疫情倒逼教學(xué)改革，通信原理課程“上線”的探索實(shí)踐

田文飚 芮國(guó)勝 張 洋

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001）

0 引言

在這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+” 教育正蓬勃興起但又面臨重重阻力。 2020 年年初，疫情的蔓延倒是完全點(diǎn)燃了在線教育的火種[1-2]，教育部“停課不停教、不停學(xué)”的號(hào)令，既是戰(zhàn)疫情應(yīng)急之舉，也是“互聯(lián)網(wǎng)+”教育[3-4]的重要成果應(yīng)用展示，任務(wù)艱巨，使命光榮。 對(duì)于高校、具體課程組來(lái)說(shuō)這是一個(gè)很有潛力的機(jī)會(huì)，當(dāng)然也有不小的挑戰(zhàn)。

通信原理[5-7]是電子信息類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，在通信等專業(yè)教學(xué)體系中起著承上啟下的重要作用[8-9]。課程特點(diǎn)也相當(dāng)顯著：概念定義多、公式推導(dǎo)多、課程信息量大、聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用緊密，而且對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、電路基礎(chǔ)有較高的要求，相對(duì)抽象枯燥。然而學(xué)生隔離居家，并非傳統(tǒng)有約束的課堂，必然面臨復(fù)雜多樣的干擾，有來(lái)自外在環(huán)境或其他家庭成員的客觀干擾，也有學(xué)生本人內(nèi)心的主觀干擾。 缺乏約束條件下，如果僅靠簡(jiǎn)單地把線下教育的課堂講授模式直接照搬上線，不但無(wú)法激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，恐怕連最基本的教學(xué)目標(biāo)都無(wú)法完成。 怎樣冷靜應(yīng)對(duì)？ 怎樣專業(yè)設(shè)計(jì)？ 怎樣慎重執(zhí)行？ 怎樣反思改進(jìn)？

為了實(shí)現(xiàn)通信原理課程的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)出具有積極思考、自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才， 本文結(jié)合近年來(lái)教學(xué)中的積極探索和實(shí)踐，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核測(cè)試方面進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，取得了一定的成果，為電子信息類專業(yè)的線上教育積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

1 S P O C 翻轉(zhuǎn)課堂新模式

由于MOOC 具有時(shí)時(shí)處處提供優(yōu)質(zhì)教育資源、促進(jìn)資源公平分配等優(yōu)勢(shì)，影響著世界教育，但也存在一些不足，如學(xué)習(xí)過(guò)程管理欠缺，規(guī)模大、缺乏先修條件限制，個(gè)性化指導(dǎo)不足，缺乏對(duì)創(chuàng)造性思維、高階思維能力、高階批判性思維的培養(yǎng)等。 鑒于MOOC 出現(xiàn)的如上種種缺陷，由此，SPOC 應(yīng)運(yùn)而生，其英文全名為Small Private Online Course， 即為小規(guī)模私有在線課程。 其“小規(guī)?！焙汀八接小笔窍鄬?duì)于MOOC 的“大規(guī)?！焙汀伴_放性”而言的，SPOC 的學(xué)生規(guī)模一般少至幾十人， 多至幾百人；SPOC 的學(xué)生準(zhǔn)入條件受到限制，申請(qǐng)者必須得到開課教師的準(zhǔn)許方可參與學(xué)習(xí)課程。課程不面向所有人。

由于疫情影響，2020 年2 月下旬全國(guó)大中小學(xué)集中在網(wǎng)絡(luò)開課，多家專業(yè)網(wǎng)絡(luò)授課平臺(tái)不堪重負(fù)發(fā)生不同程度的卡頓。 課程組另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)在視頻App網(wǎng)站上線微課+辦公App 答疑交流的SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂新模式，充分發(fā)揮線上教學(xué)便于實(shí)現(xiàn)“多師同堂”“全時(shí)段多點(diǎn)交流”“跨學(xué)校使用資源”等優(yōu)勢(shì)，具體措施如下。

1.1 學(xué)習(xí)效果導(dǎo)向下的網(wǎng)絡(luò)課程

選定今日頭條、西瓜視頻等年輕學(xué)員經(jīng)常訪問(wèn)的App 作為網(wǎng)絡(luò)課程上線平臺(tái)，如圖1 所示，優(yōu)點(diǎn)是學(xué)員用手機(jī)就可以隨時(shí)隨地開始學(xué)習(xí)，遇到不懂的知識(shí)點(diǎn)還可以通過(guò)暫停、回放，反復(fù)學(xué)習(xí)。 缺點(diǎn)是，對(duì)學(xué)生自律能力要求較高。 脫離了課堂的束縛、沒(méi)有了在學(xué)校的學(xué)習(xí)氛圍，面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)烈吸引力、家庭舒適的環(huán)境，學(xué)生是否還能保持專注學(xué)習(xí)？ 這是擺在線上課程教員面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

圖1 今日頭條后臺(tái)網(wǎng)課列表

本課程組摒棄傳統(tǒng)“打卡式”“抓考勤”的過(guò)程管理方法，提出以學(xué)習(xí)效果作為導(dǎo)向。 盡管教員在后臺(tái)可以通過(guò)視頻播放完成度在一定程度上監(jiān)督學(xué)員的學(xué)習(xí)進(jìn)度，但是，并不對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)視頻做強(qiáng)制的要求，也就避免了以往網(wǎng)課教學(xué)中常常出現(xiàn)的學(xué)員一邊掛著網(wǎng)課，一邊刷抖音或一邊玩游戲、聽(tīng)歌等應(yīng)付、對(duì)付現(xiàn)象。 學(xué)員也可以選擇通過(guò)自行查閱資料、自學(xué)教材等其他手段完成學(xué)習(xí)。教員通過(guò)每周若干次的網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等形式的翻轉(zhuǎn)課堂來(lái)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的效果， 比如小測(cè)驗(yàn)、口試、提問(wèn)等。

從最近一期教學(xué)效果來(lái)看， 教員提出學(xué)習(xí)的目標(biāo)和要求并定時(shí)檢驗(yàn)，學(xué)員感受到學(xué)習(xí)的壓力，即使未做學(xué)習(xí)視頻做的強(qiáng)制性要求， 實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)課程視頻的播放量和完成度表明， 平均每名學(xué)員都完整播放了3 遍。

1.2 辦公平臺(tái)線上交流

利用釘釘App 視頻會(huì)議實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，規(guī)避了常規(guī)網(wǎng)絡(luò)授課平臺(tái)卡頓的問(wèn)題， 充分發(fā)揮了阿里、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)大平臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算、存儲(chǔ)和在線交流保障優(yōu)勢(shì)。

課程組教員全程在線，并定時(shí)邀請(qǐng)前期學(xué)員交流課程知識(shí)點(diǎn)在工作中的應(yīng)用心得。利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)輕松實(shí)現(xiàn)多師同堂，這在傳統(tǒng)課堂當(dāng)中是難以實(shí)現(xiàn)的。

利用翻轉(zhuǎn)課堂當(dāng)中的交流、后測(cè)，課后作業(yè)以及結(jié)課筆試來(lái)檢驗(yàn)學(xué)員各個(gè)階段的學(xué)習(xí)成果，推動(dòng)前述以教學(xué)效果為導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)，激勵(lì)學(xué)員多方面查閱資料、完善知識(shí)體系。而且教員能夠及時(shí)批改、將結(jié)果反饋給學(xué)員，并引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、評(píng)選優(yōu)秀。 另外，在線交流自由輕松的環(huán)境使得學(xué)員體現(xiàn)出了比在傳統(tǒng)課堂上更好高積極性和參與度。

1.3 調(diào)查問(wèn)卷測(cè)評(píng)效果

通過(guò)對(duì)同期2871 名學(xué)員問(wèn)卷調(diào)查摸清學(xué)員態(tài)度，部分結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 學(xué)員對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的態(tài)度

圖3 學(xué)員最喜歡的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)

絕大多數(shù)學(xué)員（將近77%）對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的態(tài)度是積極的，喜歡在線教學(xué)，認(rèn)為完全可替代線下課堂教學(xué)或是認(rèn)為在線教學(xué)、傳統(tǒng)課堂教學(xué)各有優(yōu)勢(shì)，兩者可以有機(jī)結(jié)合。 在若干網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，有31.03%的學(xué)員認(rèn)為視頻課程對(duì)他們的幫助很大，54.82%的學(xué)員喜歡通過(guò)直播互動(dòng)、線上答疑、在線討論這三種方式與教員或同學(xué)交流，來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)或檢驗(yàn)自己的知識(shí)點(diǎn)掌握情況， 在教學(xué)組織方式上，75.94%的學(xué)員喜歡上述在線課堂教學(xué)組織方式，17.49%的學(xué)員選擇了學(xué)習(xí)已有公開MOOC 的形式，4.35%的學(xué)員選擇不看視頻自學(xué)，2.23%選擇其他。也就是說(shuō)絕大多數(shù)學(xué)員認(rèn)可我們提出的學(xué)習(xí)效果導(dǎo)向下的“網(wǎng)絡(luò)課程+辦公平臺(tái)線上交流”SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂新模式。

2 線上綜合實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)

通信原理課程是一門與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密的課程，實(shí)驗(yàn)部分是課程教學(xué)的重要組成部分，旨在進(jìn)一步提煉理論和聯(lián)系應(yīng)用， 加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。 課程實(shí)驗(yàn)分為3 個(gè)層次：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。 在以往的線下教學(xué)過(guò)程中，學(xué)員可以依托大學(xué)的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 完成豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 但是此次疫情的出現(xiàn)，使得課程組對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“上線”展開了全新的設(shè)計(jì),部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告如圖4 所示。

圖4 部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

該類實(shí)驗(yàn)是對(duì)課程當(dāng)中每個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證，如AM 調(diào)制、AMI 編碼規(guī)則、2DPSK 差分相干解調(diào)、ΔM 編碼等。該類實(shí)驗(yàn)對(duì)理解課程內(nèi)容十分重要，但實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，學(xué)員通過(guò)直觀觀察即可驗(yàn)證教材上的理論。 教員隨作業(yè)布置， 要求學(xué)員利用MATLAB、Simulink 等相關(guān)軟件自行實(shí)現(xiàn)。

2.2 綜合性實(shí)驗(yàn)

該類實(shí)驗(yàn)是對(duì)多個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用，考察學(xué)員知識(shí)串聯(lián)、綜合運(yùn)用的能力。 課程組教員專門設(shè)計(jì)的多個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)了若干章知識(shí)內(nèi)容，例如：實(shí)驗(yàn)二2FSK 的解調(diào)實(shí)驗(yàn)， 要求學(xué)員編程實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)、添加噪聲模擬信道傳輸、分析不同信噪比下的抗噪聲性能、 分析不同信噪比條件下的信道容量等，涵蓋了教材上第4、6、7 章的信道容量、 調(diào)制解調(diào)、門限效應(yīng)、誤碼率性能等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。 學(xué)員利用翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)間交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.3 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

該類實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)而設(shè)，主要面向?qū)W有余力的學(xué)員，作為附加加分項(xiàng)。 選取課程當(dāng)中的開放性內(nèi)容，由學(xué)生自由探索，例如：除了教材上的方法外MSK 還有那些非相干解調(diào)方法？ 有哪些提升性能的手段？ 要求學(xué)員從原理論證、方案設(shè)計(jì)和模擬仿真幾個(gè)環(huán)節(jié)著手，既培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，又鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和動(dòng)手實(shí)踐的能力。這一部分實(shí)驗(yàn)往往會(huì)展現(xiàn)學(xué)員創(chuàng)新思維的閃光點(diǎn)， 如2015 級(jí)學(xué)員王鵬改進(jìn)傳統(tǒng)1 bit 差分相干解調(diào)算法獲得了接近理論極限的好結(jié)果， 課程組教員指導(dǎo)其總結(jié)成果形成論文，獲得了同行專家的認(rèn)可，已被發(fā)表在《通信學(xué)報(bào)》上，并被EI 檢索。

3 在線作業(yè)考核新探索

為了掌握學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況，以及是否達(dá)到進(jìn)入下一模塊學(xué)習(xí)的要求，有必要通過(guò)作業(yè)考核等形式檢驗(yàn)知識(shí)牢固度和學(xué)習(xí)效果。課程組教員依照課程重難點(diǎn)布置課后作業(yè)或設(shè)計(jì)單元測(cè)試題作為考核。線上測(cè)試體現(xiàn)了傳統(tǒng)紙質(zhì)測(cè)試不可替代的優(yōu)勢(shì)。

3.1 橫跨時(shí)空，考核靈活

學(xué)生在線考核不受時(shí)空限制，具有更大的自由度和靈活性，隨時(shí)隨地在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下即可完成。 圖5 為手機(jī)提交作業(yè)的界面， 學(xué)員可采用手寫拍照、計(jì)算機(jī)仿真等多種形式提交，教員在后臺(tái)能及時(shí)查閱學(xué)員提交的作業(yè)并進(jìn)行批改。 從實(shí)際操作結(jié)果來(lái)看，相比于傳統(tǒng)課堂教學(xué)條件， 學(xué)員能夠完成一些難度更大、綜合性更強(qiáng)的大作業(yè)，這實(shí)際上得益于學(xué)員居家隔離時(shí)間上的自由度以及具備大塊、 集中的學(xué)習(xí)時(shí)間，這也對(duì)后續(xù)課程開展有所啟示。

圖5 手機(jī)提交作業(yè)界面

3.2 反饋及時(shí)，適時(shí)調(diào)整

學(xué)員的考試內(nèi)容直接提交到服務(wù)器后，服務(wù)器程序?qū)荚噧?nèi)容客觀題部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、判別、匯總、統(tǒng)計(jì)等處理后，立即以頁(yè)面、電郵等方式對(duì)考試結(jié)果進(jìn)行反饋，如圖6 所示。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，及時(shí)地反饋有助于學(xué)員了解自己的優(yōu)缺點(diǎn)， 以便更快地調(diào)整學(xué)習(xí)策略、方法和進(jìn)度等。 而且，各題答題用時(shí)、準(zhǔn)確率、未提交名單等信息教員一目了然，也可以幫助教員把握學(xué)員的掌握情況。

3.3 易于儲(chǔ)存，查詢方便

傳統(tǒng)測(cè)試的大量紙質(zhì)文檔難于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，而在線測(cè)試結(jié)果是數(shù)字化的，可以很方便地在線或離線保存。 方便學(xué)員、教員進(jìn)行學(xué)習(xí)成果對(duì)照，如前測(cè)、后測(cè)對(duì)照，知識(shí)點(diǎn)遺忘對(duì)照等，甚至可以根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果生成各種報(bào)告或圖表， 直觀地反映學(xué)生學(xué)習(xí)變化的趨勢(shì)。從而為教師或?qū)W生制訂教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)策略提供了依據(jù)。

圖6 網(wǎng)絡(luò)提交、批改作業(yè)

3.4 結(jié)果保密，保護(hù)自尊

因?yàn)閷W(xué)生是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立考核，用時(shí)、結(jié)果只有自己和老師知道，并對(duì)其他人保密。 消除了部分學(xué)員在常規(guī)考場(chǎng)的緊張心理對(duì)考核結(jié)果的影響，避免了遇到害怕答錯(cuò)而不敢作答的障礙。

4 結(jié)語(yǔ)

面臨疫情，為響應(yīng)教育部“停課不停教、不停學(xué)”的號(hào)令， 針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)不能照搬上線的實(shí)際問(wèn)題，課程組提出了以教學(xué)效果為導(dǎo)向的SPOC 翻轉(zhuǎn)課堂新模式，給出了線上綜合實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)并開展了在線作業(yè)考核新探索，形成了新的錄播微課與直播授課結(jié)合、線上交流與線下考核結(jié)合的混合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)教學(xué)質(zhì)量的過(guò)程控制與考核達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。 實(shí)踐結(jié)果表明，新方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升了參與度，取得了很好的教學(xué)效果。