基于SIMULINK的多元化融合式教學(xué)研究

摘 要：課程是人才培養(yǎng)的核心要素，而課程質(zhì)量則直接決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。作為電子信息專業(yè)的核心課程，通信原理課程具有理論抽象、公式復(fù)雜以及傳統(tǒng)教學(xué)效果不佳等特點(diǎn)。針對這些問題，構(gòu)建了以SIMULINK為實(shí)踐基礎(chǔ)的多元化融合式教學(xué)模式，并形成了以信息技術(shù)、模擬仿真、情感共鳴和多維評價機(jī)制相結(jié)合的教學(xué)生態(tài)。通過研究與探索，該教學(xué)方法能夠有效提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程思維能力，更適用于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：通信原理；SIMULINK；多元化融合式

中圖分類號：TP39；G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）20-0191-04

Research on Diversified Integration Teaching Based on SIMULINK

—Taking the Course of Communication Principle as an Example

YANG Yang

（School of Physics and Electronic Information Engineering， Ningxia Normal University， Guyuan 756000， China）

Abstract： Course is the core element of talent training， and the quality of the course directly determines the quality of talent training. As the core course of electronic information specialty， communication principle course has the characteristics of abstract theory， complex formula and poor traditional teaching effect. In view of these problems， a diversified integration teaching mode based on SIMULINK practice is constructed， and a teaching ecology combining information technology， simulation， emotional resonance and multi-dimensional evaluation mechanism is formed. Through research and exploration， this teaching method can effectively improve students' independent learning ability and engineering thinking ability， and is more suitable for the cultivation of applied talents.

Keywords： communication principle; SIMULINK; diversified integration

0 引 言

在“十三五”規(guī)劃中，明確提出了廣泛推進(jìn)應(yīng)用型高校的建設(shè)，這意味著培養(yǎng)更多的人才來滿足社會需求變得至關(guān)重要。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這就要求以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、實(shí)踐和自主學(xué)習(xí)等綜合能力為中心[1]。當(dāng)前，社會正以飛快的速度由數(shù)字化向智能化時代轉(zhuǎn)變，移動通信技術(shù)正立足于5G的發(fā)展，并且這一發(fā)展離不開大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)等的進(jìn)步。新技術(shù)的發(fā)展和迭代對高等學(xué)校提出了更高的要求。通信原理作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程和應(yīng)用型課程，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力較弱，學(xué)生缺乏創(chuàng)新和自主研究能力。為了提高教學(xué)效果，在教學(xué)中引入SIMULINK仿真軟件，構(gòu)建信息技術(shù)融合、模擬仿真融合、新教學(xué)模式融合以及多維評價機(jī)制融合的多元化教學(xué)結(jié)構(gòu)[2-3]，從而顯著提升了教學(xué)效果。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生可以更好地理解課程內(nèi)容，提高實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力。這種教學(xué)模式的實(shí)施不僅有利于學(xué)生的全面發(fā)展，有助于提升高校的教學(xué)質(zhì)量和競爭力。通過不斷探索和創(chuàng)新，高等學(xué)校可以更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需求，為培養(yǎng)更多適應(yīng)未來社會發(fā)展的人才做出更大的貢獻(xiàn)。因此，推動教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新是當(dāng)前高等教育領(lǐng)域需解決的問題，也是實(shí)現(xiàn)“十三五”規(guī)劃目標(biāo)的重要舉措。

1 存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容寬泛且更新緩慢

針對通信原理這門課程，在“教”與“學(xué)”的過程中，學(xué)生普遍反應(yīng)基礎(chǔ)薄弱，課程內(nèi)容多、知識點(diǎn)復(fù)雜、公式抽象且難以深入理解和應(yīng)用。然而，通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了我國的迅速發(fā)展，其更新速度已經(jīng)不容小覷[4]。但是，目前教材當(dāng)中的一些技術(shù)與方法已經(jīng)不能滿足最新技術(shù)的發(fā)展和要求，教學(xué)內(nèi)容與信息技術(shù)步伐不相符，這必然會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生一種“白學(xué)、用不上”的想法，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)的積極性。此外，理論課時長而實(shí)驗課時短的設(shè)置導(dǎo)致學(xué)生難以將書本知識實(shí)際應(yīng)用于工程實(shí)踐[5]，這嚴(yán)重影響了學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

1.2 教學(xué)模式與方法陳舊

目前，通信原理課程的教學(xué)主要以教師講授為中心。課前，學(xué)生的預(yù)習(xí)不充分，預(yù)習(xí)內(nèi)容以課件為主且單一。課中，以過去的“填鴨式”的教學(xué)模式為主，導(dǎo)致學(xué)生的參與度不高，部分學(xué)生“左耳進(jìn)、右耳出”，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)興趣降低，課堂氛圍不活躍。課后，拓展資料較少，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)能力，答疑時間有限，與學(xué)生面對面的溝通也不足[6]。在實(shí)現(xiàn)以學(xué)生“學(xué)”為中心的教學(xué)轉(zhuǎn)變方面，傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法滿足當(dāng)代信息技術(shù)的發(fā)展需求。

1.3 理論與實(shí)驗存在界限

在通信原理課程中，存在著理論與實(shí)驗之間的界限問題。目前，學(xué)生在實(shí)驗中往往只是被動地完成實(shí)驗報告，缺乏深入實(shí)踐和應(yīng)用的理解。理論課時多而實(shí)驗課程少的情況導(dǎo)致理論與實(shí)踐之間難以有效融合，這也影響了學(xué)生對課程內(nèi)容的全面掌握和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

1.4 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差

進(jìn)入大學(xué)后，一些學(xué)生認(rèn)為可以進(jìn)入他們心目中的“舒適圈”，游手好閑，對課堂學(xué)習(xí)隨意對待。每天都在消耗時間，認(rèn)為從此解脫了繁重的學(xué)業(yè)等錯誤觀念[7]。久而久之，大腦處于一種“關(guān)機(jī)狀態(tài)”，不愿思考，導(dǎo)致他們的自主思考能力和分析問題能力大幅度下降。

2 多元化融合式教學(xué)設(shè)計

多元化融合式教學(xué)設(shè)計的具體內(nèi)容如圖1所示。

2.1 信息技術(shù)融合

將信息技術(shù)與高等教育相融合已成為教育的主流趨勢。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”教育，線上線下混合式教學(xué)逐漸成為常態(tài)。智慧教學(xué)工具如雨課堂、學(xué)習(xí)通等，構(gòu)建了線上線下混合式教學(xué)模式，使學(xué)生突破了時間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)了多樣化的知識獲取。對于大規(guī)模的線下課堂，互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)在師生互動和數(shù)據(jù)反饋方面起到了重要作用。逐步形成一種課前目標(biāo)學(xué)習(xí)-課中互動交流-課后創(chuàng)新的教學(xué)模式，一方面提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，另一方面也拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。同時，教師可以根據(jù)教學(xué)資源和學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)有計劃地組織教學(xué)活動。引入最新的通信技術(shù)發(fā)展趨勢和實(shí)踐案例，使課程更貼近實(shí)際應(yīng)用。讓學(xué)生能夠親自動手操作，加深對理論知識的理解和應(yīng)用能力。通過改進(jìn)措施，可以使學(xué)生更好地適應(yīng)通信技術(shù)發(fā)展的需求，提高他們的綜合能力和競爭力，為我國通信領(lǐng)域人才的培養(yǎng)做出更大的貢獻(xiàn)。

2.2 模擬仿真融合

基于SIMULINK進(jìn)行建模實(shí)踐，將硬件實(shí)驗和虛擬仿真相結(jié)合，基礎(chǔ)實(shí)驗和探究性實(shí)驗相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)和應(yīng)用的學(xué)習(xí)思維。通過將基礎(chǔ)知識與工程問題相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生對通信原理的工程思維，有助于學(xué)生重建知識體系。學(xué)生通過掌握課本中的基礎(chǔ)知識和基本原理，并借助SIMULINK軟件進(jìn)行建模仿真，深入理解和掌握相關(guān)原理和應(yīng)用。同時，將實(shí)際工程中的具體問題引入課堂，增強(qiáng)學(xué)生解決工程問題的能力。具體的教學(xué)過程包括課前目標(biāo)學(xué)習(xí)、課中互動交流和探究以及課后創(chuàng)新實(shí)踐，具體的教學(xué)過程如圖2所示[8]。

在課前，以目標(biāo)、任務(wù)和問題為導(dǎo)向，通過慕課、短視頻等方式向?qū)W生線上下發(fā)預(yù)習(xí)內(nèi)容，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)和重難點(diǎn)。學(xué)生通過查閱資料，自主學(xué)習(xí)并嘗試搭建SIMULINK仿真圖，并對不理解的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)記，做到以導(dǎo)促學(xué)，使學(xué)生在課堂上更好地理解和吸收知識。在課中，教師對課程核心內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解，確保講解內(nèi)容與預(yù)習(xí)內(nèi)容相互補(bǔ)充。通過問題導(dǎo)學(xué)和任務(wù)驅(qū)動的方式，融入與工程應(yīng)用相關(guān)的案例，并通過SIMULINK仿真框圖對關(guān)鍵模塊和參數(shù)進(jìn)行分析和討論。學(xué)生可以分組合作，探究和解決預(yù)習(xí)中遇到的問題，實(shí)現(xiàn)理論知識與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。在課后，學(xué)生可以利用線上資源及時復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容。同時，通過深化拓展并仿真實(shí)現(xiàn)通信原理的應(yīng)用部分，結(jié)合SIMULINK軟件，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力。這樣的實(shí)踐過程有助于學(xué)生建立專業(yè)認(rèn)同感，提高學(xué)習(xí)興趣。通過充分結(jié)合線上和線下教學(xué)模式，教師可以最大化地發(fā)揮智慧課堂的作用，提供更好的教學(xué)效果，具體如圖3所示。

以PCM編譯碼實(shí)驗為例，PCM（Pulse Code Modulation）即脈沖編碼調(diào)制。在PCM過程中，將輸入的模擬信號進(jìn)行采樣、量化和編碼，用二進(jìn)制進(jìn)行編碼的數(shù)來代表模擬信號的幅度，接收端再將這些編碼還原為原來的模擬信號，數(shù)字音頻的A/D轉(zhuǎn)換包括三個過程，即采樣、量化和編碼。首先，根據(jù)編碼原理在SIMULINK中建立數(shù)學(xué)模型，將整個系統(tǒng)簡化到源系統(tǒng)，確定總功能并將各個部分模塊化，畫出系統(tǒng)流程框圖模型。然后，根據(jù)建立的模型，將所需要的單元功能模塊進(jìn)行連接，組建PCM通信系統(tǒng)模型，如圖4所示。最后，設(shè)置和調(diào)整參數(shù)并分析仿真數(shù)據(jù)和波形。需要注意的是，在系統(tǒng)模型的關(guān)鍵點(diǎn)處可以設(shè)置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)得出結(jié)果，如圖5和圖6所示。

實(shí)際抽樣脈沖并不是理想的沖激函數(shù)而引起的孔徑失真，導(dǎo)致所得的結(jié)果存在誤差。須充分利用實(shí)驗增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生主動思考和積極探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣。此外，在課程內(nèi)容的設(shè)計上，要將理論知識和工程問題相融合，體現(xiàn)出工程應(yīng)用的特點(diǎn)，激勵學(xué)生真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)理念和學(xué)習(xí)習(xí)慣，能夠?qū)W以致用。

2.3 新教學(xué)模式融合

引入“情感共鳴式”教學(xué)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，由于傳統(tǒng)的“教”與“學(xué)”忽視學(xué)生主體位置，教師講授內(nèi)容重理論輕實(shí)踐，并且理工科所學(xué)習(xí)的課程，普遍存在難理解、公式多、抽象復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致課堂枯燥無味，學(xué)生容易開小差，學(xué)習(xí)興趣不高。所以，想要上好一堂課，吸引學(xué)生的眼球很重要。以學(xué)生為中心，在課前、課中和課后的教學(xué)設(shè)計上都要與學(xué)生產(chǎn)生“情感共鳴”，利用表情包、微信對話等方式與學(xué)生產(chǎn)生共鳴，真正做到從學(xué)生的角度考慮，建立良好的師生關(guān)系，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)為學(xué)生開啟智慧[9]。關(guān)注傳、授、解的重要性，關(guān)注時代的進(jìn)步，與學(xué)生建立良好的師生關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。由此，課堂氛圍由孤獨(dú)的“獨(dú)角戲”轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃业摹岸宿D(zhuǎn)”，從而提高學(xué)習(xí)效果和授課效率。

2.4 多維評價機(jī)制融合

以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生動力和專業(yè)興趣，完善過程評價制度，要注重學(xué)生課內(nèi)外、線上線下學(xué)習(xí)的評價，包括過程性評價和期末評價，從多角度出發(fā)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這種評價機(jī)制允許教師實(shí)時了解課程達(dá)成度情況，并持續(xù)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計與內(nèi)容。過程性評價打破原來的“成績單一過程”問題，解決了課堂互動問題。了解學(xué)生，適當(dāng)調(diào)整成績設(shè)置方式，對學(xué)生提出適當(dāng)?shù)囊?，將課前預(yù)習(xí)、小組討論、線上互動等環(huán)節(jié)全部記為過程性評價，將多維評價始終貫穿課程，更好地追蹤學(xué)生成長過程[10]。強(qiáng)化課堂教學(xué)師生互動、生生互動環(huán)節(jié)，提高創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力考核的比重，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)綜合性人才。

3 課程改革的效果

在通信原理課程中，采用新的教學(xué)設(shè)計已完成兩輪授課，這種教學(xué)模式加深了學(xué)生對理論知識的理解，擴(kuò)寬了學(xué)科領(lǐng)域視野，拓展了思維能力。從期末總成績中可以看到教學(xué)效果有所提高，班級平均分提升了10分左右，如圖7所示。該教學(xué)設(shè)計可以有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力，提高創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。教師本身需要不斷地學(xué)習(xí)，提升自己的專業(yè)能力。教師可以將思維模式提升作為持續(xù)改進(jìn)的方向，探索在科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)工程創(chuàng)新思維能力的策略，技術(shù)結(jié)合學(xué)科知識進(jìn)一步提高學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4 結(jié) 論

采用多元化融合式通信原理課程教學(xué)設(shè)計，將信息技術(shù)、SIMULINK、情感共鳴式教學(xué)模式和多維評價機(jī)制相結(jié)合，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，豐富了教學(xué)資源，有效追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。以實(shí)現(xiàn)課程優(yōu)起來、課堂活起來、教師強(qiáng)起來、學(xué)生忙起來的目標(biāo)。在未來的教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索更有效的教學(xué)方法，不斷提高自身素養(yǎng)和教學(xué)水平。通過科學(xué)的教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生，激發(fā)他們的求知欲望，使他們獲得更強(qiáng)的自信和價值感，學(xué)生可以真正成為課堂的核心，展現(xiàn)出自己的潛力和能力，為未來的發(fā)展做好充分準(zhǔn)備。

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作者簡介：楊陽（1995—），女，漢族，寧夏吳忠人，助教，碩士，研究方向：信號傳輸與處理。