“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程數(shù)智化建設(shè)初探

摘 要 近年來(lái)，數(shù)字化、智能化的飛速發(fā)展深刻改變了人們的日常生活，而廣大高校教師也在教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)始大量探索數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用。文章針對(duì)“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)、建設(shè)現(xiàn)狀和問(wèn)題挑戰(zhàn)，以雨課堂和大語(yǔ)言模型為主要數(shù)智技術(shù)支撐平臺(tái)，從知識(shí)圖譜、題庫(kù)建設(shè)、智能助教、實(shí)踐教學(xué)、課程思政等方面進(jìn)行課程數(shù)智化建設(shè)的初步探索，以期有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，顯著提升課程教學(xué)質(zhì)效。

關(guān)鍵詞 數(shù)智化；課程建設(shè)；航空通信

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.34.033

Preliminary Exploration into the Digitization Construction of the Course

\"Aviation Communication Technology and Systems\"

ZHANG Bo， LI Taoyong， WEI Jiahua

（College of Information and Navigation， Air Force Engineering University， Xi'an， Shanxi 710000）

Abstract In recent years， the rapid development of digitization and intelligence has profoundly changed people's daily lives， and a large number of university teachers have also begun to explore the application of digital intelligence technology in their teaching activities. The article focuses on the characteristics， current construction status， and challenges of the \"Aviation Communication Technology and Systems\" course. Using Rain Classroom and Big Language Model as the main digital technology support platforms， the article explores the preliminary construction of course digitalization from multiple aspects such as knowledge graph， question bank construction， intelligent teaching assistants， practical teaching， and course ideological and political education， in order to effectively enhance students' learning initiative and significantly improve the quality and efficiency of course teaching.

Keywords digitization; curriculum development; aviation communication

如今，以數(shù)字技術(shù)和人工智能（AI）技術(shù)為代表的信息技術(shù)正經(jīng)歷著前所未有的高速發(fā)展，人們的生活方式隨之發(fā)生了深刻變革。具體到教育領(lǐng)域，教學(xué)范式正由傳統(tǒng)的“師生二元交互”逐步向“師生機(jī)三元交互”轉(zhuǎn)變。一方面，數(shù)智技術(shù)在課程資源建設(shè)、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)效果評(píng)估等多個(gè)方面為廣大教師減輕了工作負(fù)擔(dān)，使教師可以將寶貴的工作精力花在更需要?jiǎng)?chuàng)造性的教學(xué)活動(dòng)中[1]；另一方面，數(shù)智技術(shù)又為學(xué)生根據(jù)自身興趣和學(xué)力開(kāi)展生成式探究學(xué)習(xí)創(chuàng)造了極大的便利：個(gè)性化學(xué)習(xí)需求更受重視，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源更加豐富，靈活智能、實(shí)時(shí)交互的教學(xué)工具層出不窮……數(shù)智技術(shù)改變了教育者與受教育者的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)了教育公平，提高了教與學(xué)的質(zhì)量和效率[2]。

在數(shù)智化浪潮下，高等教育中的課程教學(xué)自然也要直面數(shù)智化帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[3-4]。近年來(lái)，軍內(nèi)外高校全面推進(jìn)課程的數(shù)智化建設(shè)工作，形成了大量的理論研究和實(shí)踐成果[5-8]。作為空軍院校通信工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生成為德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、專(zhuān)業(yè)化新型空軍通信人才的重要使命，亟須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)展數(shù)智化課程建設(shè)，以期更好地滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求、更加高效高質(zhì)地達(dá)成課程的教學(xué)目標(biāo)。

本文結(jié)合“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”這門(mén)課程的特點(diǎn)，以“學(xué)為中心、目標(biāo)導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”作為育人和教學(xué)理念，綜合分析課程現(xiàn)有資源條件、教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)、教學(xué)中的痛點(diǎn)問(wèn)題等方面的建設(shè)現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，明確課程的數(shù)智化建設(shè)需求，并以雨課堂和大語(yǔ)言模型為主要數(shù)智技術(shù)支撐平臺(tái)，基于線(xiàn)上并線(xiàn)下混合式教學(xué)模式，從知識(shí)圖譜、題庫(kù)建設(shè)、智能助教、實(shí)踐教學(xué)、課程思政等方面進(jìn)行課程數(shù)智化建設(shè)的初步探索，以期有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，顯著提升課程教學(xué)質(zhì)量。

1 "“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)

航空通信特指航空飛行器與其他通信終端之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ攀侄?，它在飛行安全中起到至關(guān)重要的作用。“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程按照“原理―技術(shù)―應(yīng)用”的思路進(jìn)行組織，既包括航空信道特性的分析和航空通信中的抗衰落、編碼調(diào)制、抗干擾、網(wǎng)絡(luò)接入等關(guān)鍵技術(shù)，又涵蓋典型航空通信系統(tǒng)的介紹。作為一門(mén)融合了“技術(shù)”與“系統(tǒng)”的專(zhuān)業(yè)核心課程，“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程在課程體系中起著承前啟后的橋梁作用，向前承接專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，向后又為具體航空通信裝備的操作運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程知識(shí)覆蓋范圍廣，理論性、專(zhuān)業(yè)性和綜合性強(qiáng)，并且具有鮮明的應(yīng)用導(dǎo)向性?！昂娇胀ㄐ偶夹g(shù)與系統(tǒng)”課程將問(wèn)題建模和系統(tǒng)分析的方法貫穿始終，注重培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)。

在教學(xué)過(guò)程中，一方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)要使學(xué)生掌握好這門(mén)課的基本理論知識(shí)；另一方面，為落實(shí)好“立德樹(shù)人、為戰(zhàn)育人”這一軍隊(duì)院校課程思政總目標(biāo)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還要從這門(mén)課程的特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生辨別分析技術(shù)與系統(tǒng)背后的邏輯和哲理，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義科學(xué)思維方式，同時(shí)通過(guò)讓學(xué)生充分了解航空通信的發(fā)展歷程，引導(dǎo)他們深入探究航空通信專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵與價(jià)值，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于航空通信專(zhuān)業(yè)的認(rèn)同感，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣與內(nèi)在動(dòng)力，最終促使其堅(jiān)定投身軍隊(duì)航空通信事業(yè)的決心。

2 "數(shù)智化建設(shè)需求分析

下面將從課程資源條件、教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)、教學(xué)痛點(diǎn)問(wèn)題三個(gè)方面綜合分析課程建設(shè)現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，從而明確本課程的數(shù)智化建設(shè)需求。

2.1 "課程資源條件

作為省級(jí)一流本科課程，在教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)的不斷建設(shè)下，“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”課程目前已經(jīng)建設(shè)完成了包括學(xué)堂在線(xiàn)慕課、公開(kāi)出版教材、標(biāo)準(zhǔn)化課件、習(xí)題/試卷庫(kù)、課程文獻(xiàn)資料庫(kù)等在內(nèi)的較為完備的數(shù)字化教學(xué)資源體系，可以為構(gòu)建數(shù)智化課程提供較為翔實(shí)的素材，這是數(shù)智化建設(shè)的根基所在。此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極進(jìn)行教學(xué)模式改革，積累了豐富有益經(jīng)驗(yàn)，這也為新一輪探索提供了人才支撐。

2.2 "教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)

課程的教學(xué)對(duì)象為通信工程專(zhuān)業(yè)的大三學(xué)生，這些學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)“信號(hào)與系統(tǒng)”“通信原理”等通用和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，但對(duì)于所學(xué)知識(shí)在專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中的地位和進(jìn)一步應(yīng)用缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)知，對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信理論的思考浮于表面，對(duì)于前沿科學(xué)技術(shù)的發(fā)展了解偏少。此外，學(xué)生對(duì)航空飛行和航空通信充滿(mǎn)好奇，但對(duì)空軍通信兵的實(shí)際工作缺少直觀感性認(rèn)識(shí)，獻(xiàn)身國(guó)防和專(zhuān)業(yè)認(rèn)同意識(shí)亟待加強(qiáng)。同時(shí)，作為網(wǎng)生一代，學(xué)生的覺(jué)悟?qū)π率挛镌敢夥e極嘗試，已經(jīng)在日常生活和學(xué)習(xí)中普遍使用AI工具，對(duì)其他各種信息化教學(xué)工具的接受認(rèn)可度也較高，他們內(nèi)心期望通過(guò)信息化手段提升學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和效率。

2.3 "教學(xué)痛點(diǎn)問(wèn)題

盡管教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)課程教學(xué)模式、教學(xué)、方法進(jìn)行著持續(xù)的改進(jìn)迭代，也嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂等形式，但總體上看，教學(xué)仍然是以“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的單向教授模式為主。在這一模式主導(dǎo)下，學(xué)生的課堂參與度受限，面對(duì)抽象復(fù)雜的概念原理容易感到疑惑迷茫，缺少高質(zhì)量的交流研討，其個(gè)性化學(xué)習(xí)需求無(wú)法得到充分滿(mǎn)足，這些都給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，影響了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

通過(guò)以上分析，課程的數(shù)智化建設(shè)需求可以得到明確，即利用數(shù)字技術(shù)和AI技術(shù)，構(gòu)建全面立體又即時(shí)鮮活的課程知識(shí)和資源數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)信息化教學(xué)平臺(tái)以及各種智能輔助工具，幫助學(xué)生充分鏈接知識(shí)體系和教學(xué)資源，提供師生間的線(xiàn)上交流平臺(tái)，精準(zhǔn)掌握學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，個(gè)性化地給予每位學(xué)生反饋建議和學(xué)習(xí)輔助，助力學(xué)生開(kāi)展實(shí)踐和創(chuàng)新活動(dòng)，精準(zhǔn)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3 "課程數(shù)智化建設(shè)初探

針對(duì)課程特點(diǎn)和數(shù)智化建設(shè)需求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以雨課堂和大語(yǔ)言模型為主要數(shù)智技術(shù)支撐平臺(tái)，從知識(shí)圖譜、題庫(kù)建設(shè)、智能助教、實(shí)踐教學(xué)、課程思政等方面開(kāi)展課程數(shù)智化建設(shè)的初步探索。

3.1 "知識(shí)圖譜

課程建設(shè)，內(nèi)容先行。知識(shí)圖譜是一種基于圖模型的結(jié)構(gòu)化、可視化知識(shí)組織工具，在當(dāng)前數(shù)智化課程建設(shè)中被經(jīng)常使用。數(shù)智平臺(tái)可以利用AI自動(dòng)對(duì)教師在課程教學(xué)過(guò)程中上傳的電子教材、課件、參考文獻(xiàn)等資源進(jìn)行解析處理和知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)，直接生成課程知識(shí)圖譜。教師可以對(duì)圖譜進(jìn)行二次編輯，對(duì)照課程大綱進(jìn)一步梳理完善知識(shí)體系（包含思政點(diǎn)），明確重難點(diǎn)和認(rèn)知維度，管理關(guān)聯(lián)教學(xué)資源，并利用圖譜拆解教學(xué)內(nèi)容、規(guī)劃教學(xué)實(shí)施路徑、高效完成備課工作。學(xué)生可以利用圖譜更加清楚地把握課程知識(shí)體系，理清知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，輔助理解和記憶，快速接入（知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的）文獻(xiàn)、習(xí)題等學(xué)習(xí)資源，根據(jù)個(gè)性需求規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、開(kāi)展自主學(xué)習(xí)。

3.2 "題庫(kù)建設(shè)

習(xí)題是檢測(cè)教學(xué)成效的重要手段，既能驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，又可為教師反饋學(xué)情從而及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。數(shù)智平臺(tái)支持教師將課程原先積累的習(xí)題集按照特定格式重新排版后批量導(dǎo)入，從而完成題庫(kù)的初始建設(shè)。新興的AI出題技術(shù)則能利用“通用AI大模型+課程電子文檔資料（教材、課件等）”高效率、高質(zhì)量地自動(dòng)生成指定數(shù)量、類(lèi)型和難度的習(xí)題，再輔以教師的審核檢查修改即可完成課程題庫(kù)的補(bǔ)充完善，從而提高了出題的靈活多變性，減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)。此外，在高度結(jié)構(gòu)化的題庫(kù)基礎(chǔ)上，數(shù)智平臺(tái)可以隨機(jī)抽題生成預(yù)習(xí)/課后作業(yè)、隨堂測(cè)驗(yàn)以及期中/期末考試的試題。試題的知識(shí)覆蓋面、重難點(diǎn)內(nèi)容以及試卷難度都能方便地按需定制，更加有力地支撐“教考分離”的實(shí)施。

3.3 "智能助教

智能助教本質(zhì)上是一個(gè)基于大語(yǔ)言模型的智能體。通過(guò)對(duì)知識(shí)庫(kù)輸入內(nèi)容（教材、課件、航空通信法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等電子文獻(xiàn)）的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，智能助教可以為學(xué)生提供實(shí)時(shí)的互動(dòng)答疑、作業(yè)輔導(dǎo)等服務(wù)。學(xué)生通過(guò)連續(xù)自主的“線(xiàn)上對(duì)話(huà)”，逐步加深對(duì)知識(shí)的理解。同時(shí)，教師可以對(duì)智能助教的問(wèn)答進(jìn)行調(diào)試反饋，從而持續(xù)優(yōu)化問(wèn)答的準(zhǔn)確度。此外，教師還可以通過(guò)添加插件來(lái)進(jìn)一步增加助教功能（例如生成匯報(bào)PPT、畫(huà)思維導(dǎo)圖、搜索文獻(xiàn)等），進(jìn)而滿(mǎn)足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，持續(xù)提升教與學(xué)的質(zhì)量。

3.4 "實(shí)踐教學(xué)

本課程的實(shí)踐教學(xué)包括信號(hào)級(jí)軟件仿真實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生使用MATLAB、Python、SystemView等仿真工具完成仿真程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)和調(diào)試運(yùn)行，而程序代碼生成正是AI大模型目前最為火熱的應(yīng)用領(lǐng)域之一，大量專(zhuān)業(yè)程序員已在工作中使用大模型輔助代碼編寫(xiě)。學(xué)生通過(guò)與大模型的交互問(wèn)答，可以高效地完成仿真環(huán)境搭建、仿真代碼編寫(xiě)、調(diào)試優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。大模型背后的海量代碼語(yǔ)料庫(kù)能夠支持學(xué)生根據(jù)自身學(xué)力和興趣完成各種個(gè)性化延伸實(shí)驗(yàn)。以MSK調(diào)制解調(diào)的仿真為例，學(xué)生可以通過(guò)簡(jiǎn)單的提示詞，指定大模型生成基本的MSK正交調(diào)制和相干解調(diào)代碼。在分析代碼注釋和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，學(xué)生還可以通過(guò)大模型進(jìn)一步生成非正交調(diào)制、非相干解調(diào)等不同版本的MSK仿真代碼，從而進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，深化提升對(duì)MSK的認(rèn)識(shí)。學(xué)有余力的學(xué)生還可以使用大模型生成可運(yùn)行在嵌入式無(wú)線(xiàn)電開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的代碼，進(jìn)行物理（硬件）信號(hào)實(shí)驗(yàn)。

3.5 "課程思政

現(xiàn)如今，知識(shí)圖譜還專(zhuān)門(mén)提供對(duì)課程思政方面的支持，教師可以編輯知識(shí)圖譜中每個(gè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的思政元素類(lèi)型（道德倫理、愛(ài)國(guó)主義、法治、社會(huì)責(zé)任、科學(xué)文化等）和具體融入方式，利用知識(shí)圖譜直觀可視的特點(diǎn)和規(guī)律發(fā)掘的能力不斷優(yōu)化課程思政的體系化設(shè)計(jì)。此外，大模型強(qiáng)大的智能搜索能力可以幫助教師從互聯(lián)網(wǎng)上自動(dòng)搜集思政素材。例如配置一個(gè)智能體定期抓取軍事融媒體平臺(tái)上發(fā)布的資訊，解析搜尋其中與航空通信相關(guān)的內(nèi)容，隨后匯集推送給教師。

4 "結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的積極探索嘗試下，“航空通信技術(shù)與系統(tǒng)”初步展開(kāi)由“普通課程”向“數(shù)智化課程”的轉(zhuǎn)型之路，教師和學(xué)生都能從中獲益。值得注意的是，發(fā)展迅猛的數(shù)智技術(shù)今天仍然存在諸多不足之處，例如，在問(wèn)題理解上缺乏深度，所生成的答案有時(shí)質(zhì)量不佳，甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤。因此，作為數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用探索者，廣大教師應(yīng)當(dāng)緊盯數(shù)智技術(shù)的前沿進(jìn)展，在教學(xué)活動(dòng)中持審慎態(tài)度和批判思維，積極擁抱變革，大膽進(jìn)行創(chuàng)新嘗試。

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