“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程線上教學(xué)探索

翟夢(mèng)琳， 賈逢德， 張光林， 陸小辰， 郁進(jìn)明

(東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 上海 201620)

“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”是我校(東華大學(xué))通信工程、電子信息工程專業(yè)的一門實(shí)踐教學(xué)必修課，其教學(xué)目的是通過(guò)實(shí)踐過(guò)程，使學(xué)生掌握現(xiàn)代通信電路及通信原理的重要概念、基本理論，提高學(xué)生電路設(shè)計(jì)及分析能力。長(zhǎng)期以來(lái)，“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”采用線下多媒體實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)演練為主，輔以教師講解理論。然而，2020年初面對(duì)突如其來(lái)的新冠疫情，教育部有關(guān)文件要求，高校實(shí)行“停課不停學(xué)”的教育方針[1-2]。為此，需重新選擇教學(xué)模式，設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程[3]。我們借助信息化手段，依托實(shí)驗(yàn)工坊、超星、微信等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[4]，開展線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索[5-6]，對(duì)推進(jìn)“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程教學(xué)改革具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的困境

隨著“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”從線下轉(zhuǎn)到線上，教學(xué)條件、方法、理念都發(fā)生了顯著變化，對(duì)教師也提出了諸多挑戰(zhàn)。

1. 線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

借助信息化手段，搭建線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K代替實(shí)際電路結(jié)構(gòu)，模擬電路功能，讓學(xué)生驗(yàn)證通信系統(tǒng)的重要原理，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的訓(xùn)練。

2. 線上教學(xué)課時(shí)有限

“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程包含8個(gè)通信電路實(shí)驗(yàn)和8個(gè)通信原理實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容繁多，課時(shí)有限，共計(jì)40學(xué)時(shí)，僅靠課上的學(xué)時(shí)無(wú)法滿足教學(xué)需要，需探索更高效的教學(xué)方案。

3. 線上教學(xué)效果保障

線上教學(xué)師生不能面對(duì)面交流，缺乏課堂學(xué)習(xí)氛圍。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有效監(jiān)管學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，確保教學(xué)效果，值得探討。

4. 線上教學(xué)條件限制

線上教學(xué)受到諸多條件的限制，如網(wǎng)絡(luò)擁堵、硬件故障等，如何順利開展線上教學(xué)值得研究。

5. 考核評(píng)價(jià)方式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)大多采用對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)分的模式，但是單一的評(píng)價(jià)方式無(wú)法真實(shí)反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，因此必須采用多元化評(píng)價(jià)方式。

二、“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程的教學(xué)改革

我們借助實(shí)驗(yàn)工坊、超星、微信等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程教學(xué)從課堂擴(kuò)展到課前、課中和課后三個(gè)階段，開展線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索。

圖1 “通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”課程線上教學(xué)方案

1. 課前

(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以加深學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)重要概念及理論的理解，為日后工程設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)，使理論與實(shí)踐兩者緊密結(jié)合。比如ASK調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)，不但要求學(xué)生熟練掌握ASK、調(diào)制與非相干解調(diào)的基本概念和原理，而且要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)電路模塊，驗(yàn)證ASK調(diào)制解調(diào)原理。教師在課前通過(guò)實(shí)驗(yàn)工坊和微信群等線上平臺(tái)發(fā)布實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)涉及的重要概念及基本理論，了解實(shí)驗(yàn)儀器使用方法。

(2)實(shí)驗(yàn)部署。為了讓學(xué)生得到無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵功能模塊的訓(xùn)練，并掌握重要原理、相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選取具有代表性的實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)，設(shè)置功能模塊，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，完善實(shí)驗(yàn)步驟，完成線上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)服務(wù)器的容納人數(shù)有限制，為了保證學(xué)生能順暢地進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)，我們將150名學(xué)生分成5大組，再分成3人1小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課前將分組情況通過(guò)微信平臺(tái)發(fā)布，通知學(xué)生。

(3)實(shí)驗(yàn)監(jiān)督。為了監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，課前5分鐘，教師在超星平臺(tái)上發(fā)布課程簽到任務(wù)。超星平臺(tái)可以非常方便地統(tǒng)計(jì)簽到人數(shù)及簽到時(shí)間，對(duì)于未及時(shí)簽到的學(xué)生通過(guò)微信平臺(tái)提醒。這對(duì)于150人的大班來(lái)說(shuō)，可有效節(jié)省點(diǎn)名時(shí)間，對(duì)學(xué)生也起到了一定的督促作用。

2. 課中

(1)實(shí)驗(yàn)演示。課中，教師首先結(jié)合通信電路、通信原理等理論知識(shí)講解相應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書介紹實(shí)驗(yàn)中需用到的器材及實(shí)驗(yàn)步驟等，最后在實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的問(wèn)題。

(2)實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生根據(jù)教師的講授內(nèi)容開展小組討論，明確實(shí)驗(yàn)分工，結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和分工任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)上進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)。以抽樣定理實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)任務(wù)主要有：抽樣信號(hào)觀測(cè)及抽樣定理驗(yàn)證、濾波器幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響和濾波器相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。3人小組首先在實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)上添加虛擬通信電路設(shè)備，并進(jìn)行線路連接(如圖2所示)，然后利用示波器進(jìn)行信號(hào)波形輸入輸出顯示，最后根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)任務(wù)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)波形，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3)實(shí)驗(yàn)互動(dòng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題后，首先進(jìn)行組內(nèi)討論，組內(nèi)無(wú)法解決時(shí)，及時(shí)在微信群內(nèi)提問(wèn)，教師在群內(nèi)在線實(shí)時(shí)解答。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、波形匯總，完成課堂實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)在線提交。

3. 課后

(1)實(shí)驗(yàn)思考。教師批閱學(xué)生提交的課堂實(shí)驗(yàn)報(bào)告，將發(fā)現(xiàn)的共性問(wèn)題發(fā)布在微信群內(nèi)。實(shí)驗(yàn)操作掌握不到位的學(xué)生可以向教師申請(qǐng)補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)學(xué)生申請(qǐng)情況定時(shí)分批開放實(shí)驗(yàn)工坊平臺(tái)。學(xué)生根據(jù)課中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解答實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的思考題，并寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。思考題有助于學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方法，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和通信理論的理解。

(2)實(shí)驗(yàn)拓展。對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作較熟練的學(xué)生，可添加課后附加實(shí)驗(yàn)，附加實(shí)驗(yàn)不分組操作，每個(gè)學(xué)生獨(dú)自完成。比如，將時(shí)分復(fù)用與解復(fù)用作為附加實(shí)驗(yàn)，150名學(xué)生中有94名選做了該附加實(shí)驗(yàn)，占63%。其中，有26名學(xué)生完成了附加實(shí)驗(yàn)的所有內(nèi)容，占總?cè)藬?shù)的17%。附加實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生的探索興趣，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為具有探索欲望的學(xué)生提供一個(gè)成績(jī)提升空間，以便拉開組內(nèi)3人的成績(jī)差距。

圖2 實(shí)驗(yàn)電路圖

(3)實(shí)驗(yàn)考核。本課程采用多元化考核方式，課程成績(jī)由三部分組成：出勤(占15%)、課堂實(shí)驗(yàn)報(bào)告(占15%)、最終實(shí)驗(yàn)報(bào)告(占70%，含附加實(shí)驗(yàn)5%)。多元化的考核方式可以更加真實(shí)地反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度?？己私Y(jié)果表明，我校2017級(jí)通信工程和電子信息工程專業(yè)學(xué)生的平均成績(jī)達(dá)到83分，較上一級(jí)學(xué)生有一定提高。

三、結(jié)語(yǔ)

“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”是“通信原理”“通信電子電路”課程的延伸，可以加深學(xué)生對(duì)通信知識(shí)的理解，提高動(dòng)手操作能力。本文提出的在課前、課中及課后三個(gè)階段利用實(shí)驗(yàn)工坊、超星及微信平臺(tái)相結(jié)合開展線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，解決了疫情給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)的困擾，提高了教學(xué)效果。在后疫情時(shí)代，線上教學(xué)模式仍然有很多線下教學(xué)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，我們將進(jìn)一步研究線上、線下相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，積極開展教學(xué)改革，提高課程教學(xué)效率和質(zhì)量。