基于CDIO的《通信原理》教學(xué)模式改革研究

童艷 馮嵩 張麗麗

摘要：為解決《通信原理》課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在問(wèn)題，提高課堂教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效率，該文基于CDIO工程教育理念，提出了適合本校通信工程專業(yè)的教學(xué)模式。該模式將課程內(nèi)容分為3個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一種通信系統(tǒng)，讓學(xué)生以小組為單位用Simulink軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)的仿真和性能分析。這種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和小組形式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：通信原理 ? CDIO ? 教學(xué)模式Simulink

中圖分類號(hào)：G642 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

Research on the Teaching Mode Reform of Communication Principle Based on CDIO

TONG Yan FENG SongZHANG Lili

（Shenyang Institute of Urban Construction， Shenyang，Liaoning Province， 110167 ?China）

Abstract：In order to solve the problems existing in the traditional teaching mode of communication principle course and improve the classroom teaching effect and students' learning efficiency， based on the CDIO Engineering Education Concept， this paper puts forward a teaching mode suitable for the major of communication engineering in our university. In this mode， the course content is divided into three projects. Each project corresponds to a communication system. Students can use Simulink software to realize the simulation and performance analysis of the communication system corresponding to the project in groups. This project driven and group form improves students' interest in learning， cultivates their sense of teamwork， and exercises students' practical ability and ability to solve practical engineering problems.

KeyWords：Communication principle; CDIO; Teaching mode; Simulink

《通信原理》課程是筆者學(xué)校通信工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，要求學(xué)生能掌握通信的基本概念和基本技術(shù)，熟悉通信系統(tǒng)組成，會(huì)分析通信系統(tǒng)性能，能發(fā)現(xiàn)分析和解決通信工程中遇到的一般問(wèn)題，它是后續(xù)很多專業(yè)課的基礎(chǔ)，在通信工程專業(yè)中占據(jù)很重要的地位。

筆者在《通信原理》的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題?！锻ㄐ旁怼氛n程理論性很強(qiáng)，概念較抽象，學(xué)生不易理解，而目前課堂教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)比較枯燥，興趣不大，學(xué)習(xí)效率低，課堂效果較差。該門課共72課時(shí)，其中有64課時(shí)的理論和8課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，學(xué)生的動(dòng)手能力得不到充分的鍛煉和提高，理論內(nèi)容也不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行充分的驗(yàn)證和及時(shí)地消化。目前，這門課的講授完全按照教材的編排順序，沒(méi)有內(nèi)容上的整體考慮和把握，也沒(méi)有給學(xué)生安排具體的任務(wù)，只是偶爾有一些互動(dòng)，課后留一些作業(yè)，學(xué)生學(xué)習(xí)目的不強(qiáng)，積極性不大。另外，當(dāng)前該門課在成績(jī)考核上均以學(xué)生個(gè)人為單位進(jìn)行考核，培養(yǎng)不了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，而團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是學(xué)生走向工作崗位后的基本要求。以上這些問(wèn)題大大降低了課堂效果，因此《通信原理》課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式亟待改革。

1改革現(xiàn)狀

目前，已有不少教師針對(duì)《通信原理》課程進(jìn)行了教學(xué)改革，比如基于OBE理念、基于CDIO、理實(shí)一體化、課程思政、線上線下混合、基于虛擬仿真的教學(xué)改革等，為了進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效果，幾種改革模式可以結(jié)合使用。該文探索適合應(yīng)用型本科院校的有效方法，在基于CDIO理念的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬仿真、線上線下混合式教學(xué)來(lái)對(duì)《通信原理》課程教學(xué)模式進(jìn)行改革。

前人已對(duì)基于CDIO和虛擬仿真的《通信原理》教學(xué)改革做了一些研究，比如趙娟等人[1]以項(xiàng)目式教學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)CDIO模式《通信原理》教學(xué)進(jìn)行了研究，包括課程內(nèi)容和課程體系、課程實(shí)驗(yàn)、考評(píng)方式、教學(xué)方法與手段、校企合作;徐東輝等人[2]基于課程項(xiàng)目將教學(xué)內(nèi)容分為四大模塊，并利用7個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與理論內(nèi)容相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力;李茜等人[3]利用LabVIEW的模塊化設(shè)計(jì)思想開(kāi)發(fā)通信原理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)，并將平臺(tái)用于教學(xué)演示和學(xué)生學(xué)習(xí)，節(jié)省硬件設(shè)備成本，有效提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力;周敏[4]以SystemView為仿真平臺(tái)將課程設(shè)計(jì)分為6個(gè)實(shí)驗(yàn)和1個(gè)綜合項(xiàng)目，來(lái)服務(wù)于理論內(nèi)容，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力;龔主前[5]提出了以項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)為載體，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目教材、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)和信息化教學(xué)、加強(qiáng)“雙師型”建設(shè)、開(kāi)啟開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革思路，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力;紀(jì)藝娟等人[6]采用LabVIEW進(jìn)行通信原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，并結(jié)合USRP無(wú)線電收發(fā)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交互式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了課堂效率和學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

由以上教學(xué)改革研究與實(shí)踐可知，CDIO理念貫穿產(chǎn)品的整個(gè)周期，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目式教學(xué)為載體，因此該文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)，對(duì)《通信原理》進(jìn)行基于CDIO的項(xiàng)目式教學(xué)改革研究與實(shí)踐，包括課程內(nèi)容的選擇及總結(jié)、課程項(xiàng)目及任務(wù)的劃分、教學(xué)進(jìn)度安排、考核方法的制定等，以期提高課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 基于CDIO的教學(xué)模式改革

CDIO工程教育理念以項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)為載體，因此針對(duì)《通信原理》CDIO的教學(xué)模式改革，就需要首先將課程內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化和任務(wù)劃分，用項(xiàng)目和任務(wù)的完成來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理論內(nèi)容，達(dá)到事半功倍的效果。

2.1 課程內(nèi)容總結(jié)

要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化和任務(wù)劃分，首先要明確該門課程需要學(xué)生掌握哪些內(nèi)容。通過(guò)對(duì)教材及相關(guān)參考書(shū)籍內(nèi)容總結(jié)得到，《通信原理》需要學(xué)生掌握的主要內(nèi)容包括了通信的基礎(chǔ)知識(shí)（包括通信的基本概念、通信系統(tǒng)模型、通信系統(tǒng)分類、通信方式、信息度量、通信系統(tǒng)性能指標(biāo)、信道分類、信道模型及對(duì)信號(hào)影響、信道噪聲、信道容量）、模擬通信系統(tǒng)組成及各部分功能技術(shù)原理和系統(tǒng)性能、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)組成及各部分功能技術(shù)原理和系統(tǒng)性能、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)組成及各部分功能技術(shù)原理和系統(tǒng)性能這四大知識(shí)模塊，其中通信的基礎(chǔ)知識(shí)是其他三大知識(shí)模塊的基礎(chǔ)，因?yàn)閿?shù)字帶通傳輸系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)用得最為廣泛的通信系統(tǒng)，所以數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容是重中之重，其教學(xué)學(xué)習(xí)和學(xué)時(shí)安排會(huì)相對(duì)側(cè)重。

2.2 項(xiàng)目確定

由以上對(duì)課程內(nèi)容的總結(jié)以及各知識(shí)模塊的關(guān)系，《通信原理》課程內(nèi)容可以被劃分為3個(gè)任務(wù)，即模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，通信基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)為這三大任務(wù)奠定基礎(chǔ)?？紤]到軟件仿真的便利性和易操作性以及Simulink模塊建模的優(yōu)勢(shì)，三大任務(wù)可以用3個(gè)項(xiàng)目去實(shí)現(xiàn)，即基于Simulink的模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的仿真和性能分析。根據(jù)各項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的組成及技術(shù)，又可將各項(xiàng)目分為多個(gè)子項(xiàng)目，《通信原理》課程內(nèi)容具體項(xiàng)目劃分如圖1所示。

2.3 項(xiàng)目具體實(shí)施

該專業(yè)《通信原理》課程共72學(xué)時(shí)，其中有64課時(shí)的理論和8課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，圖1所示的項(xiàng)目在理論課時(shí)完成，實(shí)驗(yàn)課時(shí)則在實(shí)驗(yàn)室用實(shí)驗(yàn)箱完成。根據(jù)課程內(nèi)容、項(xiàng)目劃分及側(cè)重點(diǎn)，理論64課時(shí)分配如下：課程介紹2課時(shí)，通信基礎(chǔ)知識(shí)12課時(shí)，項(xiàng)目一14課時(shí)（其中子項(xiàng)目1、2、3、4各4、2、2、4課時(shí)，其他內(nèi)容2課時(shí)），項(xiàng)目二8課時(shí)（其中子項(xiàng)目1、2各2、4課時(shí)，其他內(nèi)容2課時(shí)），項(xiàng)目三24課時(shí)（其中子項(xiàng)目1、2、3各6、4、10課時(shí)，其他內(nèi)容4課時(shí)），期末總復(fù)習(xí)4課時(shí)。

為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，《通信原理》課程教學(xué)中可以將學(xué)生分為多個(gè)小組，以小組為單位來(lái)完成圖1所示的各項(xiàng)目。筆者將該文實(shí)施方案具體應(yīng)用到了本校通信工程專業(yè)2019級(jí)學(xué)生的《通信原理》課程中，該專業(yè)2019級(jí)學(xué)生共83人，共分為14個(gè)小組，先由學(xué)生自薦出14位小組組長(zhǎng)，然后由這些組長(zhǎng)來(lái)自由組隊(duì)，規(guī)定每組6人（有一組5人）。

教師在理論課堂結(jié)合Simulink仿真講授通信基礎(chǔ)知識(shí)和三個(gè)大項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的理論內(nèi)容，為了讓學(xué)生提前對(duì)通信系統(tǒng)有所認(rèn)識(shí)和了解，在課程開(kāi)始前給學(xué)生布置一次通信系統(tǒng)調(diào)研的作業(yè)，要求對(duì)某一種通信系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，內(nèi)容包括通信系統(tǒng)介紹、通信系統(tǒng)組成及各部分功能、通信系統(tǒng)特點(diǎn)及具體應(yīng)用等，學(xué)生以小組為單位來(lái)完成此次作業(yè)，每組組長(zhǎng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)以調(diào)研報(bào)告形式將作業(yè)上傳至學(xué)習(xí)通中。教師在講授3個(gè)大項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的理論內(nèi)容前，都會(huì)將每個(gè)大項(xiàng)目布置成一次作業(yè)，其中基于Simulink的模擬通信系統(tǒng)的仿真和性能分析要求學(xué)生完成AM、DSB、SSB、FM四種模擬調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理描述及Simulink仿真分析及性能對(duì)比，基于Simulink的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真和性能分析要求學(xué)生在Simulink中完成數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各組成部分的功能及技術(shù)原理描述、建模及仿真并實(shí)現(xiàn)眼圖和計(jì)算出誤碼率，基于Simulink的數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的仿真和性能分析要求在Simulink中學(xué)生完成數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)各組成部分的功能及技術(shù)原理描述、建模及仿真并計(jì)算誤碼率，并且對(duì)2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四種數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行對(duì)比。

綜上，該門課共有四次作業(yè)，每次作業(yè)以小組為單位來(lái)完成，作業(yè)形式是基于Simulink的仿真分析報(bào)告，后3次作業(yè)分別對(duì)應(yīng)3個(gè)大項(xiàng)目，并規(guī)定在每個(gè)大項(xiàng)目對(duì)應(yīng)理論內(nèi)容講授完以后將作業(yè)以小組為單位提交到學(xué)習(xí)通。在作業(yè)的完成過(guò)程中由組長(zhǎng)來(lái)組織組員進(jìn)行分工及協(xié)作，各組組員需要相互配合來(lái)完成各項(xiàng)項(xiàng)目和任務(wù)對(duì)應(yīng)的作業(yè)，這樣學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論內(nèi)容邊完成項(xiàng)目作業(yè)，以作業(yè)為任務(wù)驅(qū)動(dòng)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在做任務(wù)的過(guò)程中及時(shí)消化理論知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率，并培養(yǎng)了動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

2.4 考核方法制定

基于CDIO的教學(xué)模式在具體實(shí)施過(guò)程中，就需要制定相應(yīng)的考核方法來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的考評(píng)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和教學(xué)效果。筆者在具體教學(xué)中，將課程成績(jī)分成了平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試試卷成績(jī)?nèi)蟛糠?，分別占總成績(jī)的35%、5%、60%，其中為了突出過(guò)程考核，平時(shí)成績(jī)比以往占比多了10%，期末考試試卷成績(jī)比以往占比少了10%。平時(shí)成績(jī)又分為出勤、課堂表現(xiàn)、測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、職務(wù)四項(xiàng)，其中出勤、課堂表現(xiàn)、測(cè)驗(yàn)、作業(yè)分別占平時(shí)成績(jī)的20%、20%、20%、40%，作業(yè)由于是以小組為單位來(lái)完成，且與課程項(xiàng)目有關(guān)，因此作業(yè)比重也比以往要多。平時(shí)成績(jī)中的職務(wù)一項(xiàng)屬于加分項(xiàng)，滿分15分，職務(wù)有教學(xué)秘書(shū)、助教、小組組長(zhǎng)，這些職務(wù)的加分分別由教師、所有學(xué)生、小組成員來(lái)給出。實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)實(shí)驗(yàn)出勤情況、實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)情況給分，共4次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)最終成績(jī)?nèi)?次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均分。

3 結(jié)語(yǔ)

《通信原理》課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在諸多問(wèn)題，需要對(duì)該門課做出教學(xué)改革。該文對(duì)目前已有的針對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)改革進(jìn)行了調(diào)研，借鑒前人經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位和該門課程特點(diǎn)，提出了適合本專業(yè)《通信原理》課程的基于CDIO理念的教學(xué)模式。該模式以項(xiàng)目為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，將學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的課程內(nèi)容劃分為三大項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目下又細(xì)分為多個(gè)子項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目用Simulink軟件仿真實(shí)現(xiàn)，并以小組作業(yè)的形式布置，以小組為單位將作業(yè)成果上傳至學(xué)習(xí)通。該教學(xué)模式已用于該專業(yè)2019級(jí)學(xué)生的《通信原理》課程中，實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)更有動(dòng)力了，課堂效果也提高了，通過(guò)完成項(xiàng)目學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解得更透徹了，同時(shí)在組長(zhǎng)的組織協(xié)調(diào)下，小組成員相互協(xié)作共同完成項(xiàng)目，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)得到了提高，動(dòng)手操作能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力得到了培養(yǎng)。為了讓課程項(xiàng)目更加可視化和實(shí)際化，今后筆者會(huì)繼續(xù)進(jìn)行該門課程軟件仿真平臺(tái)和硬件系統(tǒng)的研究，來(lái)不斷完善CDIO課程教學(xué)模式。

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