3個(gè)三融合課堂教學(xué)新生態(tài)教學(xué)創(chuàng)新方式探索*

齊國(guó)紅

鄭州西亞斯學(xué)院 鄭州 451150

0 引言

2022年2月18日，河南省教育廳發(fā)布了《河南省教育廳辦公室關(guān)于印發(fā)河南省本科高?！罢n堂教學(xué)質(zhì)量提升年專項(xiàng)行動(dòng)”實(shí)施方案的通知》，文件指出，要深化本科教育教學(xué)改革，發(fā)揮好課堂教學(xué)的人才培養(yǎng)主渠道、主陣地、主戰(zhàn)場(chǎng)作用，切實(shí)提高本科高校課堂教學(xué)質(zhì)量和育人水平。民辦高校作為培養(yǎng)學(xué)生的重要場(chǎng)所之一，在國(guó)家有關(guān)課堂教學(xué)質(zhì)量提升方面發(fā)揮著重要作用，鄭州西亞斯學(xué)院已經(jīng)發(fā)布了有關(guān)“課堂教學(xué)質(zhì)量提升年專項(xiàng)行動(dòng)”實(shí)施方案。

筆者所在學(xué)校通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)類課程，在課程進(jìn)展過(guò)程中，前期講授的是基本通信理論和如何搭建基本模型框圖，后期是利用通信理論知識(shí)構(gòu)建實(shí)際通信系統(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真[1-2]。學(xué)生在前期學(xué)習(xí)通信基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候，對(duì)通信的原理和技術(shù)等相關(guān)知識(shí)理解不透徹，導(dǎo)致其在進(jìn)行通信系統(tǒng)項(xiàng)目構(gòu)建時(shí)，不能搭建正確的模型，尤其是不能正確設(shè)置通信系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)[3-4]。

因此，為了提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握水平，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目的綜合設(shè)計(jì)能力，達(dá)到教學(xué)所要求的知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，課題組提出對(duì)通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革和創(chuàng)新[5]。

1 理論研究和實(shí)踐探索現(xiàn)狀

通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是針對(duì)通信工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)實(shí)踐課程，是以通信原理、移動(dòng)通信原理等基本理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行通信系統(tǒng)模型構(gòu)建。該課程涉及理論較多，學(xué)生普遍反映內(nèi)容抽象、理解難。而通信實(shí)景的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生對(duì)通信相關(guān)原理和通信設(shè)備連接之間的理解，是一種直觀且有效的學(xué)習(xí)方式，但是目前通信實(shí)景實(shí)驗(yàn)中存在如下問(wèn)題。

1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境要求高。實(shí)際通信環(huán)境需要滿足遠(yuǎn)距離通信，且滿足在地形、障礙物和惡劣天氣下信號(hào)的通暢，學(xué)校的通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以滿足實(shí)驗(yàn)所要求的場(chǎng)地環(huán)境。

2）實(shí)驗(yàn)成本高。實(shí)際通信場(chǎng)景需要配備機(jī)房、基站、光纖和網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施，其中機(jī)房需要配備監(jiān)控、天線、空調(diào)和電源等設(shè)備，這些設(shè)備體積較大且價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)成本較高。

3）需要多次大型綜合實(shí)驗(yàn)。通信系統(tǒng)所涉及環(huán)節(jié)較多，需要對(duì)每個(gè)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能保證通信系統(tǒng)的性能，所以需要多次大型的實(shí)驗(yàn)，才能滿足后期真正投入生產(chǎn)和生活使用。

截至目前，學(xué)校還達(dá)不到通信實(shí)景進(jìn)行課堂教學(xué)的條件，因此，為了讓學(xué)生掌握通信知識(shí)，同時(shí)理解整個(gè)通信系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)變化對(duì)性能的影響，借助MATLAB 中虛擬仿真環(huán)境，對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行模型構(gòu)建及仿真。在教學(xué)過(guò)程中，運(yùn)用MATLAB 和Simulink 仿真軟件并結(jié)合實(shí)際通信系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)搭建，模型仿真。但是，由于學(xué)生對(duì)通信理論知識(shí)理解不夠透徹，以致在課堂上進(jìn)行公式推導(dǎo)、模型搭建和編寫(xiě)程序的時(shí)候，學(xué)生整體反映理論抽象、理解難。單一的公式推導(dǎo)、模型框圖構(gòu)建和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，部分學(xué)生表現(xiàn)出厭學(xué)，不積極參與課堂教學(xué)，課后作業(yè)完成度低的問(wèn)題。

為了活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，課題組對(duì)學(xué)校大學(xué)生行為習(xí)慣進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，由于大學(xué)生成長(zhǎng)和學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，部分學(xué)生的行為發(fā)生了如下變化：

1）不遵守班級(jí)規(guī)章制度，無(wú)視組織和紀(jì)律；

2）想通過(guò)其他不正當(dāng)途徑獲取考試通過(guò)；

3）以自我為中心，享受當(dāng)下，沉迷游戲、抖音、朋友圈等虛擬世界；

4）不關(guān)注國(guó)家和民族的命運(yùn)。

這些變化最終導(dǎo)致這部分學(xué)生的世界觀和價(jià)值觀的改變，他們不再想著為明天而奮斗，沒(méi)有對(duì)未來(lái)的追求，不去規(guī)劃自己的學(xué)業(yè)和職業(yè)，不知道今天為誰(shuí)而學(xué)習(xí)，明日為誰(shuí)而奮斗。

接下來(lái)，又針對(duì)大學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況和課堂表現(xiàn)情況進(jìn)行了調(diào)研。在通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于當(dāng)堂所講的理論知識(shí)，有的學(xué)生回答說(shuō)不知道，即使是讓他們通過(guò)手機(jī)等工具搜索，依然是照本宣科，不能理解。一部分學(xué)生愿意回答且回答正確，但即使和同學(xué)商量討論，依然理解不了該理論在實(shí)際中的具體應(yīng)用。有一部分學(xué)生主動(dòng)回答且回答正確，但隨著學(xué)習(xí)難度的加深，學(xué)習(xí)興趣呈下降趨勢(shì)。在課堂教學(xué)中，只有一部分基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，對(duì)通信理論表現(xiàn)出興趣的學(xué)生在認(rèn)真聽(tīng)課，積極參與課堂活動(dòng)，其他學(xué)生在做與課堂無(wú)關(guān)的事情，如圖1所示為學(xué)生課堂表現(xiàn)情況。

圖1 學(xué)生課堂表現(xiàn)情況

圖1 數(shù)據(jù)顯示，只有約17%的學(xué)生在課堂中認(rèn)真學(xué)習(xí)，50%的學(xué)生在玩手機(jī)，剩下的學(xué)生有睡覺(jué)、說(shuō)話和發(fā)呆的，有3%的學(xué)生不能按時(shí)到課堂。針對(duì)此種情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了走訪和課堂談話，結(jié)合學(xué)生的行為習(xí)慣、課堂學(xué)習(xí)情況，課題組總結(jié)出引起以上問(wèn)題的四點(diǎn)原因。

1）學(xué)生的德育途徑不夠廣泛。專業(yè)課教師在課堂上一般重點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)的講授，很少進(jìn)行德育知識(shí)的教育，即使是輔導(dǎo)員和育人導(dǎo)師，也只少量地開(kāi)展思政方面的教育。

2）教學(xué)內(nèi)容單一，理論深度與學(xué)生的基礎(chǔ)不匹配。在以往的課堂教學(xué)中，教師普遍按照教材進(jìn)行理論知識(shí)的分析、公式的推導(dǎo)、作業(yè)的講解，很少將專業(yè)方面的新技術(shù)引入課堂教學(xué)中，這就導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容單一，大部分學(xué)生不知道所學(xué)理論知識(shí)的具體應(yīng)用，也不知道該專業(yè)領(lǐng)域的新技術(shù)，只有極少部分對(duì)專業(yè)感興趣且學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)生，自覺(jué)去查閱一些新技術(shù)，能夠深度理解知識(shí)。

3）教學(xué)方法單調(diào)，不易引起學(xué)生的興趣。傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)是“教師講，學(xué)生聽(tīng)”，教學(xué)活動(dòng)單一，師生互動(dòng)很少，上課氣氛不夠活躍，不能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4）教學(xué)工具不完善。由于近幾年通信行業(yè)的迅速發(fā)展，通信行業(yè)涌現(xiàn)出了很多新技術(shù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不但要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，還要了解通信領(lǐng)域新知識(shí)，傳統(tǒng)的板書(shū)和PPT 不能有效呈現(xiàn)新技術(shù)的特點(diǎn)。因此，亟須尋找新的能夠動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)通信新技術(shù)的教學(xué)工具。

2 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)

為了探索適合該課程教學(xué)改革方法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了梳理，制定了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)教學(xué)大綱，通信領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展以及社會(huì)對(duì)通信人才的需求，將教學(xué)內(nèi)容總結(jié)為三點(diǎn)：1）理解通信系統(tǒng)中的各種調(diào)制和解調(diào)方法；2）掌握通信系統(tǒng)的一般模型；3）構(gòu)建基于MATLAB/Simulink 的通信系統(tǒng)模型，然后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和仿真。之后，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，圍繞立德樹(shù)人根本任務(wù)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排，制定了3 個(gè)教學(xué)目標(biāo)，分別為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，要求學(xué)生知識(shí)上達(dá)到理解各種調(diào)制和解調(diào)方式，掌握通信系統(tǒng)一般模型的目標(biāo)；能力上達(dá)到能夠構(gòu)建基于MATLAB/Simulink 的通信系統(tǒng)模型及仿真的目標(biāo)；價(jià)值上能夠達(dá)到增強(qiáng)自我認(rèn)同感、文化自信和民族使命感的目標(biāo)。

3 教學(xué)創(chuàng)新改革思路和方法

3.1 教學(xué)創(chuàng)新改革思路

通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是建立在通信原理等基礎(chǔ)課程之上的，內(nèi)容涉及通信系統(tǒng)方面?？紤]到大部分學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，以及學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境、真實(shí)課堂表現(xiàn)情況、泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)上自主學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和以往學(xué)生期末考試成績(jī)，在教學(xué)創(chuàng)新改革中，首先，在教學(xué)內(nèi)容上突出實(shí)踐性和先進(jìn)性，并引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為；其次，始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心，圍繞立德樹(shù)人，采用適合學(xué)生特點(diǎn)、教材情況和社會(huì)發(fā)展的教學(xué)方法；最后，在教學(xué)工具上，要突出本課程特點(diǎn)，選擇直觀性和可視化強(qiáng)，容易讓學(xué)生理解的教學(xué)工具。

3.2 教學(xué)創(chuàng)新改革方法

針對(duì)學(xué)校有關(guān)教學(xué)改革和課堂創(chuàng)新的方針政策，學(xué)生的行為習(xí)慣和實(shí)際課堂學(xué)習(xí)情況和課堂表現(xiàn)情況，結(jié)合社會(huì)和學(xué)校對(duì)知識(shí)傳授和思想教育的要求，本文以通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)為例，構(gòu)建“3個(gè)三融合”課堂教學(xué)新生態(tài)，形成以課堂為依托的新生態(tài)教學(xué)模式。第1 個(gè)三融合是指在教學(xué)內(nèi)容方面，選擇新形態(tài)教材、引入領(lǐng)先技術(shù)和融入思政元素三個(gè)方面的融合；第2 個(gè)三融合是指在教學(xué)方法方面，問(wèn)題導(dǎo)入法、翻轉(zhuǎn)課堂法和任務(wù)驅(qū)動(dòng)法三個(gè)方面的融合；第3個(gè)三融合是指在教學(xué)工具方面，泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)、可視化教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真平臺(tái)三個(gè)方面的融合。如圖2所示為3個(gè)三融合課堂教學(xué)新生態(tài)教學(xué)創(chuàng)新方法。

圖2 3個(gè)三融合課堂教學(xué)新生態(tài)教學(xué)創(chuàng)新方法

4 教學(xué)創(chuàng)新方法實(shí)施和教學(xué)效果

4.1 教學(xué)創(chuàng)新方法的實(shí)施

構(gòu)建3個(gè)三融合的課堂教學(xué)新生態(tài)，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)工具三個(gè)方面進(jìn)行課堂教學(xué)創(chuàng)新和改革，具體做法如下。

1）在教學(xué)內(nèi)容方面，通過(guò)選用新形態(tài)教材、引入通信新技術(shù)和融入思政元素相融合，重塑課程教學(xué)內(nèi)容。

①選用新形態(tài)教材。選用含有豐富虛擬仿真實(shí)例、實(shí)際通信應(yīng)用場(chǎng)景的教材，配套可視性仿真及視頻資源。

②融入通信新技術(shù)。將大規(guī)模天線陣列技術(shù)、全頻譜技術(shù)融入課堂，并引入當(dāng)今通信技術(shù)應(yīng)用的一些案例。

③融入思政內(nèi)容。找到專業(yè)知識(shí)與思政元素的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，將思政元素恰當(dāng)融入課堂，以改變學(xué)生身心狀況，端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，自覺(jué)履行社會(huì)責(zé)任，從而提升學(xué)習(xí)興趣和思想覺(jué)悟。

2）結(jié)合新形態(tài)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，采用問(wèn)題導(dǎo)向、翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)相融合的教學(xué)方法。

①問(wèn)題導(dǎo)向法。在上課開(kāi)始，利用5 分鐘時(shí)間通過(guò)身邊的有關(guān)通信系統(tǒng)實(shí)例引入本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)，基于實(shí)例，提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，之后再通過(guò)課堂上的理論分析予以解決。比如在進(jìn)行通信具體過(guò)程的講解中，通過(guò)讓學(xué)生觀看Bilibili 網(wǎng)站的手機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)通話的視頻以及學(xué)生每天通信的過(guò)程，引入通信的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，之后通過(guò)開(kāi)展課堂理論知識(shí)的講解，分析問(wèn)題，最后解決問(wèn)題。

②翻轉(zhuǎn)課堂法。對(duì)于課堂所涉及的實(shí)例，在課堂完成之后，要求學(xué)生課堂現(xiàn)場(chǎng)講解課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。

③項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法。由于本門(mén)課程實(shí)踐性較強(qiáng)，按照教學(xué)計(jì)劃，在具體開(kāi)展教學(xué)過(guò)程中，每次課進(jìn)行一個(gè)具體理論知識(shí)的講解，學(xué)生并不能完全消化掉，為了強(qiáng)化理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在完成課內(nèi)小項(xiàng)目之余，在課程后4 周，給學(xué)生靈活選取項(xiàng)目的任務(wù)，并下達(dá)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，讓學(xué)生按照要求完成通信系統(tǒng)相關(guān)項(xiàng)目。

3）在新形態(tài)教材、選擇適用教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教學(xué)工具采用泛雅教學(xué)平臺(tái)、GUI 可視化教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真軟件。

①泛雅教學(xué)平臺(tái)。為了豐富課堂活動(dòng)，提升課堂效果，在課堂上，借助泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行知識(shí)搶答、問(wèn)卷調(diào)研、課堂討論等活動(dòng)。

②GUI 可視化教學(xué)平臺(tái)。由于通信理論知識(shí)涉及公式較多，且公式推導(dǎo)復(fù)雜，“公式教學(xué)”單調(diào)，教學(xué)效果差。因此，利用GUI 可視化教學(xué)平臺(tái)將正弦信號(hào)、音樂(lè)和語(yǔ)音等輸入，并在課堂上進(jìn)行結(jié)果展示，將生硬的公式形象化，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

③虛擬仿真軟件。為了更好地呈現(xiàn)課堂效果，需要將通信設(shè)備和實(shí)際場(chǎng)景引入課堂，但是實(shí)際的通信系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境要求高、實(shí)驗(yàn)成本高昂和需要多次大型綜合實(shí)驗(yàn)，因此，利用MATLAB/Simulink 對(duì)通信系統(tǒng)仿真。

4.2 教學(xué)創(chuàng)新方法實(shí)施效果

在2018 級(jí)通信工程專業(yè)中引入“3個(gè)三融合教學(xué)新形態(tài)”教學(xué)改革方法，與2017 級(jí)未進(jìn)行改革的學(xué)生相比，學(xué)生積極主動(dòng)地投入課堂學(xué)習(xí)，課下主動(dòng)參加大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，其他時(shí)間參加各種比賽。業(yè)余時(shí)間學(xué)生積極加入創(chuàng)新工作室、愛(ài)電工作室等，制作各種作品。

學(xué)生的精神面貌變得積極向上，課外活動(dòng)得到拓展，學(xué)習(xí)成績(jī)提高了，如圖3所示為2017 級(jí)未進(jìn)行教學(xué)改革班級(jí)和2018 級(jí)進(jìn)行教學(xué)改革班級(jí)學(xué)習(xí)成績(jī)分布圖。

從圖3 可以看出，小于60 分、60 ～69 分分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯減少，80 ～89 分、90 ～100 分高分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯增加，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)得到穩(wěn)步提升。除此之外，學(xué)生積極參加集體和社會(huì)活動(dòng)，尤其是假期期間，積極響應(yīng)社區(qū)號(hào)召，參與疫情防控工作，認(rèn)真踐行了社會(huì)主義核心價(jià)值觀。

圖3 2017 級(jí)未實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)和2018 級(jí)實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)成績(jī)對(duì)比分布圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中實(shí)施“3個(gè)三融合的教學(xué)新生態(tài)”的創(chuàng)新教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，重塑了學(xué)生的世界觀和價(jià)值觀，課堂效果得到有效提升。在以后的教學(xué)實(shí)施中，將繼續(xù)構(gòu)建本課程的教學(xué)視頻庫(kù)，建立健全項(xiàng)目庫(kù)，尋找思政元素在課程的融入切入點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和學(xué)科發(fā)展，啟用適用的教學(xué)方法和教學(xué)工具，形成一套適用于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)工具的效果評(píng)價(jià)體系。