“五融合”式通信原理教學(xué)改革研究

摘 要 通信原理課程是應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課，在專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的重要作用。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)踐能力的需求，為破解該課程在傳統(tǒng)教學(xué)中的困境，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中構(gòu)建了“思教”“科教”“創(chuàng)教”“虛實(shí)”“多元評(píng)價(jià)”的“五融合”式教學(xué)模式，以落實(shí)立德樹(shù)人的教學(xué)目標(biāo)、提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及其分析和解決通信工程中基本問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革;課程思政;通信原理

自2019年教育部發(fā)布“雙萬(wàn)計(jì)劃”[1]以來(lái)，國(guó)家級(jí)一流課程建設(shè)數(shù)量已經(jīng)過(guò)萬(wàn)。為全面振興自治區(qū)本科教育，立足適應(yīng)國(guó)家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的人才培養(yǎng)目標(biāo)，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極思考如何實(shí)施教學(xué)改革、優(yōu)化重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容與課程體系，有效建設(shè)一流本科課程。通信原理課程是應(yīng)用物理（嵌入式方向）專(zhuān)業(yè)學(xué)生的核心專(zhuān)業(yè)課，在應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。相較于信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)，應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生存在軟件基礎(chǔ)薄弱、對(duì)理論推導(dǎo)的興趣度不高、創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、價(jià)值引領(lǐng)不足等諸多問(wèn)題。雖然在通信原理課程建設(shè)發(fā)展初期，已經(jīng)進(jìn)行了一定程度的教學(xué)改革，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起，仍然無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)踐能力的需求。因此，在一流課程建設(shè)背景下，基于目前存在的諸多問(wèn)題，課題組以包頭師范學(xué)院應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)的通信原理課程為例，嘗試深入研究 “思教” “科教”“創(chuàng)教” “虛實(shí)” “多元評(píng)價(jià)”的“五融合”式教學(xué)模式。其中“思教”融合能夠激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)對(duì)國(guó)家的認(rèn)同感和責(zé)任感; “科教”和“創(chuàng)教”融合能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，學(xué)生通過(guò)參與科研和創(chuàng)新項(xiàng)目可以將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐; “虛實(shí)”融合能夠提高學(xué)生解決和分析問(wèn)題的能力;“多元評(píng)價(jià)”能夠及時(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)的情況，促使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的過(guò)程進(jìn)行反思和總結(jié)。

1 “五融合”式教學(xué)改革實(shí)踐與研究

1.1 “思教”融合

當(dāng)前社會(huì)正處于快速變革時(shí)期，不同文化、社會(huì)背景的學(xué)生擁有不同的價(jià)值觀念，這使得大學(xué)生的價(jià)值觀呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。大學(xué)生正處于世界觀、人生觀、價(jià)值觀形成的關(guān)鍵時(shí)期，高等教育對(duì)大學(xué)生價(jià)值觀的形成和塑造具有重要作用。為了讓學(xué)生形成健康的價(jià)值觀、增強(qiáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、提高社會(huì)責(zé)任感，以及幫助大學(xué)生更好地面對(duì)會(huì)問(wèn)題，我們?cè)谡n程中以專(zhuān)題知識(shí)模塊為單元挖掘思政元素，建立思政教學(xué)庫(kù)，讓學(xué)生在理解知識(shí)體系的同時(shí)融入思政教育。本課程的思政教育從三個(gè)方面進(jìn)行，第一，從教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行思政教育，讓學(xué)生掌握科學(xué)方法;第二，從教師自身和日常行為進(jìn)行思政教育，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和良好的習(xí)慣;第三，從課程內(nèi)容背景進(jìn)行思政教育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，讓學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)，追求科學(xué)，樹(shù)立正確三觀，同時(shí)提升思辨能力和審美等等。將學(xué)生關(guān)心的社會(huì)熱點(diǎn)、國(guó)內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)的最新進(jìn)展引入思政教育，如華為事件、華為麒麟芯片、北斗導(dǎo)航技術(shù)、5G 新技術(shù)、墨子號(hào)量子衛(wèi)星等[2-4]，這將進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生們的民族自信心和自豪感，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷的同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，減少學(xué)生的畏難情緒。

1.2 “科教”融合

“科教”融合本質(zhì)是通過(guò)科學(xué)研究和教育教學(xué)的深度融合來(lái)實(shí)現(xiàn)資源共享，從而推動(dòng)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升和科研創(chuàng)新的發(fā)展。課題組支持有一定基礎(chǔ)和潛力的本科生參與科研課題的研究，組建“導(dǎo)師+學(xué)生”的項(xiàng)目式團(tuán)隊(duì)，通過(guò)項(xiàng)目引領(lǐng)課程教學(xué)，用科研資源反哺本科教育工作;在教學(xué)中通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂完成探究性主題任務(wù)，布置如PAM編譯碼器的設(shè)計(jì)、模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部分響應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、音頻信號(hào)的譜分析及其去噪、抑制載波雙邊帶條幅及其解調(diào)的實(shí)現(xiàn)等主題任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生以小組形式完成，鍛煉學(xué)生小組協(xié)助的能力、加強(qiáng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。分組學(xué)習(xí)由 “主題—計(jì)劃—實(shí)施—展示”四個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中“主題”是課前設(shè)定的主題任務(wù)和要求;“計(jì)劃”是小組協(xié)作制定的實(shí)施方案;“實(shí)施”是以小組為單位完成知識(shí)建構(gòu);“展示”是以小組為單位進(jìn)行成果展示，同時(shí)接受其他小組的評(píng)價(jià)和教師的反饋，分析小組成果，反思和查找不足，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[5]。以“科教”融合發(fā)展為指導(dǎo)，學(xué)院建設(shè)了“物理教育本碩一體化教學(xué)訓(xùn)練基地”，并發(fā)展成為面向社會(huì)的“物理科普教育基地”，形成了服務(wù)本科、碩士以及地區(qū)中小學(xué)師生的“物理學(xué)科教育基地”，以加強(qiáng)科學(xué)啟蒙教育。定期與中小學(xué)教師交流互訪，通過(guò)多種聘用形式，建立兼職相結(jié)合“大學(xué)中小學(xué)”合作的“科教”融合的師資隊(duì)伍，鼓勵(lì)教師進(jìn)入中小學(xué)講學(xué)授課或指導(dǎo)學(xué)生發(fā)展，支持大學(xué)與中小學(xué)組建教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合開(kāi)展課題研究。

1.3 “創(chuàng)教”融合

“創(chuàng)教”融合是指將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專(zhuān)業(yè)教育相結(jié)合的過(guò)程[6]。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)院設(shè)立大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，先后獲得國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利3項(xiàng)，獲得自治區(qū)挑戰(zhàn)杯金獎(jiǎng)1項(xiàng)、銀獎(jiǎng)3項(xiàng)。通過(guò)以賽促教實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)教”融合，學(xué)生組建開(kāi)發(fā)小組，如在完成基于Web的視頻傳輸系統(tǒng)、信道建模、抽樣系統(tǒng)等通信仿真的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生帶著項(xiàng)目中待解決的問(wèn)題有目的地自主學(xué)習(xí)，以競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)推動(dòng)課程教學(xué)，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。圍繞大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”，物理學(xué)院與上海杰普軟件科技公司實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)共建、校企合作辦學(xué)。依托校企合作，形成人才培養(yǎng)的資源共享，教學(xué)中引入多項(xiàng)嵌入式通信模塊教學(xué)案例，讓學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)方向有充足的認(rèn)識(shí)和理解。

1.4 “虛實(shí)”融合

由于純理論化的教學(xué)缺乏實(shí)際應(yīng)用和感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生比通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒，沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，構(gòu)建 “虛實(shí)”融合的模式，使用“實(shí)驗(yàn)平臺(tái)+仿真”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境輔助理論教學(xué)，例如在數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)采用Matlab仿真法教學(xué)[7]，在Matlab中通信仿真可以調(diào)用Simulink模塊，該模塊是將常用的調(diào)制技術(shù)集成的理論模型，可幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，同時(shí)，一些Simulink里沒(méi)有的模塊，可以用m 文件實(shí)現(xiàn)，學(xué)生在使用軟件時(shí)候既能加深對(duì)知識(shí)的理解又能提高編程的能力。實(shí)驗(yàn)部分在原來(lái)的驗(yàn)證性的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了提高型、綜合型、創(chuàng)新型的進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)，逐步提高學(xué)生的基本專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，提升學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

1.5 “多元評(píng)價(jià)”融合

成績(jī)考核有平時(shí)考核和期末考核（閉卷考試）兩個(gè)環(huán)節(jié)，為強(qiáng)化過(guò)程性評(píng)價(jià)，加大平時(shí)考核比例，設(shè)置平時(shí)成績(jī)占60%和期末考核40%。其中平時(shí)成績(jī)包括：線上視頻、閱讀和測(cè)試（共占比30%）;分組學(xué)習(xí)（占比10%）;作業(yè)（占比30%）、課堂討論（占比10%）和章節(jié)測(cè)試（占比20%）。學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)從素質(zhì)、知識(shí)和技能三方面歸類(lèi)。素質(zhì)以學(xué)習(xí)態(tài)度、溝通和創(chuàng)新精神為要素，依據(jù)課堂討論表現(xiàn)、小組學(xué)習(xí)匯報(bào)，自主學(xué)習(xí)等方面給出評(píng)價(jià);知識(shí)以作業(yè)、測(cè)試為依據(jù)給出評(píng)價(jià);技能以課堂練習(xí)、討論和完成論文等為依據(jù)給出評(píng)價(jià)。在成績(jī)考核中也加入學(xué)生自行評(píng)價(jià)，比如分組成績(jī)由自評(píng)（25%）+組內(nèi)互評(píng)（25%）+組間互評(píng)（25%）+教師評(píng)價(jià)（25%）組成，提高學(xué)生評(píng)價(jià)參與度，學(xué)生可以感受到自己在學(xué)習(xí)中的價(jià)值和重要性，從而激發(fā)他們對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和熱情。具體評(píng)價(jià)通過(guò)目標(biāo)達(dá)成度量化考核。

目標(biāo)達(dá)成度是由直接和間接定量評(píng)價(jià)，依據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)矩陣的分目標(biāo)1、2、3，以0.6×平時(shí)成績(jī)+0.4×期末成績(jī)來(lái)計(jì)算量化達(dá)成度;通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行間接評(píng)價(jià)，通過(guò)反饋進(jìn)行階段反思與改進(jìn)。以2023年應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)評(píng)價(jià)為例，經(jīng)過(guò)改革后該課程的總體目標(biāo)達(dá)成度為 85%。分目標(biāo)1（知識(shí)）的達(dá)成度為87%，具體為直接達(dá)成度86%×0.8+間接達(dá)成度93%×0.2。通過(guò)課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)試和期末考試等情況進(jìn)行考核量化評(píng)價(jià)學(xué)生知識(shí)目標(biāo)，依據(jù)目標(biāo)達(dá)成度大部分學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述通信系統(tǒng)的基本概念，模擬和數(shù)字調(diào)制、模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸過(guò)程，同步原理等基本知識(shí)。分目標(biāo)2（技能）的達(dá)成度為78%。具體為直接達(dá)成度75%×0.8+間接達(dá)成度92%×0.2。通過(guò)小論文、話(huà)題討論、期末考核的計(jì)算和簡(jiǎn)答等環(huán)節(jié)的量化值考查學(xué)生的應(yīng)用能力，由目標(biāo)達(dá)成度2可見(jiàn)，學(xué)生能夠應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題仍然存在不足。此外，須加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)理解，進(jìn)一步提高解決問(wèn)題的能力。分目標(biāo)3（素質(zhì)）的達(dá)成度為89%，具體為直接達(dá)成度88%×0.8+間接達(dá)成度92%×0.2。通過(guò)小組學(xué)習(xí)、線上自學(xué)、思維導(dǎo)圖量化評(píng)價(jià)學(xué)生的素質(zhì)能力目標(biāo)，目標(biāo)3的達(dá)成度說(shuō)明學(xué)生能夠樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的理念，能運(yùn)用批判性思維分析和處理實(shí)際問(wèn)題，具有創(chuàng)新意識(shí)，為進(jìn)一步從事科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。課程目標(biāo)達(dá)成度直接評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示，間接評(píng)價(jià)通過(guò)問(wèn)卷評(píng)分得出。

經(jīng)過(guò)對(duì)課程目標(biāo)的考核和統(tǒng)計(jì)，本課程目標(biāo)達(dá)成情況如圖1所示。

2 改革成效

我們依托各大平臺(tái)開(kāi)放的大量?jī)?yōu)質(zhì)在線資源，結(jié)合具體學(xué)情特點(diǎn)，在實(shí)施一系列教學(xué)改革措施后，近三年學(xué)生評(píng)價(jià)分別為98.24分、96.93分和98.22分。2023年學(xué)生評(píng)價(jià)居物理學(xué)院第一，學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)中平均分、及格率和優(yōu)秀率逐年增高，同時(shí)應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生也積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽等實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合素質(zhì)也得到提升。如今，融合式教學(xué)改革得到普遍認(rèn)同，教學(xué)理念得到了更新，教學(xué)質(zhì)量得到了提升，教學(xué)資源得到了優(yōu)化，教學(xué)改革在各個(gè)方面都取得了進(jìn)步。盡管成效顯著，但仍存在一些問(wèn)題，如理論教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有效結(jié)合不夠，培訓(xùn)資源不足，教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展受限。針對(duì)這些問(wèn)題與挑戰(zhàn)，我們需要繼續(xù)深化教育改革，加強(qiáng)教師培訓(xùn)和教育資源投入。同時(shí)，我們還需要進(jìn)一步探索符合時(shí)代要求和學(xué)生需求的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方式，為培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才作出貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

面向社會(huì)人才新要求，通信原理課題組嘗試開(kāi)展“五融合”式特色化教學(xué)：利用“思教”“科教”“創(chuàng)教”“虛實(shí)”和“多元評(píng)價(jià)”的“五融合”式的教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)多維度、多視野、多層次的教學(xué)改革并取得了顯著成效。這些改革實(shí)踐有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，提高教育質(zhì)量。然而，教育改革是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，需要不斷地探索與實(shí)踐。隨著教育理念的更新，教學(xué)改革也更加注重學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展和差異化教學(xué)。線上線下相結(jié)合的多樣化的學(xué)習(xí)路徑能夠滿(mǎn)足學(xué)生的個(gè)性化需求，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)習(xí)慣，選擇適合自己的學(xué)習(xí)方式;同時(shí)，我們依托校企合作，開(kāi)展了一系列實(shí)踐項(xiàng)目，通過(guò)校內(nèi)外聯(lián)動(dòng)來(lái)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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