新工科背景下基于OBE理念《通信原理》課程教學改革

張正言 黃煒嘉 凌 霖 蘇胤杰 解志斌 王 彪

(江蘇科技大學海洋學院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

一、引言

為主動應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，教育部自2017年以來積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等一系列指導性文件，推動高等工科教育進入一個新的發(fā)展階段[1]。新工科建設一方面要建立和發(fā)展一批新型、新生、新興的工科專業(yè)，另一方面要改革傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有實踐能力強、創(chuàng)新能力突出的高素質(zhì)復合型人才[2]。成果導向教育(Outcome Based Education，OBE)作為一種先進的教育理念，強調(diào)教學模式要以學生為中心，以成果為導向并持續(xù)改進，該理念有助于改進高等工程教育的人才培養(yǎng)模式，推動工程教育專業(yè)的課程教學改革。

《通信原理》是電子信息類專業(yè)的一門必修的專業(yè)主干課程，要求學生掌握各種通信系統(tǒng)的基本概念與原理、關鍵技術與分析方法，為后續(xù)的專業(yè)課程學習和未來從事的職業(yè)打下基礎[3]。目前，《通信原理》課程教學主要存在以下幾個方面的不足：一是信息通信領域新技術的發(fā)展日新月異，而教材的內(nèi)容與實際通信理論與技術的發(fā)展相脫節(jié)，不能引起學生對課程的重視和學習興趣；二是課堂教學主要以集中講授為主，缺乏師生、生生之間的互動交流，不能激發(fā)學生學習的主觀能動性；三是課程實驗主要以驗證性為主，缺乏與課程相關的實踐環(huán)節(jié)，不利于培養(yǎng)學生的工程意識和實踐創(chuàng)新能力；四是在課程的考核中，往往通過期末的閉卷考試來評定，方式較為單一，缺乏過程性評價，不利于培養(yǎng)學生分析和解決復雜工程問題的能力。

基于此，在新工科背景下，基于OBE理念對《通信原理》課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學手段以及教學評價等方面進行改革探索與實踐，以期激發(fā)學生的學習興趣，提升教學質(zhì)量，滿足電子通信等行業(yè)對人才的需求。

二、課程的改革與實踐

1.重塑課程的教學目標

教學目標是教學活動的出發(fā)點和歸宿，既是教學活動的導向，也是評價教學效果的尺度。因此，教學目標在整個教學過程中有著非常重要的作用。

以工程教育專業(yè)認證的OBE理念為指導，依據(jù)學校的人才培養(yǎng)方案，根據(jù)畢業(yè)要求和相對應的指標點，對《通信原理》課程的教學目標進行重塑，具體目標如下：

(1)通信基礎知識方面

熟悉通信的基本概念，理解信息及其度量，熟悉基本的通信系統(tǒng)模型與主要性能指標，理解隨機過程及其基本性質(zhì)，理解信道的數(shù)學模型以及信道容量，能應用信息論和隨機過程的基本性質(zhì)對通信系統(tǒng)性能進行分析與計算。

(2)模擬通信方面

熟悉模擬通信系統(tǒng)線性和非線性調(diào)制解調(diào)的基本概念，理解模擬幅度調(diào)制、角度調(diào)制的基本原理，能構建模擬通信系統(tǒng)的數(shù)學分析模型，并運用對信號進行時域和頻域分析的數(shù)學方法，計算和比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)性能。

(3)數(shù)字通信方面

理解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)、模擬信號的數(shù)字傳輸、數(shù)字信號最佳接收的基本原理，能正確比較二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能，能構建數(shù)字通信系統(tǒng)模型，并具備分析與計算典型數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸性能的能力。

2.重組課程的教學內(nèi)容

為了解決通信原理教學內(nèi)容繁多，課時相對不足的問題，必須對教學內(nèi)容進行重組，對課程的主要知識點進行有效的梳理，化繁為簡，提煉通信原理的基礎知識和核心概念，精簡先修課程的相關知識，弱化一些不重要的數(shù)學公式的推導，加深學生對于知識點所對應的物理意義的理解。同時，增加現(xiàn)代先進通信技術的介紹。將教材中確知信號的相關內(nèi)容制作微課，供學生在課余時間自主復習，用以節(jié)約課時，提高教學效率；增加對課程相關的前沿技術、研究熱點、創(chuàng)新應用的介紹，如5G關鍵技術、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、量子通信、激光通信等，使學生能夠了解通信行業(yè)的背景和最新進展，拓寬自身知識面的同時，激發(fā)學生的學習興趣。

3.強化工程實踐環(huán)節(jié)

為使課程的教學適應新工科背景，新增了通信系統(tǒng)課程設計，學生通過團隊形式完成地面無線給定的設計項目，如數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)仿真等，使學生加深對課程中調(diào)制、解調(diào)、編碼、解碼等核心理論的理解，加強學生的團隊協(xié)作的精神，培養(yǎng)學生處理復雜工程問題的能力，強化分析和設計通信系統(tǒng)的能力。同時，通過與通信技術相關的畢業(yè)設計、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、專業(yè)實習等實踐環(huán)節(jié)，進一步培養(yǎng)學生的工程意識和實踐能力。此外，加強與企業(yè)的合作，實現(xiàn)產(chǎn)教融合，協(xié)同育人。

4.優(yōu)化教學方法，豐富教學手段

優(yōu)化教學方法、豐富教學手段可以切實提高教學質(zhì)量。在教學過程中，要以學生為中心，要讓學生由被動接收知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹骄恐R，建立教師與學生，學生與學生之間的交流機制，調(diào)動學生的學習積極性，啟發(fā)學生的思維，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。

(1)采用“線上”+“線下”的混合式教學

混合式教學是將在線教學與課堂教學相結合的一種教學方式，有助于學生由淺表學習過渡到深度學習[4]。通信原理課程知識點較多，而線下課堂的教學學時有限，利用混合式教學能夠有效的改善和緩解這一問題。

課程利用超星學習通，打造立體化的教學資源，并不斷優(yōu)化教學方法。如，在講解低通取樣定理時，由于這部分內(nèi)容學生在《信號與系統(tǒng)》課程中已經(jīng)學習過，此時就可以讓學生在課前通過線上的微課進行復習，在課堂中組織學生來講解相關原理，從而實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，活躍課堂氛圍，提高學生的主觀能動性，加強課堂中師生的互動交流；在講到OFDM技術時，事先在學習通上布置相關文獻資料的研讀，在課堂中就OFDM在5G通信技術中的演進與學生進行深入的研討，從而拓展到6G通信技術的展望，激發(fā)學生對新知識、新技術的好奇心。此外，借助學習通的隨堂練習功能，教師在課前準備好相關知識點的練習，主要以選擇題、是非題為主，在課堂講解完相應知識點后，發(fā)布隨堂練習，以便及時了解學生對知識點的理解和掌握程度，從而提高課堂的教學效果；在學習通布置相應的課后作業(yè)時，還可采用學生之間互評作業(yè)的模式，使學生真正參與到教學過程中，充分調(diào)動學生的積極性。

(2)板書、PPT課件和仿真平臺相結合

通信原理課程理論性較強，有些重要的理論公式推導必不可少。此時，如果采用傳統(tǒng)板書會占用較多時間，影響教學效率，而全部采用PPT課件，對于學生來說猶如走馬觀花，導致教學效果不佳[5]。因此，教師需要針對不同的教學內(nèi)容有機的融合多種教學手段，提高課堂的教學質(zhì)量。又如，重要公式中關鍵步驟的推導、常用的定理與結論適用于傳統(tǒng)板書，有利于學生跟隨教師的思路，促進學生對相關知識的理解與消化，而諸如信號的波形、系統(tǒng)的框圖等則利用PPT課件呈現(xiàn)，增強學生的感觀認識。再如，在講解奈奎斯特第一準則時，通過PPT動畫展示信號的“切割、平移、疊加”過程，加深學生對其物理意義的理解，從而起到事半功倍的效果。此外，還可借助于MATLAB、SystemView等仿真平臺直觀的展示不同參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，如數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中誤碼率與信噪比的關系，采樣頻率對信號頻譜混疊的影響等。

(3)融入課程思政元素

課程思政的根本目的在于“立德樹人”。通過思政課，增強學生對專業(yè)的熱愛，提升創(chuàng)新意識，重視美學素養(yǎng)，從而全面提高學生的綜合素養(yǎng)，踐行社會主義核心價值觀。本課程堅持以育人為目的，在教學內(nèi)容的重組過程中，設計了相關知識點所對應的思政元素，盡可能使思政做到“潤物細無聲”，避免生搬硬套。在介紹當代通信技術的發(fā)展部分，借助我國華為公司的5G技術，增強學生的國家認同感和民族自豪感；在介紹模擬信號數(shù)字化傳輸部分，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片受到西方國家的管控，引出芯片“卡脖子”問題，從而增強學生的使命感，激發(fā)愛國主義情懷等。

5.完善考核方式，構建多元化的課程評價體系

在課程考核方面，注重整個學習過程的考核。通過學生課堂討論情況、課后作業(yè)、隨堂練習、期中考試和期末考試進行綜合評定，期末考試盡量減少死記硬背的客觀題型，加大學生對解決復雜工程問題能力的考查。

在教學評價方面，遵循OBE理念所強調(diào)以學生為中心，以產(chǎn)出為導向并持續(xù)改進原則，構建多元化的課程評價體系，在教學過程中的每個環(huán)節(jié)都設置相應的評價與反饋，從而使得整個課程體系形成閉環(huán)，進而讓教師和學生得以雙向的持續(xù)改進。具體評價體系包括：

第一，準備性評價：在教學初期進行先修課程掌握程度的問卷調(diào)查，用以評估學生已有的知識水平和能力，以便于教師針對不同的教學班級及時調(diào)整相應的教學計劃；

第二，形成性評價：在教學過程中學生對于每一個具體的課程目標是否達成進行的自我評價，同時對教學過程中存在的問題進行及時反饋，進一步提高“教”與“學”的質(zhì)量；

第三，總結性評價：在教學過程后期，教師對學生能否達成課程目標的總體情況進行分析與評價，為今后課程體系的修訂與完善提供指導。

除此以外，學校的評估處對教師的教學過程進行全程監(jiān)督指導，通過學生評教、教學文檔資料檢查等對教師進行教學業(yè)績考核，從而進一步提高教學質(zhì)量。

三、教學改革成效

課程組從學校18級電子信息工程專業(yè)本科生的通信原理教學班開始進行課程的改革試點，目前已收到顯著成效，具體表現(xiàn)在：激發(fā)了學生學習的主動性和積極性，課程的目標達成度達到0.83，同比提高了近3%，課程考核也獲得了學校A等級；提高了學生參加各類競賽的參與度，參加省級和校級的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的學生比例超過40%，進一步提高學生的工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)力度；通過校企合作，畢業(yè)設計中將近25%的課題來自于企業(yè)的實際需求，使學生近距離的接觸和參與實際工程項目，在走出校園之前就能提前感知企業(yè)文化。與此同時，通過課程改革，對于教師的教學觀念也發(fā)生了改變，以學生為中心，以學生最終能夠獲得相應的能力為出發(fā)點，將工程應用中的先進理念、先進技術與教學內(nèi)容相結合，與時俱進，教學相長并持續(xù)改進。

四、結語

在新工科背景下，基于OBE理念，開展了《通信原理》課程的教學改革與探索，從教學目標、教學內(nèi)容、教學方法與手段以及教學評價體系等方面進行改革實踐，使教學模式從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心，使學生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生主動探究知識，取得了較好的教學效果，教學質(zhì)量顯著提升，同時，進一步提高了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。