí)。有些知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)也可以運(yùn)用生動(dòng)的類(lèi)比去加深學(xué)生的記憶。

比如對(duì)于調(diào)制的理解，可以給學(xué)生概括為：調(diào)制過(guò)程就好像用貨車(chē)裝載貨物一樣，貨物相當(dāng)于原始信號(hào)，貨車(chē)相當(dāng)于載波，用貨車(chē)去承載運(yùn)輸貨物才能夠到達(dá)目的地。而調(diào)制就是將原始低頻信號(hào)，用載波去承載，變換成高頻信號(hào)，然后才能送到信道中傳輸。而相應(yīng)接收端解調(diào)的過(guò)程是把信號(hào)由高頻再變換回低頻的過(guò)程，好比到達(dá)目的地將貨物從貨車(chē)上卸下來(lái)一樣。當(dāng)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解透徹了，總結(jié)也可以由學(xué)生來(lái)做，然后由教師進(jìn)行補(bǔ)充和完善，這個(gè)過(guò)程可以給學(xué)生更多思考和鍛煉的空間，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)中，往往會(huì)有意想不到的收獲。

四、延伸式擴(kuò)展

此外，教師還可以將教學(xué)內(nèi)容延伸擴(kuò)展，增加相關(guān)的應(yīng)用性?xún)?nèi)容，開(kāi)闊學(xué)生的視野。以無(wú)碼間串?dāng)_的頻域條件這個(gè)知識(shí)難點(diǎn)為例，在通過(guò)設(shè)置問(wèn)題、互動(dòng)討論的方式熟悉奈奎斯特第一準(zhǔn)則后，為了讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)傳輸函數(shù)的切割、平移、疊加的物理意義有更深層次的理解，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)展式提問(wèn)。有些系統(tǒng)的傳輸函數(shù)形成等效理想低通特性的切割方法不唯一，那就決定了在這樣的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸速率也不唯一，那么這些傳碼率之間有怎樣的關(guān)系？下面以傳輸函數(shù)為理想低通特性的基帶傳輸系統(tǒng)為例，如圖所示：

圖3? 切割方法二

圖2切割角頻率間隔最大只有一段，根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，它對(duì)應(yīng)無(wú)碼間串?dāng)_的最大傳碼率為4fB。圖3切割角頻率間隔為4π/TB，3段平移疊加后為等效理想低通特性，它對(duì)應(yīng)傳碼率為2fB，不是最大傳碼率，但是以這個(gè)速率傳輸也可以做到無(wú)碼間串?dāng)_。此時(shí)教師可以進(jìn)一步提出問(wèn)題：還有其他的切割方法嗎？接下來(lái)可以讓學(xué)生自由討論，通過(guò)前面的知識(shí)鋪墊，很多學(xué)生都能做到觸類(lèi)旁通、舉一反三，這種直觀(guān)的圖形變換方式對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)都比較容易接受，學(xué)生討論后會(huì)發(fā)現(xiàn)：以角頻率間隔2π/TB切割，共有5段，平移疊加后可以形成理想低通特性，而傳輸速率為fB也可以做到無(wú)碼間串?dāng)_。通過(guò)以上分析可以引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)傳碼率RB和最大傳碼率RBmax之間滿(mǎn)足RBmax=nRB即可實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_。以上過(guò)程教師和學(xué)生可以在圖形變換、反復(fù)驗(yàn)證的樂(lè)趣中將本節(jié)知識(shí)難點(diǎn)完全消化吸收。枯燥的理論知識(shí)變得形象化、立體化，且便于記憶。

實(shí)踐表明，對(duì)于通信原理這樣理論性強(qiáng)的課程，問(wèn)題式教學(xué)法尤為適用。問(wèn)題式教學(xué)法通過(guò)教師設(shè)置的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生去分析實(shí)際中存在的事實(shí)或現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生去探索、比較、對(duì)照，并獨(dú)立做出分析和判斷，通過(guò)討論尋求解釋現(xiàn)象的途徑和方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力和辯證思維的能力，將理論知識(shí)更多地和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。與此同時(shí)，教師在和學(xué)生的互動(dòng)過(guò)程中也提高了專(zhuān)業(yè)技能和教學(xué)水平，真正做到了共同進(jìn)步、教學(xué)相長(zhǎng)。

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編輯/宋博瑤