應(yīng)用型本科的通信原理課程線上線下混合式教學(xué)探究

羅榮華 張才華 程晨

摘要：本文基于應(yīng)用型本科高校建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及工程教育認(rèn)證理念，以學(xué)生為中心的產(chǎn)出導(dǎo)向，探討了通信原理課程線上線下混合式教學(xué)模式及教學(xué)評(píng)價(jià)方式的改革思路和措施，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的混合式教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，提升他們分析解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；工程教育認(rèn)證；混合式教學(xué)

一、課程改革背景

根據(jù)應(yīng)用型本科高校建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用型高校應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)需求的專業(yè)人才，其中，專業(yè)核心課程應(yīng)當(dāng)有效對(duì)接企業(yè)核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)內(nèi)容要緊跟行業(yè)發(fā)展，課堂教學(xué)改革要突出“學(xué)生中心”產(chǎn)出導(dǎo)向[1-2]。同時(shí)，工程教育認(rèn)證作為一種國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確保工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)。應(yīng)用型本科高校和工程教育認(rèn)證均是以提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量為核心教育目標(biāo)。近年來(lái)，應(yīng)用型本科高校也將工程教育認(rèn)證理念作為辦學(xué)的一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

通信原理課程作為高等院校通信工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，能夠讓學(xué)生了解通信的基本概念，掌握通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和通信技術(shù)（如通信信號(hào)的分析、調(diào)制、解調(diào)、信源編碼、信道編碼、 最佳接收及同步等）的工作原理，以此為通信專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通信原理課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象、內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，對(duì)各門數(shù)學(xué)課程的基礎(chǔ)知識(shí)要求較高（如高等數(shù)學(xué)、隨機(jī)過(guò)程、復(fù)變函數(shù)、概率論等）[4-6]。因此，在學(xué)習(xí)本課程的過(guò)程中，學(xué)生常常感覺(jué)較為吃力，容易喪失對(duì)本課程學(xué)習(xí)的興趣。

應(yīng)用型本科高校應(yīng)當(dāng)根據(jù)辦學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程教育認(rèn)證理念，在通信原理課程的授課中，改善學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓傳統(tǒng)課堂的填鴨式的“教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生的“學(xué)”為中心。近年來(lái)，線上線下混合式教學(xué)作為一種能夠發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性且體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，得到了大力研究和推廣[3]。但是，在執(zhí)行該教學(xué)模式的過(guò)程中，仍然面臨著如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）線上教學(xué)視頻經(jīng)過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的前期準(zhǔn)備（包括授課PPT、講課腳本等的編寫）、錄制視頻、后期制作、教學(xué)平臺(tái)中的相關(guān)教學(xué)資源（教案、教學(xué)PPT、作業(yè)庫(kù)、試題庫(kù)）的開(kāi)發(fā)和錄入、教學(xué)平臺(tái)的維護(hù)等，耗費(fèi)了教師大量的精力和心血。然而，通過(guò)調(diào)研線上線下混合式教學(xué)模式試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)的純線下教學(xué)模式，雖然混合式教學(xué)模式已在高校試驗(yàn)多年，但是線上的教學(xué)資源并未得到充分利用，其在教學(xué)中發(fā)揮的作用較為有限。

（2）學(xué)生在學(xué)習(xí)通信原理課程的過(guò)程中，實(shí)踐與理論相脫節(jié)的問(wèn)題較為突出。在學(xué)習(xí)完理論課程之后，在后續(xù)的實(shí)踐課程如通信原理實(shí)驗(yàn)和通信原理課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生通常無(wú)法將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象跟理論聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行分析，在大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，此種情況更為明顯。經(jīng)過(guò)對(duì)本校的通信工程專業(yè)學(xué)生和授課教師進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)教師反映在各種與通信系統(tǒng)、通信算法設(shè)計(jì)相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中，學(xué)生無(wú)法將所學(xué)的通信原理知識(shí)點(diǎn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行分析，導(dǎo)致學(xué)生做畢設(shè)課題較為吃力，教師帶教學(xué)生的過(guò)程也較為艱難。

（3）無(wú)論是線上還是線下教學(xué)環(huán)節(jié)，都涉及大量的公式推導(dǎo)，盡管教材的各章節(jié)都會(huì)得到很多結(jié)論，但是這些結(jié)論需要通過(guò)數(shù)學(xué)建模和運(yùn)用各種數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論推導(dǎo)而得到。在授課過(guò)程中，如果教師將太多的時(shí)間和精力放在推導(dǎo)公式上，對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)稍弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)，很難在課堂上緊跟教師公式推導(dǎo)的過(guò)程并現(xiàn)場(chǎng)理解，這將打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，導(dǎo)致學(xué)生因?yàn)楦杏X(jué)課程枯燥乏味而影響學(xué)習(xí)效果。

（4）在通信原理的課程考核方式中，通常線下教學(xué)所占比例為70%—80%，而線上教學(xué)環(huán)節(jié)所占比例較小。雖然授課教師布置了很多線上教學(xué)環(huán)節(jié)要求學(xué)生完成，但學(xué)生并不會(huì)有足夠的重視，大多學(xué)生會(huì)敷衍了事，導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮線上教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中的作用。

二、改革舉措

基于上述問(wèn)題，通信原理課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)擬從以下幾個(gè)方面探索線上線下混合式教學(xué)模式的改革方案：

（一）將線上資源與線下課堂進(jìn)行充分融合

以中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)為例，平臺(tái)上有很多資源和授課環(huán)節(jié)是可以被充分利用起來(lái)的。一般情況下，受到授課時(shí)間的限制，教師主要利用平臺(tái)上的授課視頻、單元作業(yè)和階段測(cè)試環(huán)節(jié)。然而，MOOC平臺(tái)還可以被用于短時(shí)測(cè)驗(yàn)和在討論區(qū)發(fā)布論題等，這些都可以作為檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段。通信原理課程內(nèi)容眾多，通常高校為該課程設(shè)置64個(gè)學(xué)時(shí)，理論教學(xué)時(shí)長(zhǎng)是非常緊張的。因此，教師需要充分地利用線上教學(xué)資源，讓學(xué)生利用課下時(shí)間在線上進(jìn)行充分地預(yù)習(xí)，而預(yù)習(xí)效果則可以采用隨堂測(cè)驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。在每一次授課結(jié)束后，教師可以要求學(xué)生認(rèn)真復(fù)習(xí)，并利用隨堂測(cè)驗(yàn)和發(fā)布討論題的形式來(lái)檢測(cè)復(fù)習(xí)的效果。通過(guò)這種方式，在線下課堂上，教師就可以集中精力講解重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容。

由于隨堂測(cè)驗(yàn)的形式非常靈活且操作簡(jiǎn)單，在線下授課的過(guò)程中，教師可以利用線上平臺(tái)的隨堂測(cè)驗(yàn)，靈活地選擇各式各樣的試題對(duì)學(xué)生進(jìn)行短時(shí)間的測(cè)試，以此精準(zhǔn)、及時(shí)地了解學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，從而幫助教師及時(shí)調(diào)整課程內(nèi)容。

（二）加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相互融合

為了將實(shí)踐與理論深度融合，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，教師應(yīng)當(dāng)充分利用實(shí)踐課程中獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將其放在線上和線下的授課內(nèi)容中。例如，從軟件無(wú)線電和通信原理實(shí)驗(yàn)箱等軟硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，教師可以得到各種通信系統(tǒng)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些結(jié)果可以被提前用于理論課堂。在講解QAM調(diào)制解調(diào)原理時(shí)，教師可以將理論上的波形與實(shí)驗(yàn)中獲得的實(shí)際波形進(jìn)行對(duì)比講解，也可以將實(shí)際仿真中加入了噪聲和頻率偏移得到的星座圖用于課堂講解，如噪聲會(huì)導(dǎo)致星座點(diǎn)發(fā)散、頻率偏移會(huì)使星座點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)等，以此讓學(xué)生更加直觀地了解各種影響通信系統(tǒng)的因素，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)理論的理解。由于有了前期理論教學(xué)的基礎(chǔ)，在后續(xù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生也更容易將各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論相結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上采用有效措施改進(jìn)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

（三）弱化數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程

通信原理課程內(nèi)容與各種數(shù)學(xué)知識(shí)聯(lián)系緊密。以曹麗娜等主編的《通信原理》第7版教材為例：所有章節(jié)均會(huì)用到高等數(shù)學(xué)作為理論推導(dǎo)的工具；第3章和各種數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的抗噪聲性能分析會(huì)用到隨機(jī)過(guò)程的知識(shí)；第1章中的信息及度量、第4章中的信道容量、第9章等部分內(nèi)容均會(huì)用到概率論的知識(shí)；而第11章和第12章會(huì)用到矩陣論和線性代數(shù)的相關(guān)知識(shí)；此外，所有章節(jié)中涉及頻域分析的部分均會(huì)用到傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉變換的知識(shí)。由于本課程包含大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，容易導(dǎo)致數(shù)學(xué)基礎(chǔ)稍弱的學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中因?yàn)椴荒芗皶r(shí)跟隨授課教師的講課節(jié)奏而無(wú)法理解各種結(jié)論，從而對(duì)本課程產(chǎn)生厭倦的情緒，這將極大地影響本課程授課的效果。

那么如何解決課程中數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)太多的問(wèn)題呢？由于課堂時(shí)間非常有限，如果公式推導(dǎo)部分占用太多課堂時(shí)間，一方面，教師很難在有限的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)完成課程進(jìn)度規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容；另一方面，學(xué)生更容易將注意力更多地放在公式推導(dǎo)部分，卻忽視了理解調(diào)制解調(diào)原理和各種結(jié)論的物理意義。這對(duì)于通信原理這門課程而言，無(wú)異于撿了芝麻丟了西瓜，會(huì)導(dǎo)致授課的效果大打折扣。因此，教師需要在有限的課堂時(shí)間幫助學(xué)生理解通信系統(tǒng)的工作原理和各種結(jié)論的物理意義。

例如，在講授“離散信道容量”這一部分內(nèi)容時(shí)，教師可以重點(diǎn)講解信道容量的概念：它是每個(gè)符號(hào)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘康淖畲笾祷蛘邌挝粫r(shí)間內(nèi)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘康淖畲笾?；而符?hào)在信道傳輸?shù)钠骄畔⒘繌奈锢硪饬x來(lái)講是發(fā)送x前接收端對(duì)x的不確定程度（即x的信息量）減去收到y(tǒng)后接收端對(duì)x的不確定程度；在理想情況下，x在經(jīng)過(guò)信道后，收到y(tǒng)后接收端不應(yīng)該再對(duì)x有任何不確定；但是在實(shí)際情況中，因?yàn)樾诺赖奶匦圆焕硐?，?dǎo)致x在傳輸?shù)倪^(guò)程中有信息量損失，收到y(tǒng)后接收端會(huì)對(duì)x有不確定。至于x的信息量和收到y(tǒng)后接收端對(duì)x的不確定性（即經(jīng)過(guò)信道后損失的信息量）的計(jì)算都需要利用概率論的基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)。但是，這個(gè)推導(dǎo)的詳細(xì)過(guò)程無(wú)須放在課堂上來(lái)講解，學(xué)生可以利用課下的時(shí)間自行完成整個(gè)過(guò)程的推導(dǎo)，并且有利于學(xué)生加深對(duì)于本知識(shí)點(diǎn)的理解。

又例如，在講解數(shù)字基帶傳輸和帶通傳輸系統(tǒng)的性能分析部分，教師會(huì)利用大量的概率論以及高等數(shù)學(xué)中的積分運(yùn)算進(jìn)行公式推導(dǎo)，雖然這些公式的推導(dǎo)過(guò)程對(duì)于獲得最后的誤碼率表達(dá)式具有重要的作用，但是如果教師一味地將大量精力放在推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式上，很容易讓學(xué)生感到枯燥乏味。因此，教師應(yīng)該更多地講解性能分析包括哪幾個(gè)重要的步驟，當(dāng)需要分析新的通信系統(tǒng)性能時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考該從哪些方面對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析、如何進(jìn)行分析以及采用哪些步驟可以得到最終的結(jié)果。此時(shí)，數(shù)學(xué)只是作為性能分析的工具，而非主角。

（四）加大線上教學(xué)在課程考核中所占比例

上文提到要將線上教學(xué)資源與線下課堂進(jìn)行更加充分地融合，那么線上教學(xué)就需要設(shè)置更多的環(huán)節(jié)讓學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程。為了更加合理地考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師需要在期末考核中加大線上教學(xué)成績(jī)所占的比例。然而，從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，雖然本課程增加了很多線上教學(xué)環(huán)節(jié)，但是其考核比例并沒(méi)有明顯提高，導(dǎo)致學(xué)生僅僅為了應(yīng)付教師布置的任務(wù)而機(jī)械地完成各個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也達(dá)不到理想的教學(xué)效果。

基于此，本校嘗試在期末考核中將線上教學(xué)的考核比例由原來(lái)的20%提升到30%，以此促進(jìn)學(xué)生重視線上學(xué)習(xí)。經(jīng)過(guò)兩輪教學(xué)嘗試，發(fā)現(xiàn)與之前相比，此種改革方案有效激發(fā)了學(xué)生參與線上學(xué)習(xí)的積極性。為了得到更好的成績(jī)，學(xué)生會(huì)利用線上資源進(jìn)行更加充分地預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，而不僅僅是敷衍了事，并且也會(huì)更加認(rèn)真地對(duì)待隨堂測(cè)驗(yàn)和章節(jié)作業(yè)。這種方式不僅促使線上資源得到充分利用，而且授課教師也會(huì)有更大的熱情和更高的積極性對(duì)現(xiàn)有的線上教學(xué)資源進(jìn)行豐富、改進(jìn)和完善，使得教與學(xué)都能夠起到良性循環(huán)的作用，并達(dá)到更好的教學(xué)效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

通信原理課程運(yùn)用上述提出的教學(xué)改革方案完成了三輪線上線下混合式教學(xué)，發(fā)現(xiàn)從學(xué)生的理論基礎(chǔ)（通過(guò)理論課程的考核成績(jī)來(lái)觀察）、實(shí)踐動(dòng)手能力（從實(shí)踐課程的考核成績(jī)）、理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力及學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力這幾方面來(lái)看，其教學(xué)效果均優(yōu)于純線下教學(xué)模式。在此過(guò)程中，教師在授課中的教學(xué)體驗(yàn)得到了較大改善，同時(shí)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的積極性也得到了很大地提高。從學(xué)生評(píng)教數(shù)據(jù)可知，教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師的評(píng)教分?jǐn)?shù)逐年得到提高，平均分從92.2提升到96.7，這也充分說(shuō)明了學(xué)生對(duì)該課程的教學(xué)滿意度較高。此外，根據(jù)該專業(yè)學(xué)生以通信原理作為考研科目的研究生入學(xué)考試的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，考研成功率也逐年提高，從2020年的20%提升到2022年的26.7%；同時(shí)學(xué)科競(jìng)賽獲獎(jiǎng)率也得到了提高，從46%提升到62%，這些都充分說(shuō)明了該課程教學(xué)改革的成果較為顯著。2022年，該課程被評(píng)為校級(jí)科教融合課程；2023年，被評(píng)為校級(jí)一流本科課程，因此該課程在專業(yè)課程建設(shè)中發(fā)揮了較好的示范作用。

作者單位：羅榮華 張才華 程晨 金陵科技學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與通信工程學(xué)院

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羅榮華（1980-），女，漢族，湖北荊門，博士，副教授，研究方向：高校線上線下混合式教學(xué)模式及產(chǎn)教融合協(xié)同育人模式的研究。