新工科背景下通信原理課程教學(xué)改革

楊 娜 葉晶晶

（黔南民族師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 貴州·黔南 558000）

0 引言

教育部發(fā)布的《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》及《新工科建設(shè)指南》中對(duì)工科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)提出新的任務(wù)，“強(qiáng)化工程人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，完善工科人才‘創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)’教育體系，以創(chuàng)新引領(lǐng)創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)業(yè)帶動(dòng)就業(yè)”。在“新工科”背景下，全國(guó)各高校都在大力推進(jìn)新工科建設(shè)，現(xiàn)有的工科專業(yè)課程都將面臨一場(chǎng)深刻的變革。

《通信原理》是電子信息類專業(yè)的一門重要的核心課程，在碩士研究生考試中也占有很大比例。它以高等數(shù)學(xué)、概率論、隨機(jī)過程、信號(hào)與系統(tǒng)等前期所學(xué)課程為基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)光纖通信、移動(dòng)通信等后續(xù)課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)有重要影響。本門課程的特點(diǎn)是內(nèi)容涉及面比較廣，概念理解復(fù)雜，對(duì)理論的理解需要大量的公式推導(dǎo)作為基礎(chǔ)，因此老師授課過程中采用板書或者多媒體方式講解起來較困難，學(xué)生需要大量的前期數(shù)學(xué)知識(shí)作為基礎(chǔ)，學(xué)生稍有知識(shí)短板就很難繼續(xù)推導(dǎo)，因此學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較枯燥，積極性差，教學(xué)效果不佳。作為工科專業(yè)的專業(yè)核心課程的通信原理，就需要在授課過程當(dāng)中作出改革與創(chuàng)新，以適應(yīng)新工科要求。

1 通信原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前通信原理課程的教學(xué)一般包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)兩部分。目前大部分高校的理論教學(xué)部分主要是對(duì)通信系統(tǒng)介紹、模擬調(diào)制系統(tǒng)、模擬信號(hào)數(shù)字化、基帶數(shù)字信號(hào)的表示和傳輸、基本的數(shù)字調(diào)整系統(tǒng)。所講授的內(nèi)容大多以正弦波、二進(jìn)制碼為例作為介紹基本原理。講授過程大多采用板書+PPT形式。

通信原理實(shí)驗(yàn)一般是實(shí)驗(yàn)箱完成硬件實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，通過實(shí)驗(yàn)箱完成相應(yīng)連線，通過示波器或頻譜儀觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 通信原理課程教學(xué)中存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容滯后

目前大部分高?！锻ㄐ旁怼分饕獌?nèi)容是傳統(tǒng)的模擬通信，數(shù)字通信等，盡管出現(xiàn)多個(gè)改進(jìn)的版本教材，但仍有如下不足。沒有結(jié)合5G/6G的關(guān)鍵復(fù)用技術(shù)，傳統(tǒng)正交接入導(dǎo)致有限頻譜資源利用率不足。目前本科教學(xué)階段的通信原理中講解的技術(shù)是比較基礎(chǔ)的知識(shí)，但是沒有關(guān)注通信中遇到的一些通信瓶頸問題。

2.2 教學(xué)方式無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通信原理課程涉及公式推導(dǎo)多而且繁雜。求解過程更是涉及高等數(shù)字、概率論、隨機(jī)過程、信號(hào)與系統(tǒng)的多門課程知識(shí)的融合。一般就是教師講授，學(xué)生聽課，因此在講授過程中老師講解起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)生聽起來枯燥無味，學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性差，教學(xué)效果不佳。

2.3 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的局限

受困于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通信原理實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所有的電路通過模塊集成封裝在實(shí)驗(yàn)箱中，不需要進(jìn)行任何設(shè)計(jì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只需要按照實(shí)驗(yàn)步驟依葫蘆畫瓢進(jìn)行接線。學(xué)習(xí)積極性無法得到充分調(diào)動(dòng)，極大地限制了學(xué)生發(fā)散思維和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培訓(xùn)，不能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)及思考的能力。

由于電子產(chǎn)品的特殊性（對(duì)溫度、電壓、器件老化程度等），在實(shí)施驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)，常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或無實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或是在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)學(xué)生無法觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的意義，造成學(xué)生做了實(shí)驗(yàn)，但并不知道到底做的什么實(shí)驗(yàn)，或?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象的緣由并不清楚，實(shí)驗(yàn)原理無法掌握。而對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)來說，由于受教學(xué)設(shè)備的制約，常常不能開設(shè)或開設(shè)少。并且傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱維護(hù)周期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴，實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法激發(fā)學(xué)生探索和求知欲。

3 通信原理課程改革措施

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

為了提升教育體系建設(shè)的完整性和針對(duì)性，應(yīng)該指派相關(guān)老師到企業(yè)或生產(chǎn)服務(wù)一線實(shí)踐。通過了解企業(yè)各崗位的用人標(biāo)準(zhǔn)、技能要求、管理流程，掌握《通信原理》涉及專業(yè)的具體知識(shí)、實(shí)踐復(fù)雜點(diǎn)等進(jìn)行整合，完善整個(gè)通信原理教學(xué)體系。引入最新通信技術(shù)知識(shí)，結(jié)合5G/6G應(yīng)用場(chǎng)景在教學(xué)內(nèi)容中的相應(yīng)知識(shí)做出補(bǔ)充。

3.2 教學(xué)方法改革

3.2.1 仿真軟件的運(yùn)用

Simulink是美國(guó)Mathworks軟件公司為Matlab提供的基于Windows環(huán)境的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具。將該軟件應(yīng)用于通信原理教學(xué)中運(yùn)用軟件仿真方式驗(yàn)證課本上復(fù)雜的公示推導(dǎo)過程，使得復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化，理論原理可視化，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的學(xué)習(xí)理解掌握更加容易。

Simulink軟件具有可視化交互式的建模和仿真環(huán)境，只需正確搭建電路圖，點(diǎn)擊“運(yùn)行”即可在波形上觀察到結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)箱借助示波器觀察實(shí)際輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，將兩者進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生對(duì)理論原理更能理解和掌握。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生可以參與設(shè)計(jì)具體化，自行設(shè)計(jì)仿真模型，學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到充分發(fā)揮。仿真電路圖并不唯一，學(xué)生的思維得到拓展，通過運(yùn)行可對(duì)各模塊參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整和修改，在這個(gè)過程中學(xué)生對(duì)理論原理理解更深，其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和分析能力也得到提高。

3.2.2 學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

目前高校學(xué)生基本都是00后，他們的思維活躍，機(jī)不離手。上課過程中已不再局限于認(rèn)真的聽老師講課，可能會(huì)根據(jù)問題自己手機(jī)搜索想要的知識(shí)?；蛘呤且蚬酵茖?dǎo)枯燥而埋頭沉迷于手機(jī)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，老師為了吸引學(xué)生的注意力，會(huì)不停的強(qiáng)調(diào)課堂紀(jì)律來管束學(xué)生。如何讓學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)，需要老師通過研究學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，用學(xué)生感興趣的學(xué)習(xí)方式去吸引學(xué)生。

“超星學(xué)習(xí)通”平臺(tái)將簽到、投票、搶答、主題討論、測(cè)驗(yàn)、問卷、直播、投屏等等功能進(jìn)行融合，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氛圍，任何學(xué)生都可以用它來學(xué)習(xí)充電、查閱資料、共享海量資源，教師可以用它來輔助上課。在學(xué)習(xí)通中，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，如利用主題討論、測(cè)驗(yàn)、問卷等形式考查與新課相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，問題提出后，學(xué)生可查閱資料發(fā)表觀點(diǎn)，可以對(duì)已學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)然學(xué)生也可向教師請(qǐng)教。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不需要擔(dān)心面對(duì)面的緊張，反而更加從容，又能有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，從而帶著問題進(jìn)入課堂。授課過程中，對(duì)于核心知識(shí)點(diǎn)，需要深刻理解的內(nèi)容，可以適時(shí)引入搶答、討論、投票、問卷投屏等環(huán)節(jié)，隨時(shí)活躍課堂氣氛，增加了學(xué)生參與度，同時(shí)對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)打分，學(xué)生可隨時(shí)了解自己的積分，更加有學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

4 小結(jié)

通信原理課程作為新工科認(rèn)證中的核心課程，需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，動(dòng)手能力。只有致力于研究學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，了解目前的社會(huì)需求，跟進(jìn)時(shí)代進(jìn)步的需要，改變現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，才能夠有效的提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，滿足各高校的新工科建設(shè)的迫切要求。