唐 云 張文昭

（湖南科技學(xué)院 電子研究所，湖南 永州 425199）

《現(xiàn)代通信原理》課程是高等院校電子信息類專業(yè)及通信工程專業(yè)本科生的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，是主干課程之一。然而，該課程涵蓋內(nèi)容之多、知識(shí)面之廣，涉及隨機(jī)過(guò)程、復(fù)變函數(shù)與積分變換、信息論、信號(hào)與系統(tǒng)等多方面的知識(shí)，并且概念抽象、理論性強(qiáng)、原理復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往感到吃力和乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，造成學(xué)習(xí)后勁與動(dòng)力不足。因此，為了讓學(xué)生更容易學(xué)好和更喜愛(ài)這門課程，把握現(xiàn)代通信原理，掌握必要的通信工程技能，必須從教師自身入手，從教學(xué)上予以探究，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考評(píng)方式上予以改革。筆者認(rèn)為，運(yùn)用CDIO大工程教育模式是探討此課程教學(xué)改革的有效之法。

1 CDIO教育模式的內(nèi)涵

CDIO教育模式是大學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的一種工程教育模式。CDIO是“構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）”四個(gè)詞組的英文縮寫，這四個(gè)詞組有序地聯(lián)在一起，其含義是指以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體的工程人才培養(yǎng)教育模式[1]。這種教育模式是基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人才能力對(duì)接的需求，于 2000年由美國(guó)麻省理工學(xué)院等四所高校聯(lián)合研究而提出來(lái)的。它囊括了學(xué)生四個(gè)層面的能力培養(yǎng)：一是專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的把握能力，包括基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)、核心工程基礎(chǔ)知識(shí)、高級(jí)工程基礎(chǔ)知識(shí)等；二是個(gè)人素質(zhì)的拓展能力，包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題、系統(tǒng)思維、個(gè)人技能和職業(yè)技能等；三是團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)的合作能力，包括團(tuán)隊(duì)精神、交流溝通、興趣指向、學(xué)識(shí)水平等；四是CDIO工程的理順能力，包括外部和社會(huì)環(huán)境、企業(yè)與商業(yè)環(huán)境、構(gòu)想與工程系統(tǒng)、設(shè)計(jì)與規(guī)劃系統(tǒng)、實(shí)施與周期系統(tǒng)、運(yùn)作與問(wèn)題系統(tǒng)等。

CDIO教育模式的根本點(diǎn)是建立問(wèn)題探究式學(xué)習(xí)方式。這種學(xué)習(xí)方式是以工程項(xiàng)目為平臺(tái)，以實(shí)物為主線，倡導(dǎo)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)性。也就是說(shuō)，讓學(xué)生在具體項(xiàng)目上自主地提出問(wèn)題，找到解決問(wèn)題的方法，形成合作、互動(dòng)、追源、查因的探究式學(xué)習(xí)方式。這種問(wèn)題探究式學(xué)習(xí)方式是通過(guò)工程項(xiàng)目的選取、情景氛圍的創(chuàng)設(shè)、協(xié)作互動(dòng)的開展，從而促使學(xué)生自覺(jué)地運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識(shí)，有效組合個(gè)人、團(tuán)隊(duì)、環(huán)境等各種因素來(lái)實(shí)現(xiàn)的；是通過(guò)一種具體的情景模式，在準(zhǔn)確理解、分析、判斷問(wèn)題的基礎(chǔ)上打造出來(lái)的；是通過(guò)工程項(xiàng)目的具體制作，在縱橫交錯(cuò)的多學(xué)科多維度融合的理論與實(shí)踐活動(dòng)中展開的。這種工程教育模式，不僅促進(jìn)了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的緊密結(jié)合，而且更是人才智慧的培養(yǎng)之窗。這種工程教育的人才培養(yǎng)理念在國(guó)際上獲得了廣泛的共識(shí)。

CDIO教育模式的核心路徑是教學(xué)的實(shí)踐性。這種教學(xué)模式最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是以項(xiàng)目為學(xué)習(xí)中心。倡導(dǎo)在項(xiàng)目中“做”，在項(xiàng)目中“學(xué)”，在項(xiàng)目中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在項(xiàng)目中提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這種教育模式，強(qiáng)調(diào)的是課程實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，是教師對(duì)工程項(xiàng)目的篩選與引導(dǎo)，是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中動(dòng)手能力的培養(yǎng)。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，既需要理論的整合，又需要實(shí)驗(yàn)的支撐。也就是說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上把握理論，再在理論的整合上指導(dǎo)實(shí)踐操作。這個(gè)過(guò)程的每一步都離不開教師“教”的實(shí)踐與學(xué)生“學(xué)”的實(shí)踐性。實(shí)踐性是CDIO教育模式的核心所在。

2 傳統(tǒng)通信原理教學(xué)模式存在的問(wèn)題

《通信原理》是理論與實(shí)踐性極強(qiáng)的一門課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在的最大問(wèn)題就是忽視了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐活動(dòng)。具體表現(xiàn)為：教學(xué)活動(dòng)中以理論闡釋理論，以知識(shí)灌輸替代自主思考，以考卷分?jǐn)?shù)高低評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)優(yōu)劣。

（1）在課程教法上的理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)

傳統(tǒng)教學(xué)法是依據(jù)通信原理教材模塊組織教學(xué)。其教材版本的設(shè)計(jì)，注重的只是理論學(xué)習(xí)，忽視了實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)。課堂上，教師依照教材往往花費(fèi)課堂的全部時(shí)間去講解基本概念，推導(dǎo)繁瑣的數(shù)理公式，實(shí)際上是在以理論闡釋理論。教師所傳授的概念知識(shí)、公式推導(dǎo)和學(xué)生課后的練習(xí)，與通信原理課要解決的實(shí)際問(wèn)題不配套、相脫離。通信原理課程的重點(diǎn)應(yīng)該是運(yùn)用數(shù)理結(jié)論、方法，設(shè)計(jì)出通信工程項(xiàng)目和項(xiàng)目流線。要達(dá)到這一目標(biāo)，必須要依據(jù)形象的、實(shí)實(shí)在在的真實(shí)感知項(xiàng)目，讓學(xué)生浸泡在通信原理的情境模式中，設(shè)法構(gòu)造“想象”的真實(shí)；必須要運(yùn)用具體實(shí)例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)，得出原理。因此，如何將書本上的理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，以實(shí)驗(yàn)過(guò)程得出理論結(jié)論，這才是最重要的。

（2）在知識(shí)傳授上的教師與學(xué)生難以互動(dòng)

傳統(tǒng)教學(xué)法是教師的單向性。課堂上，教師只能依據(jù)教材單純灌輸通信工程的原理知識(shí)，學(xué)生只能是被動(dòng)地去接受，根本發(fā)揮不了學(xué)生把握知識(shí)的積極性和主動(dòng)性。美國(guó)教育家約翰·杜威（John Dowey.1859-1952）指出，在整個(gè)學(xué)校生活與教學(xué)中學(xué)生必須成為積極主動(dòng)的參與者，而教師則是學(xué)生活動(dòng)的協(xié)助者[2]。根據(jù)這一觀點(diǎn)，這就需要教師將教學(xué)信息由“單工”傳輸方式轉(zhuǎn)化為“全雙工”傳輸方式。教師作為信源時(shí)，需要合理設(shè)計(jì)課堂、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)，把教學(xué)內(nèi)容搬移到學(xué)生最容易提取信息的“頻帶”上，盡量以遞增的方式增加項(xiàng)目流程知識(shí)，借助信源的相關(guān)性，減少單向傳輸量。只有在實(shí)驗(yàn)操作中被理解的知識(shí)才是真正被譯出的信息，這才成為學(xué)生自己的知識(shí)。否則，單向灌輸?shù)臇|西只是暫存在學(xué)生的存儲(chǔ)區(qū)中。應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室條件，盡量引導(dǎo)學(xué)生自己給出結(jié)論，教師循序漸進(jìn)地追問(wèn)為什么。這樣，才可能達(dá)到開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)智慧的目的。

（3）在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)上的不科學(xué)性導(dǎo)致人才培養(yǎng)目標(biāo)的難以實(shí)現(xiàn)

正確而科學(xué)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方式，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)不同的科目采取不同的評(píng)價(jià)法。傳統(tǒng)的通信原理課程評(píng)價(jià)法只是單一的試卷考試法。這種統(tǒng)一的格式規(guī)范法，教師只看到了試卷分?jǐn)?shù)的高低，則難以判斷學(xué)生能力的強(qiáng)弱。通信原理這門課程應(yīng)側(cè)重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，應(yīng)該采取考核評(píng)價(jià)方式。因?yàn)檫@門課程不只是知識(shí)的記憶，而是知識(shí)的應(yīng)用。應(yīng)設(shè)置通信工程項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室具體操作中予以作答，從項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行過(guò)程的最優(yōu)化實(shí)踐上來(lái)判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力優(yōu)劣。如何知道通信工程教師的“教學(xué)”方案是一個(gè)比較佳的設(shè)計(jì)？學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與應(yīng)用能力是否得到了提升？傳統(tǒng)的筆試是難以評(píng)價(jià)出來(lái)的。在傳統(tǒng)的教育背景下，學(xué)生幾乎沒(méi)有受到項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，導(dǎo)致高校人才培養(yǎng)和企業(yè)人才需求上的脫鉤[4]。

3 CDIO理念下的現(xiàn)代通信原理教學(xué)改革構(gòu)想

CDIO教育模式是大工程理念下的人才培養(yǎng)模式，是與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的人才能力培養(yǎng)的對(duì)接，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效路徑。現(xiàn)代通信原理課程是實(shí)現(xiàn)CDIO教育目標(biāo)的紐帶，其教學(xué)過(guò)程亟需改革。

（1）教學(xué)內(nèi)容的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)內(nèi)容是 CDIO模式教育的首要任務(wù)。第一，應(yīng)構(gòu)建出一個(gè)連貫有序的通信方向課程體系。這個(gè)課程體系應(yīng)遵循CDIO規(guī)則，按照工程項(xiàng)目全生命周期的要求，依據(jù)通信知識(shí)的全方向體系來(lái)組織“教”、組織“學(xué)”、組織“做”。在構(gòu)建通信方向課程體系的過(guò)程中，特別要突出課程之間的關(guān)聯(lián)性和專業(yè)的目標(biāo)性來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)。經(jīng)我們充分討論研究，通信方向課程體系如圖1所示。

圖1 通信方向的課程體系

（圖中課程內(nèi)容上方的數(shù)字代表開設(shè)的學(xué)期）

按照新組建的通信方向體系進(jìn)行教學(xué)，既便于學(xué)生掌握通信知識(shí)之間的聯(lián)系性，又便于學(xué)生運(yùn)用通信知識(shí)解決綜合性問(wèn)題。同時(shí)更促使學(xué)生在不同典型模塊比較中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，建立起通信技術(shù)知識(shí)體系。

第二，精選典型模塊，強(qiáng)化知識(shí)運(yùn)用。依據(jù)通信方向的連貫性，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)以信號(hào)的傳遞流程為主線，精選出典型通信模塊，逐步展開技術(shù)實(shí)現(xiàn)的分析，讓學(xué)生在不同典型的通信模塊中把握技術(shù)要領(lǐng)。

（2）教學(xué)方法與手段的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)方法與手段是 CDIO模式教育的必然要求。第一，必須打造教學(xué)團(tuán)隊(duì)的工程實(shí)踐能力。要把CDIO教育模式引入通信課程的教學(xué)當(dāng)中，教師必須通過(guò)工程項(xiàng)目和典型通信技術(shù)案例等方法，將理論知識(shí)與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目關(guān)聯(lián)起來(lái)，教師除了有系統(tǒng)的理論知識(shí)外，還要有相當(dāng)豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。提升任課教師工程實(shí)踐能力，學(xué)校應(yīng)建立企業(yè)實(shí)踐基地，鼓勵(lì)任課教師利用寒暑假到對(duì)口單位參加工程實(shí)踐。

第二，必須使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相得益彰。在課堂教學(xué)中，教師不僅要講清通信理論的基本點(diǎn)，更要把課堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。在闡釋有關(guān)通信理論時(shí)應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室條件，穿插配套實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

圖2 理論教學(xué)內(nèi)容與配套實(shí)驗(yàn)

在圖中可見，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成并行開展的。通過(guò)軟件仿真、硬件實(shí)驗(yàn)及軟硬組合實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)通信原理中基本概念的理解。

第三，必須“走出去，請(qǐng)進(jìn)來(lái)”。走出去是指把學(xué)生帶到對(duì)口企業(yè)中，通過(guò)企業(yè)通信工程制作的具體觀摩，讓學(xué)生進(jìn)一步深化通信原理的把握；請(qǐng)進(jìn)來(lái)是指邀請(qǐng)對(duì)口企業(yè)的工程師來(lái)校講學(xué)，讓學(xué)生著重了解在一個(gè)工程項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作的全過(guò)程中需要些什么，自己還缺什么。從而達(dá)到自我培養(yǎng)的目的。

（3）教學(xué)考評(píng)方式的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)考評(píng)方式是 CDIO模式教育的核心選擇。第一，依據(jù)教師教案設(shè)置的科學(xué)性評(píng)價(jià)教學(xué)。通信原理教學(xué)重在學(xué)生對(duì)各門通信技術(shù)知識(shí)信號(hào)的把握，教師的教學(xué)效果很大程度上取決于教案的設(shè)計(jì)，因?yàn)榻贪甘侵R(shí)傳授的實(shí)施方案，是傳授的依據(jù)，通過(guò)教案的觀摩可檢測(cè)出教師對(duì)知識(shí)闡釋的表里、深淺、優(yōu)劣。

第二，依據(jù)教師對(duì)課外活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的組織評(píng)價(jià)教學(xué)。任課教師是否組建了課程學(xué)習(xí)小組，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中是否以團(tuán)隊(duì)為單位，是否加了學(xué)生協(xié)作能力的培育，是否調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主解決問(wèn)題的積極性。這個(gè)過(guò)程是考評(píng)教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。

第三，依據(jù)學(xué)生的應(yīng)用能力強(qiáng)弱來(lái)考核評(píng)價(jià)成績(jī)的優(yōu)劣。學(xué)生對(duì)這門課程的期末成績(jī)，不能憑一套試卷考分高低來(lái)判斷，而應(yīng)該通過(guò)一個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程的優(yōu)劣來(lái)評(píng)定。比如，為了讓學(xué)生掌握數(shù)字通信系統(tǒng)各模塊的實(shí)現(xiàn)方法，我們?cè)O(shè)計(jì)了信源編碼、信道編碼及數(shù)字調(diào)制3個(gè)模塊的項(xiàng)目對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力進(jìn)行考核，如圖3，效果很好。

圖3 課程設(shè)計(jì)與數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)系

單單采用傳統(tǒng)的試卷考試形式，會(huì)束縛學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且無(wú)法很好地考查學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力，因此，可以采取多種考查方式，如口試、演講、提交論文等形式。

經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的試點(diǎn)教學(xué)，基于CDIO教育理念的《現(xiàn)代通信原理》課堂教學(xué)改革，能有效地解決理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力有所提升，遇到問(wèn)題時(shí)也學(xué)會(huì)了相互協(xié)作，同時(shí)教師的業(yè)務(wù)水平也比以往有了更大的提高。

[1]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國(guó)高教研究,2009,(5):86.

[2]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1.

[3]王建波,鄭世旺.《通信原理》的系統(tǒng)教學(xué)法[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011,27(6):123.

[4]王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國(guó)電力教育,2009,(6):11-12.