一流專業(yè)建設背景下的通信原理多方位教學改革實踐

張健 劉燕 肖慶高

[摘 要]從國家級一流本科專業(yè)建設及其支撐點“金課”建設目標出發(fā)，為了提升通信原理教學質量與效果，首先根據(jù)該課程的特點，從教學大綱、課程內(nèi)容、考核方式三個方面，詳細分析了目前教學過程中存在的問題，再結合國家級一流本科專業(yè)建設目標，提出通信原理課程教學改革的具體方案。通過重編教學大綱、改革授課內(nèi)容、調整教學模式、加強教學手段和以賽代課等方面的探索，充分發(fā)掘信息媒介與實體教學相融合的教學手段，按需實施分層教學，開發(fā)學生自我學習能力，引導學生自主完成課外學科實踐與競賽。與此同時，強化思政元素的融入，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。實踐證明，教學創(chuàng)新取得了一定成果。

[關鍵詞]一流本科專業(yè)建設 通信原理 教學改革 教學大綱

基金項目：西安明德理工學院2020年度教育教學改革重點項目（項目編號：JG2020ZD01）。

引 言

西安明德理工學院連年持續(xù)推進專業(yè)建設并優(yōu)化改進，于2021年成功獲批國家級一流專業(yè)建設點通信工程專業(yè)，同時還有四個專業(yè)成為省級一流本科專業(yè)建設點，取得一定的階段性成果。

一流本科專業(yè)建設離不開人才培養(yǎng)質量的持續(xù)提升，改革與創(chuàng)新課堂教學就成為很好的切入點。我校通信工程專業(yè)正處于緊張的三年專業(yè)建設改革時期，對于國家級一流專業(yè)遴選（建設）基本指標中關于專業(yè)綜合改革部分，學校還要著重加強專業(yè)課教育理念更新，努力進行五類“金課”的打造與建設，推動課堂革命與創(chuàng)新。所以如何在當下緊張的一流本科專業(yè)建設期內(nèi)推進以通信原理為代表的專業(yè)課一流“金課”建設，是我校目前最重要的課題之一。

課程教學以往存在的問題

通信原理屬于承上啟下的專業(yè)核心課程，自身內(nèi)容多、邏輯強而難度大，且要求學生扎實掌握先修課程基礎知識，又是相關專業(yè)碩士研究生入學初試或復試必考課程之一，讓師生在傳統(tǒng)的教學方式中處于一種既想教好學好卻又不易教好學好的狀態(tài)，造成這種雙輸結果的主要原因有以下幾點：

第一，學生對于先修課程的掌握水平不同也就導致對本課程接受能力不一，而老版教學大綱忽略了此點，一味強調內(nèi)容完整統(tǒng)一，不能較好地將具體知識點跟畢業(yè)要求能力指標點緊密聯(lián)系，致使教學目標不夠清晰。

第二，課程課時減少而內(nèi)容日新月異。當前日益豐富的信息媒介與推陳出新的教學手段以及還時間于學生的呼聲，導致大部分課程課時被壓縮，通信原理也是如此。要想與時俱進地革新教學內(nèi)容與手段，就必須思考如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新應用思維的新時代人才。

第三，考核方式多以期末閉卷理論筆試為主，不能合理地多方位刺激學生進行課堂以外的實踐競賽活動，不能科學體現(xiàn)學生學習的過程，更談不上知識、能力與素質的高度契合。

第四，缺乏課程思政內(nèi)容，不能很好地將教書育人融入課程教學中。當前一流本科專業(yè)建設強調學校培養(yǎng)的人才應當服務于社會經(jīng)濟以及區(qū)域經(jīng)濟，必須把握行業(yè)發(fā)展前沿趨勢，且應具有家國情懷和大國工匠精神。因此，就需要強化一流本科專業(yè)建設的發(fā)展思維，對通信原理的課堂教學進行多方位改革，將專業(yè)知識與思政教育大力結合，提升課堂教學效果。

基于工程教育理念重新制定教學大綱

目前我校通信工程專業(yè)處于一流專業(yè)建設時期，如何順利通過教育部組織開展的專業(yè)認證，改革制定課程教學大綱就是其中至關重要的一環(huán)。

基于工程教育專業(yè)認證的先進教育理念，我校將以新形態(tài)新方法推進課堂革命，將教學目標與畢業(yè)要求相互對應。針對工程教育專業(yè)認證中的12條規(guī)范，課程內(nèi)容應包含工程知識、問題分析、開發(fā)設計、研究應用和使用現(xiàn)代工具5個方面，學校依據(jù)此規(guī)范制定了5個課程目標，內(nèi)容如下：

課程目標1：掌握通信的基本概念、高斯白信道與多徑隨參信道的特點、模擬調制方法和數(shù)字調制基本原理，同時要掌握信源編碼原理、數(shù)字基帶傳輸原理、多種復用技術系統(tǒng)原理、信道編碼基本原理和同步原理。

課程目標2：熟悉信道模型的建模方法，掌握多種調制模型，理解通信系統(tǒng)的組成，并能夠根據(jù)輸入信號解得輸出信號，能夠對通信系統(tǒng)的用戶質量與系統(tǒng)性能進行綜合分析。

課程目標3：能根據(jù)設計要求及指標進行具體的通信系統(tǒng)計算，運用綜合專業(yè)知識對整個系統(tǒng)的信源編譯碼、調制解調、信道編譯碼模型進行合理設計，并能夠仿真調試所設計的系統(tǒng)模型。

課程目標4：掌握通信工程系統(tǒng)模型中關鍵問題的研究分析方法，例如軟硬件結合仿真運算所設計的通信系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進行科學分析研究，得出合理結論。

課程目標5：面對復雜通信工程系統(tǒng)問題，有能力合理選擇現(xiàn)代化工程工具和信息化技術工具，設計并仿真復雜通信工程系統(tǒng)問題，并能意識到其局限性。熟悉通信專業(yè)領域與5G相關的國際技術標準和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

將以上課程目標分別對應專業(yè)培養(yǎng)方案中的畢業(yè)要求，以明確教學大綱中課程教學的目標，并進一步支撐完成培養(yǎng)方案的畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標。在大綱中明確給出教學內(nèi)容與課程教學目標的對應關系，指導教師完成備課內(nèi)容并達到大綱要求。例如教學章節(jié)內(nèi)容，既要給出課程目標要求，又需明確應達到支撐哪些目標的要求。大綱還給出了課程教學目標評價框架，明確了各項課程需要通過哪些方面考核，如表1所示，以此衡量以上課程教學內(nèi)容是否恰當?shù)赝瓿闪私虒W目標，支撐了培養(yǎng)方案中的畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標。

最后在大綱中明確要求課程成績的比例構成，充分體現(xiàn)教學實施各階段的成果考核。課程最終成績包括2個部分，分別是理論成績和實驗成績。其中理論課成績由平時成績和結課考試成績構成，實驗課成績單獨給出。具體要求及成績評定方法如下：

1.理論課成績

理論課成績由平時成績和閉卷筆試成績構成，其中平時成績由線上平臺統(tǒng)計，分別為考勤（10%）、課程視頻資源（15%）、課內(nèi)任務提交（15%）、課堂討論（10%）、章節(jié)作業(yè)（30%）和章節(jié)測驗（20%），閉卷筆試以卷面成績?yōu)闇?，最后按比例合成理論課最終成績。

2.實驗課成績

實驗成績獨立計算，具體成績由實驗室老師給出。未完成實驗、未按時提交實驗報告、實驗過程或報告存在抄襲的，該次實驗成績記0。

依據(jù)課程大綱提出多方位教學改革方案并積極實踐

依據(jù)以上新版課程大綱，通過梳理并豐富教學內(nèi)容和資源，調整教學模式，豐富教學手段，結合課堂仿真驅動不斷滲透工程概念，進行多元化考核。根據(jù)電子信息類專業(yè)課程設置及特點，充分挖掘信息媒介與實體教學相融合的教學方法，按需求實施分層教學，提高學生自主學習能力，引導學生自主進行課外學科實踐與競賽。教學的同時積極融入思政元素，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。

1.提升課程高階性與創(chuàng)新性

通信原理課程內(nèi)容理論性強，涉及大量的數(shù)學公式，還有較多的波形圖，因此，信號與系統(tǒng)和高等數(shù)學兩門課的基礎要打牢。我校學生自身的數(shù)理基礎一般，學生在學習通信原理的時候跟不上，容易產(chǎn)生畏難情緒。提出以下三點建議：

第一，改變單一的知識教學，將提高解決問題的能力融入課程教學設計，以提升思維能力為目標，不設標準答案。我校的辦學定位是培養(yǎng)應用型人才，大部分學生畢業(yè)后不會從事理論研究工作，而是從事具體實踐工作，所以授課時要突出最基本的分析方法。另一部分有考研深造意愿的學生，可以額外提供合理的教學資源，以達到全面照顧，分層分類教學。

第二，緊跟社會與時代通信信息技術發(fā)展，利用專家報告或專題課堂為學生引入新技術內(nèi)容，比如，我國自主研發(fā)的北斗導航技術、5G+等，拓展學生專業(yè)視野，更加明確行業(yè)需求要點。

第三，合理利用仿真技術，給學生提供軟件仿真平臺，直接設置參數(shù)與觀察波形，亦可以編寫程序，把抽象的理論知識直觀地展現(xiàn)出來，使學生全面了解系統(tǒng)構成。

2.調整教學模式

以往的教學方法一般是板書結合課件授課，優(yōu)點是大部分學生容易跟上進度，缺點是授課速度較慢且不能兼顧接受能力不同的學生的需求，對于波形圖演示的講解，授課效率明顯較低。學科知識點抽象復雜，學生被動式學習，部分學生無法跟上教師的授課節(jié)奏，因此應將課堂轉變?yōu)榫€上線下結合的自主學習模式。

第一，將線上與線下教學手段、學習資源融合，通信原理涵蓋的知識量很大，需要回顧的知識點多，在面臨課時量壓縮的情況下，充分利用現(xiàn)代化信息手段，將課程內(nèi)容及其先修關聯(lián)內(nèi)容整理成線上資源，設計教學環(huán)節(jié)讓學生自主查閱預習和復習，完成一定的學習任務并提出相應思考，以達到課堂學習模式的轉變。

第二，選用張會生教授編寫的《通信原理（第二版）》教材，著重從“重視系統(tǒng)性”“突出應用性”和“體現(xiàn)先進性”合理設計過程性教學環(huán)節(jié)，形成不同結論?？梢髮W生以辯論的形式給出各自依據(jù)，得出錯誤結論的同學會反思錯誤的原因，更正后印象會更加深刻，而回答正確的學生也會加深對原理的理解。

第三，配合實驗課程的設置，設計并布置合理的仿真實踐課外學習任務，從而達到理論與實踐相結合的目的。

3.豐富教學方法，結合課堂仿真驅動，不斷滲透工程理念，提升課程挑戰(zhàn)度

第一，課程內(nèi)容多且復雜，學生在學習過程中不易建立起框架式立體思維，教師可利用思維導圖（圖1），為學生構建知識網(wǎng)提供支架，極大地提升他們的創(chuàng)造性系統(tǒng)思維，有助于學生有效而系統(tǒng)地管理和理解信息。

第二，充分利用校企合作實踐平臺或MATLAB等軟件工具提高課程內(nèi)容挑戰(zhàn)度，組織學生在課堂上利用軟件工具對學科競賽或項目需求中的通信系統(tǒng)進行抽象建模軟仿和結論分析，一方面合理提升課程創(chuàng)新挑戰(zhàn)度，另一方面也可以讓學生著手對通信系統(tǒng)原理有更直觀的認識和理解，結合信息媒介與實際操作擺脫時空局限，隨時隨地學習答疑，也為實驗課打下了堅實的基礎。例如模擬通信系統(tǒng)教學，我校使用校企合作平臺仿真界面，在理論課堂進行（圖2）動態(tài)演示，可變更參數(shù)，多方位比較模擬通信系統(tǒng)各個調制方式的區(qū)別，課下布置仿真任務，提高學生的課程參與度。

第三，加強課賽結合的力度，將以“大唐杯”為代表的專業(yè)學科競賽內(nèi)容與課程內(nèi)容相結合，力求把行業(yè)企業(yè)前沿技術動態(tài)引進基礎課堂，以賽代課，不斷為學生滲透工程理念，以達成相應教學目標。

4.多元化考核辦法

借助線上平臺的輔助統(tǒng)計，如平時任務的表現(xiàn)、專題討論的回答情況、小論文提交和小視頻答辯等，大大提升學生的課程參與度，同時也客觀記錄了學習過程中相關內(nèi)容的評價結果。平時表現(xiàn)與考試結果相結合的評價制度既可以激發(fā)學生學習的自主性，也能讓教師較好掌握學生的學習情況。此外若學生參加競賽，可按照獲獎情況酌情獎勵加分。

5.加強校企合作

通過跨區(qū)域多單位聯(lián)合的省級虛擬教研室，強化產(chǎn)學研聯(lián)用和校企合作落地，行業(yè)專業(yè)資源及師資共建共享，提高了授課教師的科研能力、工程實踐能力和創(chuàng)新教學能力。

依托學校通信工程國家級一流專業(yè)建設虛擬教研室，定期組織各形態(tài)教研活動，引入校外教學力量，開展多方位教師專業(yè)培訓。一方面組織開展常態(tài)化培訓，發(fā)揮國家級教學團隊、教學名師的示范引領作用，推廣成熟有效的人才培養(yǎng)模式、課程實施方案等；另一方面階段性開展專題培訓，發(fā)揮行業(yè)企業(yè)專家的技術優(yōu)勢，推進教師業(yè)務能力更新及“雙師型”教學模式發(fā)展。

最后在教學的同時積極融入思政元素，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。高校教育的根本任務是立德樹人，在培養(yǎng)學生的過程中，想要保證價值塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授三位一體共同發(fā)展，關鍵核心是課程思政。課程教學引入國家領先的通信技術，如我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，還有當下熱門的5G移動通信與其周邊融合技術等。不但要在此類行業(yè)技術分析中體現(xiàn)工程應用，如北斗導航電文等與課程相關的內(nèi)容，同時還要加強對行業(yè)先鋒砥礪奮進、開拓創(chuàng)新等優(yōu)秀精神品質的學習，實現(xiàn)專業(yè)課全過程立德樹人。

結 語

以通信原理課程為例進行教學改革與實踐，梳理好的教學經(jīng)驗以及存在的問題，整合并開發(fā)線上線下多方位資源，同時結合課題式教學、學生競賽活動等內(nèi)容，對本校通信工程與電子信息工程專業(yè)2017級與2018級學生進行為期兩年的教學改革，獲得了一定改革成效：堅持合理分層分類教學，規(guī)劃設計媒體教學環(huán)節(jié)，引入全新教學手段，融入課程思政內(nèi)容，開發(fā)全過程課程評價模式。在以“金課”為標準提升本課程改革建設的同時，也將對通信工程專業(yè)建設國家級一流本科專業(yè)提供有力支撐。

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（張健、劉燕、肖慶高：西安明德理工學院）