李紅巖

【摘 要】在中國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，畢業(yè)要求的核心是學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。本文以“通信原理”中具體的知識(shí)點(diǎn)為例，緊扣工程教育中的復(fù)雜工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決來(lái)開(kāi)展課堂教學(xué)，進(jìn)行了課堂教學(xué)方法的有益探索和實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】通信原理；教學(xué)；復(fù)雜工程問(wèn)題

在我院電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中，通信原理課程是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于復(fù)雜工程問(wèn)題的識(shí)別、表達(dá)、分析和解決，并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生通信理論分析與綜合應(yīng)用能力有著非常重要的作用。該課程系統(tǒng)地介紹點(diǎn)到點(diǎn)通信系統(tǒng)的基本知識(shí)框架，使學(xué)生了解通信系統(tǒng)的基本概念、工作原理、主要技術(shù)及基本分析方法，掌握通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成，對(duì)模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)的工作原理具備系統(tǒng)的分析能力，了解技術(shù)指標(biāo)及改善系統(tǒng)性能的基本技術(shù)措施，為后繼課程的學(xué)習(xí)及將來(lái)從事相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。

工程教育認(rèn)證是來(lái)源于國(guó)外的教育質(zhì)量評(píng)價(jià)制度，目前是國(guó)際通行的高校工程專業(yè)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)評(píng)估的重要手段， 基于此可以實(shí)現(xiàn)工程教育領(lǐng)域各國(guó)之間的互相認(rèn)可。 開(kāi)展工程教育認(rèn)證，能夠推進(jìn)高校工程類專業(yè)的國(guó)際化，增強(qiáng)本校工程專業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，并能夠保證工科畢業(yè)生的質(zhì)量，對(duì)我國(guó)高等教育和工程教育的進(jìn)展有著重要意義。

通過(guò)學(xué)習(xí)工程認(rèn)證的核心理念和認(rèn)證考核標(biāo)準(zhǔn)，本文作者反思了“通信原理”課程的課堂教學(xué)中存在的問(wèn)題，主要包括以下幾點(diǎn)：1）在當(dāng)前的教學(xué)大綱中，每一章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)大多設(shè)定為學(xué)生對(duì)重要概念和重要通信理論的識(shí)記和理解，而沒(méi)有考慮學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中如何提高分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力的；2）在教學(xué)內(nèi)容的安排和組織方面，側(cè)重于數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)或計(jì)算，對(duì)公式提出的背景、公式隱含的物理意義缺乏深刻的講解和剖析，導(dǎo)致學(xué)生知其然而不知其所以然，甚至有些數(shù)學(xué)程度差的學(xué)生可能因?yàn)楣酵茖?dǎo)的障礙而失去對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)興趣；3）課堂教學(xué)的主體仍然是老師，上課以老師講學(xué)生聽(tīng)為主，過(guò)于強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容編排的邏輯性和完整性，而沒(méi)有對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)的接受能力和易于接受的方式進(jìn)行考量分析，在講解一些重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)時(shí)由于缺少學(xué)生的積極參與而效果不佳；4）為了幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，通常布置一定量的課后習(xí)題，要求學(xué)生完成作業(yè)。但課外作業(yè)的目的仍然是考查學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解、識(shí)記或計(jì)算能力，缺乏生動(dòng)的能調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的課外練習(xí)?？傊?，當(dāng)前的通信原理課堂教學(xué)中還存在較多的問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在不利于提高學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，因此亟待引入新的教學(xué)理念和教學(xué)方法。

中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)2015年3月修訂的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，提到了“復(fù)雜工程問(wèn)題”具備的特征，畢業(yè)要求的每個(gè)條目都圍繞復(fù)雜工程問(wèn)題展開(kāi)。本文以“通信原理”中碼間干擾知識(shí)點(diǎn)為例，緊扣工程教育中的復(fù)雜工程問(wèn)題講解，進(jìn)行了課堂教學(xué)方法的有益探索和實(shí)踐。

碼間干擾是數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)數(shù)字基帶系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)傳輸特性不理想造成信號(hào)脈沖展寬，對(duì)相鄰信號(hào)碼元的判決帶來(lái)的干擾。碼間干擾是通信原理課程的重要知識(shí)點(diǎn)，是要求學(xué)生重點(diǎn)掌握的內(nèi)容。在工程認(rèn)證畢業(yè)要求的指引下，本文嘗試從解決復(fù)雜工程問(wèn)題的角度展開(kāi)來(lái)講解該知識(shí)點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。具體而言，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行課堂教學(xué)內(nèi)容的組織。

1 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)碼間串?dāng)_問(wèn)題產(chǎn)生的原因

首先，用圖形化的方式簡(jiǎn)要概括碼間串?dāng)_的概念，啟發(fā)學(xué)生建立起碼間干擾的基本概念。即通信系統(tǒng)發(fā)送端產(chǎn)生的一連串形狀規(guī)則的矩形脈沖數(shù)據(jù)，經(jīng)信道傳輸以后，接收端收到的不再是形態(tài)規(guī)則的脈沖序列，而是每個(gè)脈沖都產(chǎn)生了拖尾變形，對(duì)接收信號(hào)做采樣判決時(shí)，每個(gè)碼元的抽樣數(shù)據(jù)都會(huì)因?yàn)橄噜彺a元脈沖拖尾延展的影響而產(chǎn)生誤差，此誤差的大小由碼間干擾效應(yīng)的大小決定。隨后要求學(xué)生用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ烫剿骶?，?duì)碼間干擾問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行深層次的分析。啟發(fā)學(xué)生從信號(hào)和系統(tǒng)的角度思考為什么信號(hào)脈沖經(jīng)過(guò)非理想信道以后會(huì)產(chǎn)生時(shí)域波形的延展，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到帶限信道會(huì)濾掉矩形脈沖信號(hào)的部分頻譜，從而導(dǎo)致輸出信號(hào)的時(shí)域波形拓展。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到碼間干擾的主因是非理想的信道特性，同時(shí)認(rèn)識(shí)到降低碼元發(fā)送速率有助于降低碼間串?dāng)_的影響，且對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)講，不能僅僅局限于定性分析，還需深入探索進(jìn)行定量分析才能真正解決一個(gè)復(fù)雜的工程問(wèn)題。

2 引導(dǎo)學(xué)生理解碼間串?dāng)_問(wèn)題是復(fù)雜工程問(wèn)題

向?qū)W生講解“復(fù)雜工程問(wèn)題”具備的特征，如“必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過(guò)分析才可能得到解決”或“需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決”，給出復(fù)雜工程問(wèn)題的一般解決思路，強(qiáng)調(diào)在專業(yè)課學(xué)習(xí)中尤其要從解決復(fù)雜工程問(wèn)題的角度深入思考所學(xué)的知識(shí)。組織學(xué)生討論碼間串?dāng)_是否屬于復(fù)雜工程問(wèn)題。對(duì)碼間串?dāng)_問(wèn)題細(xì)分為幾個(gè)子問(wèn)題，即消除碼間串?dāng)_的基本思想是什么、無(wú)碼間干擾的信道應(yīng)滿足什么條件、無(wú)碼間干擾的信道傳輸特性如何設(shè)計(jì)。

3 啟發(fā)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型解決碼間串?dāng)_問(wèn)題

接下來(lái)從碼間串?dāng)_的概念出發(fā)，分析推導(dǎo)無(wú)碼間串?dāng)_的條件，由于前期學(xué)生已認(rèn)識(shí)到解決碼間串?dāng)_這一復(fù)雜工程問(wèn)題需要用到所學(xué)的信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)，這時(shí)再進(jìn)行公式推導(dǎo)學(xué)生比較容易接受。首先，對(duì)基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后，通過(guò)公式推導(dǎo)當(dāng)?shù)玫綗o(wú)碼間串?dāng)_的條件即奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)，這時(shí)讓學(xué)生進(jìn)行知識(shí)回顧和總結(jié)，審視這一結(jié)論的推導(dǎo)過(guò)程。進(jìn)而通過(guò)具體的實(shí)例來(lái)分析數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的是否能滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件。

4 要求學(xué)生拓展閱讀碼間串?dāng)_問(wèn)題的其他解決思路

要求學(xué)生課下擴(kuò)展閱讀OFDM調(diào)制方式，分析總結(jié)OFDM是如何解決高傳輸速率下碼間串?dāng)_問(wèn)題的。通過(guò)擴(kuò)展閱讀能促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5 要求學(xué)生用仿真軟件模擬分析碼間串?dāng)_問(wèn)題

借助MATLAB或其他仿真軟件，模擬分析碼間串?dāng)_的產(chǎn)生和消除，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)鍛煉學(xué)生使用仿真工具分析解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

在“通信原理”課程中緊緊圍繞復(fù)雜工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決來(lái)開(kāi)展課堂教學(xué)，與單純的公式推導(dǎo)講授方法相比，能夠更有效地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟季S習(xí)慣，幫助學(xué)生建立起運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的意識(shí)，從而更緊密地支撐專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)畢業(yè)要求。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]