新工科背景下“通信原理”課程教學改革與實踐探索

方紅雨 許耀華 柏娜 王翊

[摘 要]本文以“新工科”為背景，對電子類的專業(yè)核心課程“通信原理”從課程體系、教學內(nèi)容、教學方法和評價標準等環(huán)節(jié)進行了改革，將“以學生發(fā)展為中心”的教育理念貫穿教學全過程，構(gòu)建理論與實踐相結(jié)合、教師授課與學生探討相結(jié)合、課堂教學與課外學習相結(jié)合、創(chuàng)新實驗與科學研究相結(jié)合的課程體系，將理論課程、實驗課程及課程設(shè)計與工程實踐、創(chuàng)新設(shè)計和教師的科研課題有機結(jié)合，引導學生進行探究式學習，在課程體系、教學內(nèi)容和方法、教學評價以及實踐教育等方面進行了改革和探索。

[關(guān)鍵詞]新工科；通信原理；課程體系；教學方法；評價標準

電子信息工程類專業(yè)的學生必須修讀“通信原理”課程，該課程涉及通信系統(tǒng)的基本理論和系統(tǒng)性能，旨在幫助學生更好地掌握和理解通信基本理論和通信系統(tǒng)基本工作原理，從而對通信過程的內(nèi)涵和發(fā)展方向有一個清晰的認識[1]。安徽大學將“通信原理”課程納入校級精品課程建設(shè)項目中，致力于通過整合課程體系、調(diào)整教學內(nèi)容、改進教學方法以及加強企業(yè)實踐等多方面的努力，來推動通信原理教學改革。我們的目標是通過逐步形成一種全新的通信原理教學模式，推動教學的深入改革，增強學生的實踐能力，適應通信新技術(shù)的發(fā)展，并初步取得一定的成果[2]。本文基于新工科建設(shè)和工程教育認證需求，通過將理論課程、實驗課程和課程設(shè)計與工程實踐、創(chuàng)新設(shè)計和科學研究有機結(jié)合，以教學改革和科學研究為核心，將數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域所涉及的最新技術(shù)和方法納入教學內(nèi)容中。我們在教學中進行了改革和探索，將教師的科研成果、工程設(shè)計方法和實際經(jīng)驗納入課程體系、教學內(nèi)容和教學手段、教學評價以及實踐教育等方面。

一、優(yōu)化課程系統(tǒng)

教師應堅持以學生發(fā)展為中心的教學理念，確立學生成長成才的目標，建立融合理論與實踐、線上線下、課堂教授與課外自主學習、創(chuàng)新設(shè)計和科學研究的課程體系，充分發(fā)揮實踐教學的作用，鞏固和提升學生對理論知識的理解掌握。培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的綜合能力。學生可以在課堂上學習如何處理復雜的問題，而簡單的問題可以由他們自主學習。鼓勵學生進行探究型實驗，培養(yǎng)他們獨立思考的科學思維能力，以便于發(fā)揮科學研究的反哺作用。

二、增加教學內(nèi)容

教師應堅持以立德樹人為導向，貫徹“以學生發(fā)展為中心”的理念，將課程思政貫穿教學過程[3]。通過將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)融為一體，結(jié)合專業(yè)課程特點，全面融入家國情懷、社會責任感和科學方法論等思政元素。我們建立了“通信原理”課程思政案例庫，讓學生在學習中潛移默化地塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。為了培養(yǎng)學生的科學精神、職業(yè)素養(yǎng)和社會責任感，可以在教學案例、仿真驗證、課外作業(yè)和教學網(wǎng)絡(luò)平臺討論等環(huán)節(jié)中加入課程思政的內(nèi)容，讓學生不斷探索、追求真理和勇于創(chuàng)新[4]。

為了適應新工科建設(shè)的需求，教師應強調(diào)科研在教學中的促進作用，擴展和加深課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生的綜合能力和靈活思維，使他們能夠深度分析和解決復雜問題。教師可以將他們研制的“多功能遠程監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)通信平臺”作為教學案例之一，融入對“通信發(fā)展歷程”的分析中。將教師參與科研項目的內(nèi)容融入教學中，可以促進學生對理論知識的深入理解，培養(yǎng)他們解決復雜工程問題的能力。

三、改進教學方法

教學過程的安排被劃分為三個環(huán)節(jié)：課前預習、課中講授和課后討論，以確保學生做好課前準備、課中有新的發(fā)現(xiàn)和課后進行深入思考。通過綜合運用傳統(tǒng)教學、驗證性實驗和課程設(shè)計系統(tǒng)仿真等教學方法，促使學生積極參與探究式學習，實現(xiàn)個性化教育。學生通過在相關(guān)實驗平臺上獨立完成驗證性實驗，撰寫實驗報告和心得，來驗證與理論課程配套的實驗。學生們可以組成團隊來研究和討論復雜的設(shè)計題目，他們需要設(shè)計一個仿真實驗方案，并撰寫報告、進行答辯。教師在這個過程中扮演著引導者的角色，負責提出問題、解釋原理、解答難題、評價方案，并總結(jié)歸納。而學生則需要分析問題、進行研究思考、分組討論、設(shè)計方案、驗證實驗，并做出總結(jié)性匯報[5]。

四、教學評估體系的重組

根據(jù)通信工程專業(yè)認證的要求，考慮到本課程的特點，我們設(shè)定了課程考核評價環(huán)節(jié)和權(quán)重。課程考核內(nèi)容包括平時成績、期中考試和期末考試等。平時的評分包括兩部分，即課后作業(yè)和隨堂測試。作業(yè)完成后的檢查主要評估學生對課程重要概念的理解程度和掌握情況，鼓勵學生改善自身學習中的弱點。每次作業(yè)都會分別以百分制進行評分，將各次成績求平均后作為最終成績的依據(jù)，占總成績的20%。隨堂測試的目的是評估學生對課程重要知識點的理解和掌握情況，同時也鼓勵學生改善學習中薄弱的部分。期中考試是閉卷考試，考查的內(nèi)容包括課程前半部分的基本概念、原理和方法。卷面成績?yōu)?00分，根據(jù)其在總評成績中的權(quán)重為20%，將其計入課程總評成績中。期末考試的成績是總評成績的一部分，通過將卷面成績乘以總評成績的50%來計算課程總評成績?？己说膬?nèi)容包括對課程基本概念和基本知識的掌握程度的考查，還需要考查學生綜合運用課程所學知識進行分析和系統(tǒng)設(shè)計能力的表現(xiàn)。不僅測試各個單元的知識點，還要測試應用基本原理和方法分析以及解決工程問題的能力[6]。

課程綜合評定方式包括平時表現(xiàn)、期中考試和期末考試。課程考核的出題工作由課程負責人進行審核，以確?？碱}既包含了相關(guān)知識要求，也能體現(xiàn)出學生的能力要素，并且與課程目標所要求的能力要素保持一致，與教學內(nèi)容相適應。本報告對于通信工程專業(yè)2020級學生56人進行了評價，并進行了合理性分析。

課程目標1的考核方式涵蓋了平時成績、隨堂測試、期中考試和期末考試，這四種考核方式能夠全面評估學生對通信的概念、通信系統(tǒng)基本原理、通信系統(tǒng)質(zhì)量指標、通信信道特性以及它們對通信性能的影響、模擬信號和數(shù)字信號處理等基礎(chǔ)知識的學習和應用情況。

課程目標2的考核方式包括平時成績、隨堂測試、期中考試和期末考試。這四種考核方式可全面評估學生對于模擬調(diào)制原理、模擬通信系統(tǒng)性能評價指標、模數(shù)變換基本概念、接收端信噪比對解調(diào)性能的影響以及頻分復用等復用技術(shù)在通信系統(tǒng)中的綜合應用等方面的理解和應用情況。這樣的考核方式是相對系統(tǒng)且客觀全面的[7]。

課程目標3的評估包括平時成績、期中考試和期末考試，這三種評估方式能夠全面客觀地反映學生對模數(shù)變換、數(shù)字通信原理、數(shù)字通信系統(tǒng)性能評價指標以及碼間串擾的成因與解決方案等知識的掌握情況，并在一定程度上提升學生在數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中分析問題和解決問題的能力。

這門課程的考核方式包括平時成績、期中考試和期末考試，這三種方式能夠全面考核學生對數(shù)字通信系統(tǒng)相關(guān)知識的理解情況，重點考核學生對簡單二進制調(diào)制系統(tǒng)、正交幅度調(diào)制和正交頻分復用原理的掌握，并且以5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等領(lǐng)域的通信編碼應用作為背景，著重考查學生在系統(tǒng)分析和解決復雜工程問題方面的能力水平。

平時成績的評定標準包括兩次隨堂測試和平時作業(yè)，其中涵蓋了課程目標1、2、3和4，這部分成績占總評成績的30%。其中隨便測驗占10%，正常家庭作業(yè)成績占20%。平均課程目標達成率為78.9%，超過了預期目標的60%，符合教學要求。其中，四個課程目標的達成率分別為86%、82%、77%和78.9%，該課程所支撐的各個畢業(yè)要求指標點都達到了期望值。本次課程進展順利，然而，課程目標1、2、3和4分別有2人、4人、6人、5人未能達到預期水平。

五、強化實踐教學

實踐課程在內(nèi)容方面實現(xiàn)了模塊化、層次化和多樣化。大多數(shù)基礎(chǔ)實驗都采用了現(xiàn)場推薦的實驗教學方法。實施設(shè)計性實驗教學，采用開放式自主實踐教學方式。學生自主學習和勇于探索的積極性得以激發(fā)，課程設(shè)計的總體目標在創(chuàng)新研究性實驗中得以體現(xiàn)，方法可以是參與教師的科研項目或?qū)W生自主選題。

改進實驗教學手段，結(jié)合仿真實驗和實際實驗，提升實踐教學效果。我們要求學生掌握至少一種仿真軟件的使用方法，以便于在實驗中充分而靈活地應用它，實現(xiàn)軟硬結(jié)合，掌握通信系統(tǒng)的設(shè)計方法。由此，學生可以從基礎(chǔ)驗證性實驗過渡到綜合設(shè)計性實驗，從傳統(tǒng)型實驗邁向創(chuàng)新型實驗，以提高他們的實踐能力和創(chuàng)新精神。根據(jù)“學科競賽與學術(shù)活動相結(jié)合、科技創(chuàng)新和科研實踐相結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化與育人成才相結(jié)合”的原則，我們進行科技創(chuàng)新活動和工程應用研究，以培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，使他們能夠全面掌握通信系統(tǒng)設(shè)計過程中涉及技術(shù)選項、方案論證、性能設(shè)定、系統(tǒng)測試、總結(jié)報告、文檔整理等環(huán)節(jié)的功能和要求，并充分發(fā)揮他們的自我主動性和創(chuàng)造力。

通信原理課程設(shè)計是該課程中具有實踐性的重要教學環(huán)節(jié)，也是教學改革的重要手段之一。為了進一步鞏固課堂上學到的理論知識，在進行了相關(guān)理論課程教學的基礎(chǔ)上，我們除了開設(shè)與課程內(nèi)容相匹配的“通信原理”實驗外，還增設(shè)了“通信原理課程設(shè)計”項目。通過使用系統(tǒng)仿真，學生可以更直觀地理解不同通信系統(tǒng)的組成，進一步區(qū)分模擬通信和數(shù)字通信的性能差異，了解通信系統(tǒng)發(fā)射端信號的形成以及接收端信號的解調(diào)，還可以學習有關(guān)通信過程中信號傳輸質(zhì)量的保證和檢測等相關(guān)知識。這樣做，可以提升學生解決實際通信工程問題的能力，并在課程設(shè)計過程中培養(yǎng)學生正確的工作態(tài)度、良好的工作作風以及增強團隊協(xié)作意識。通過符合相關(guān)專業(yè)工程教育專業(yè)認證要求的課程設(shè)計，進一步明確了課程設(shè)計目標，并培養(yǎng)學生的一系列能力。

（一）以小組為單位，通過查閱相關(guān)文獻資料，對所選課題進行細致的分類整理和仔細研讀，從而更深入地了解和領(lǐng)會通信技術(shù)的發(fā)展背景、脈絡(luò)以及當前的發(fā)展狀況。對于這個問題的解決方案，我們可以提出一些可行的方法，并對這些方法的可行性進行合理的論證。

（二）課程設(shè)計要求學生掌握相關(guān)的通信系統(tǒng)仿真軟件（例如Proteus、MATLAB、Python）和硬件平臺的運用，能夠獨立完成簡單的題目并與他人合作完成綜合設(shè)計題目。同時，要求學生能將所學的理論知識應用于課程設(shè)計過程中遇到的問題的處理和結(jié)論分析中，并對研究對象進行正確、系統(tǒng)、合理地分析和總結(jié)。學生通過編寫課程設(shè)計報告，不僅了解了程序流程圖的繪制方法，掌握了科技論文的寫作規(guī)范，還為未來的科學研究和畢業(yè)設(shè)計打下了堅實基礎(chǔ)。

（三）通過查閱課程設(shè)計過程中的文獻資料，讓學生更深入地了解目前通信與信息行業(yè)的就業(yè)市場需求和當前通信專業(yè)的前沿技術(shù)，以便于逐步明確自己的專業(yè)目標和研究方向。通過學習課程設(shè)計報告的撰寫、PPT制作和答辯陳述等，可以培養(yǎng)學生準確表達的能力，提高學生嚴密的邏輯思維能力，同時也能夠讓他們在團隊合作和人際溝通方面有所提升。

（四）將“在課程設(shè)計中融入思政元素，使學生在‘潤物細無聲的知識學習中，塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀”改寫為：通過將思政元素融入課程設(shè)計，使學生在知識學習的過程中，潛移默化地培養(yǎng)他們擁有正確的世界觀、人生觀和價值觀。教學環(huán)節(jié)涵蓋仿真驗證、課外作業(yè)和教學網(wǎng)絡(luò)平臺。要教導學生具備不斷探索、追求真理和勇于創(chuàng)新的科學精神，同時培養(yǎng)他們以嚴謹認真的職業(yè)素養(yǎng)和社會責任感作為基石[8]。

結(jié)束語

在“新工科”背景下，我們對“通信原理”課程進行了全面改革，從課程體系、教學內(nèi)容、教學手段、評價方案、實踐課程和創(chuàng)新性等方面入手。實踐證明，堅持以學生發(fā)展為中心的教育理念，將新工科建設(shè)要求貫穿到教學過程中，不僅加深了學生對理論知識的理解，提升了他們解決復雜工程問題的能力，還全面提高了他們實踐能力和創(chuàng)新意識。在教學過程中融入思政元素，使學生能夠在知識學習中塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。

參考文獻

[1]陳曉明，王君，劉麗等.“新工科”建設(shè)背景下地方高校實踐教學改革探索研究[J].工業(yè)和信息化教育，2022（1）：6-9.

[2]南利平，李學華.通信原理簡明教程（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]王豐曉.課程思政理念下高校工匠精神培養(yǎng)研究[J].高教學刊，2019（9）：148-150.

[4]盧毅，王申.基于“新工科”背景的通信類課程 教學改革[J].西安電子科技大學學報（社會科學版），2019，29（2）：136-140.

[5]顏文燕，陸汝華.新工科背景下通信類專業(yè)金課建設(shè)探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2020（12）：52-53，58.

[6]王晶.普通高校電子通信類專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學改革與探索[J].高教學刊，2017（6）：109-110.

[7]方紅雨，常靜，許耀華等.“新工科”背景下通信工程專業(yè)實踐教學課程的探索與實施研究：以“通信原理課程設(shè)計”為例[J].工業(yè)和信息化教育，2023（3）：16-20.

[8]郭大成.以素質(zhì)教育引領(lǐng)高校人才培養(yǎng)的思考[J].中國高等教育，2011（Z3）：12-15.

作者簡介：方紅雨（1968— ），女，漢族，安徽績溪人，安徽大學集成電路學院，高級工程師，碩士。

研究方向：信息與通信工程。

許耀華（1976— ），男，漢族，安徽懷遠人，安徽大學集成電路學院，副教授，碩士。

研究方向：互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)。

柏娜（1982— ），女，漢族，安徽霍山人，安徽大學集成電路學院，副教授，博士。

研究方向：集成電路設(shè)計。

王翊（1988— ），男，漢族，安徽池州人，安徽大學集成電路學院，講師，博士。

研究方向：集成電路設(shè)計。

基金項目：安徽省教育廳2020年省級質(zhì)量工程項目“新工科背景下課程思政在通信原理教學中的探索與實踐”（項目編號：2020sjjd110）；安徽大學2022年校級質(zhì)量工程項目“線下課程——通信原理”（項目編號：2022xjzlgc156）；安徽大學2023年校級質(zhì)量工程項目“新工科背景下集成電路類專業(yè)‘通信原理課程教學改革研究”（項目編號：2023xjzlgc262）。