《通信原理》課程教學(xué)改革探討

張春梅，劉澤良

（1.空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西 西安；2.九江學(xué)院 電子工程學(xué)院，江西 九江）

伴隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，我國正在向智能化社會(huì)轉(zhuǎn)變，而通信是智能化社會(huì)的核心成員，《通信原理》課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式需要密切跟蹤時(shí)代的步伐，以新工科的教學(xué)理念培養(yǎng)、塑造未來人才，以滿足國家對通信專業(yè)方面人才的需求。

《通信原理》是一門承上啟下的課程。承上：它的前置課程比較多，比如《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字信號(hào)分析》《概率論》《線性代數(shù)》《隨機(jī)信號(hào)分析》《電路分析》等課程，知識(shí)面廣，綜合程度高。啟下：為后續(xù)課程《現(xiàn)代DSP技術(shù)》《光纖通信》《現(xiàn)代交換技術(shù)》《計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)》《通信網(wǎng)絡(luò)》等奠定良好的、扎實(shí)的地基?？偠灾锻ㄐ旁怼氛n程是從基礎(chǔ)過渡到專業(yè)、理論過渡到應(yīng)用的橋梁和紐帶，對學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[1]。

通過對《通信原理》的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握通信的基本方法和基本應(yīng)用；熟悉模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成以及各組成部分的功能；熟練掌握通信系統(tǒng)性能分析方法以及提高系統(tǒng)性能的措施，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

《通信原理》課程涉及的專業(yè)課程比較多，尤其是《隨機(jī)過程》這一章節(jié)內(nèi)容，本身作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)就是學(xué)生“頭疼”的課程，在《通信原理》課程中占據(jù)4~6課時(shí)，理論授課課時(shí)不能占用太多，否則通信原理部分內(nèi)容課時(shí)不夠用，但是如果理論授課課時(shí)太少，又會(huì)影響后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)這一章中分析噪聲的數(shù)字特征還會(huì)用到希爾伯特變換，在此之前，學(xué)生也沒有接觸過希爾伯特變換，此外還會(huì)用到傅里葉變換等等。總之，《通信原理》公式多，推導(dǎo)復(fù)雜并且難于理解，因此出現(xiàn)了一系列問題，比如：學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足，師生缺乏互動(dòng)性等問題，傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式無法適應(yīng)新時(shí)代人才培養(yǎng)的需求，新工科的提出，為《通信原理》課程的教學(xué)改革提供了方向[2]。

論文從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、線上學(xué)習(xí)的具體應(yīng)用、新技術(shù)的引入以及思政與專業(yè)課的結(jié)合方面進(jìn)行了改革實(shí)踐。

一 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

如何調(diào)動(dòng)學(xué)生渴望知識(shí)的興趣呢？如何促進(jìn)老師和學(xué)生的互動(dòng)性呢？如何提升課堂教學(xué)效果呢？如何使學(xué)生摒棄掉老師是照本宣科呢？如何.......？回答是優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，但是如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呢？

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容時(shí)，老師應(yīng)該克服一些自身的和外在的困難：（1）習(xí)慣了以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方式的思維模式，沒有做好教學(xué)改革的思想準(zhǔn)備，導(dǎo)致教學(xué)方法單一、陳舊、落后；（2）教材框架的約束、照本宣科、多媒體課件教材化；（3）忽略學(xué)生在教學(xué)中主觀能動(dòng)性；（4）沒有重視學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)；（5）忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用；（6）課程內(nèi)容沒有跟上時(shí)代步伐，沒有進(jìn)行更新。本文結(jié)合《通信原理》詳細(xì)介紹[3]。

通信原理課程選用的教材是樊昌信和曹麗娜老師編寫的《通信原理》（第7版），該教材共有13章，課程內(nèi)容豐富，理論抽象，如何把知識(shí)講清楚，使學(xué)生理解、掌握并且熟練應(yīng)用是許多通信課程老師探索的目標(biāo)。

學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了《數(shù)字信號(hào)處理》和《隨機(jī)信號(hào)分析》兩門課程，確知信號(hào)（第二章）和隨機(jī)過程（第三章）內(nèi)容與后續(xù)的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（第六章）和數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)（第七章）內(nèi)容緊密相關(guān)，同時(shí)課時(shí)有限，因此將確知信號(hào)和隨機(jī)過程的相關(guān)內(nèi)容融入到第六章和第七章進(jìn)行講解。

模擬調(diào)制系統(tǒng)（第五章）內(nèi)容的線性調(diào)制原理（第一節(jié)）和線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（第二節(jié)）融合在一起，形成4個(gè)模塊：AM模塊、DSB模塊、SSB模塊和VSB模塊，每個(gè)模塊包括原理和抗噪聲性能兩部分內(nèi)容，教師精講前兩個(gè)模塊，后兩個(gè)模塊由學(xué)生分享內(nèi)容、討論[4]。

第六章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)容比較多，數(shù)字基帶信號(hào)和基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型內(nèi)容聯(lián)系比較緊密，適合組合在一起進(jìn)行學(xué)習(xí)。頻譜特性涉及到隨機(jī)信號(hào)分析和數(shù)字信號(hào)處理兩門課的知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容難度系數(shù)比較大，可以進(jìn)行一次專題授課。數(shù)字基帶信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_和無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性內(nèi)容組合在一起，基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能這部分內(nèi)容留到第九章數(shù)字信號(hào)的最佳接收內(nèi)容學(xué)習(xí)后，由學(xué)生通過多媒體演示、分享、討論這部分內(nèi)容。眼圖（第六節(jié)）和部分響應(yīng)和時(shí)域均衡（第七節(jié)）內(nèi)容組合在一起。

數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)這部分內(nèi)容也要進(jìn)行重組。將調(diào)制原理和抗噪聲性能形成一個(gè)整體，按照ASK模塊、FSK模塊、PSK模塊、DPSK模塊、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制模塊進(jìn)行教學(xué)，教師精講前兩個(gè)模塊，后兩個(gè)模塊和前兩個(gè)模塊的分析方法類似，教師主要講解其中的差別，具體實(shí)現(xiàn)方法、完成方式留做大作業(yè)，學(xué)生利用課余實(shí)踐或者自習(xí)時(shí)間完成，可以充分利用學(xué)堂在線、中國大學(xué)慕課、百度文庫、知網(wǎng)、維普、萬方等資源查閱資源，進(jìn)而提高學(xué)生獨(dú)立分析問題的能力[5]。

教學(xué)不能完全按照教材的框架進(jìn)行教學(xué)，但是也要注意通過教學(xué)內(nèi)容重組，并不是簡單地將教學(xué)內(nèi)容拆分、機(jī)械性地組合在一起，而是要以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向、緊貼實(shí)際應(yīng)用、結(jié)合科研，把相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起，重組時(shí)不限于本章知識(shí)點(diǎn)，可以跨越章節(jié)之間、甚至是專業(yè)課之間，摒棄了照本宣科，突破了教材體系，使學(xué)生不再有“我們是按照課本講的，我隨時(shí)可以自學(xué)”的想法，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的濃厚興趣，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效果。

二 線上學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師為中心，板書為主，后來進(jìn)入到多媒體教學(xué)方式，但是總的來說，都是以教師為中心的教學(xué)方式，各大高校、老師探索的翻轉(zhuǎn)式課堂、對分課堂、雨課堂等實(shí)際上都可以歸為探索以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，也就是以學(xué)生為中心的教學(xué)方式。近幾年探索線上教學(xué)、線下教學(xué)、線上與線下混合教學(xué)方式的教師越來越多，希望在教學(xué)效果方面有所突破，經(jīng)過幾期學(xué)生的實(shí)踐，《通信原理》與“網(wǎng)絡(luò)+教育”的結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有了明顯的提升。

確知信號(hào)（第二章）內(nèi)容屬于《數(shù)字信號(hào)處理》課程理論范疇，這部分內(nèi)容作為一門獨(dú)立的專業(yè)基礎(chǔ)課需要40~60學(xué)時(shí)，隨機(jī)過程（第三章）內(nèi)容屬于《隨機(jī)信號(hào)分析》課程理論范疇，一般課時(shí)是30~40，而《通信原理》課程是40~60學(xué)時(shí)，因此，老師無法給這兩章內(nèi)容分大量的課時(shí)。《數(shù)字信號(hào)處理》和于《隨機(jī)信號(hào)分析》這兩門課是《通信原理》的先修課程，如果考慮已經(jīng)修過，直接進(jìn)入到《通信原理》的教學(xué)中，學(xué)生后面章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)就會(huì)受阻。因?yàn)椤稊?shù)字信號(hào)處理》《隨機(jī)信號(hào)分析》和《通信原理》屬于同學(xué)期的課程，學(xué)生剛學(xué)完沒多久，還沒有完全消化、理解所有的知識(shí)點(diǎn)，突然之間要把這兩門課程應(yīng)用到《通信原理》中，對學(xué)生的挑戰(zhàn)性偏大，另外學(xué)生之間的差別也比較大，因此探索好的教學(xué)方法至關(guān)重要。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的日臻成熟，為“網(wǎng)絡(luò)+教育”的教學(xué)模式提供了開放的空間。2013年，香港科技大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)等高校開展網(wǎng)絡(luò)課程，這意味著進(jìn)入了中國教育教學(xué)領(lǐng)域。從2013年到2019年，經(jīng)過六年的發(fā)展，我國已有1.25萬門慕課，學(xué)習(xí)人數(shù)超過2億。這種教學(xué)模式打破教與學(xué)的時(shí)空界限，進(jìn)而改變了課堂教學(xué)方式。MOOC的發(fā)展與成熟解決了《通信原理》學(xué)時(shí)不夠和內(nèi)容多的矛盾[6]。

根據(jù)《數(shù)字信號(hào)處理》和《隨機(jī)信號(hào)分析》的實(shí)際情況，所以第二章和第三章內(nèi)容采用線上模式進(jìn)行學(xué)習(xí)。目前我國的在線教學(xué)平臺(tái)比較多，教學(xué)資源都非常豐富，學(xué)生可以自由選擇平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。我們推薦的平臺(tái)是中國大學(xué)mooc平臺(tái)，推薦的《隨機(jī)信號(hào)分析》課程是北京理工大學(xué)宋承天老師主講的《隨機(jī)信號(hào)分析》，跟《通信原理》第三章隨機(jī)過程的內(nèi)容比較匹配；推薦的《數(shù)字信號(hào)處理》課程是電子科技大學(xué)朱學(xué)勇等老師主講的《數(shù)字信號(hào)處理》。

《通信原理》開課前，教師每周通過微信群或者微信公眾號(hào)下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生利用自習(xí)、課外時(shí)間完成老師布置的任務(wù)，在獨(dú)立學(xué)習(xí)過程中，可能會(huì)和許多難點(diǎn)“相遇”，做好記錄，并通過事先建好的微信群在群內(nèi)和老師、同學(xué)一起討論，爭取在《通信原理》開課前，將所有的問題都一一消滅。此外，確知信號(hào)內(nèi)容線上學(xué)習(xí)部分需要在課程開課之前完成。通過線上學(xué)習(xí)對線下教學(xué)的輔助，解決了課程內(nèi)容多、課時(shí)不夠的矛盾，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、思考的能力。

對于其他章節(jié)的內(nèi)容采用對分課堂的形式。把一半的時(shí)間交給老師，由老師講授；一半的時(shí)間交給學(xué)生，以討論方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。對分課堂實(shí)現(xiàn)了講授和討論的分離，對分課堂能夠提升學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決實(shí)際問題的能力；促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成；提高課堂教學(xué)效果[7]。

三 與時(shí)俱進(jìn)，增加新技術(shù)

《通信原理》教材比較多，以基本原理為主，內(nèi)容滯后于日新月異的通信技術(shù)。為了使《通信原理》教學(xué)內(nèi)容不與時(shí)代脫節(jié)，教師需要密切關(guān)注、跟蹤、思考通信新技術(shù)以及國內(nèi)國際一流大學(xué)的先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，把前沿技術(shù)、科研熱點(diǎn)、最新的科技成果融入到課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的求知欲；拓展學(xué)生的知識(shí)面；積極探索將理論與通信的過去、現(xiàn)在、未來發(fā)展聯(lián)系在一起，將理論應(yīng)用于通信工程的實(shí)現(xiàn)方法[8]。

將新技術(shù)融入到《通信原理》中，主要有兩種方式：（1）將新成果合理加入到教學(xué)中，嫦娥五號(hào)任務(wù)最重要的目標(biāo)就是“采樣返回”，這里的“采樣”和信源編碼（第10章）中的采樣是否是一回事，進(jìn)而引入了“鉆取”和“表取”兩種采樣方式，并且進(jìn)行簡要說明，最終將新技術(shù)、新成果融入到教學(xué)中。在信道（第4章）中，介紹信道的分類，特點(diǎn)時(shí)，介紹藍(lán)牙方面的技術(shù)。這種教學(xué)方法會(huì)打破教師長期以來的習(xí)慣的教學(xué)內(nèi)容，對教師的挑戰(zhàn)比較大，需要一段時(shí)間的積累。（2）以新技術(shù)專題講座的方式介紹新概念、新理論。比如：物聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。

四 加入思政環(huán)節(jié)

在第一章緒論介紹古代通信時(shí)，通過視頻展示周幽王烽火戲諸侯的故事，讓學(xué)生體會(huì)先進(jìn)的通信工具，也需要具有雄心抱負(fù)、具有領(lǐng)導(dǎo)才能等的人使用它，才能最大的發(fā)揮其功能；古代的通信工具雖然比較簡陋落后，但是在當(dāng)時(shí)的年代中發(fā)揮了重要的戰(zhàn)略意義，體現(xiàn)了古代人的智慧，并延伸到當(dāng)代通信，使學(xué)生堅(jiān)信自己能夠、有能力服務(wù)社會(huì)；講述蘇武牧羊的故事，學(xué)生討論蘇武牧羊的精神體現(xiàn)，通過討論互動(dòng)，使學(xué)生體會(huì)愛國主義情懷，下定決心為中華民族的騰飛和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展獻(xiàn)出自己的滿腔熱情。通信系統(tǒng)有可靠性、有效性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)，對于可靠性和有效性指標(biāo)，類似于魚和熊掌不可兼得，引入辯證法中的矛盾關(guān)系，不能只關(guān)注一種性能指標(biāo)的提高，防止木桶效應(yīng)，根據(jù)實(shí)際情況，選擇最優(yōu)方案。通信技術(shù)是在線課程強(qiáng)有力的保證，由此引入5G技術(shù)，使學(xué)生感受到通信技術(shù)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，樹立科技報(bào)國的使命感，并為實(shí)現(xiàn)中國夢而努力學(xué)習(xí)。

在第三章隨機(jī)過程介紹各態(tài)歷經(jīng)性時(shí)，引入一般和特殊哲學(xué)關(guān)系。在介紹維納-辛欽定理時(shí)，引入1914年阿爾伯特·愛因斯坦的一份簡短的備忘錄里闡述的想法但并未給出證明，指出機(jī)遇可遇不可求，思想的火花可能一閃而逝[9]。

在第四章信道中，介紹信道的定義、分類時(shí)，引入華人科學(xué)家高錕在光纖通信方面作出的巨大貢獻(xiàn)，介紹光纖打開了人類進(jìn)入光導(dǎo)新紀(jì)元的大門，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感、激發(fā)學(xué)生的使命擔(dān)當(dāng)感。

在第六章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)介紹編碼時(shí)，引入莫爾斯的成長經(jīng)歷。通過莫爾斯的經(jīng)歷告訴學(xué)生：（1）莫爾斯雖然早期是一名畫家，但他憑借著一份興趣，一份執(zhí)著，揭開了人類通信史新的一頁，作為通信專業(yè)的學(xué)生，我們更有實(shí)力去投身到科技興國的建設(shè)中。（2）莫爾斯的成功不是一個(gè)人努力的結(jié)果，使學(xué)生明白團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。（3）有了思想的火花，應(yīng)該想辦法讓它燃燒起來，敢想敢做，付諸實(shí)踐，在歷史的車輪中，就可能會(huì)有你的作品[10]。

五 結(jié)語

論文介紹了《通信原理》教學(xué)中存在的問題，探討了開展通信原理教學(xué)的可行性方法，并在課程的教學(xué)中注入了新理論，同時(shí)挖掘課程中的思政元素，使思政和專業(yè)課密切結(jié)合在一起。