常侃 梁韻 唐振華 張振榮 許嘉

摘要：《通信原理》課程是電子信息類專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程存在著理論較深、公式繁多的特點(diǎn)，學(xué)生容易喪失學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。本文以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，在理論教學(xué)體系上，從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段和方法、豐富評(píng)價(jià)方式三個(gè)角度來進(jìn)行改革。

關(guān)鍵詞：通信原理；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）24-0120-02

一、引言

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是我國高等教育的重要責(zé)任和最為緊迫的任務(wù)之一。近年來，國內(nèi)各高校都非常注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學(xué)過程中倡導(dǎo)因材施教，營造了良好的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)環(huán)境[1]。在這樣的大背景下，建設(shè)注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電子信息類專業(yè)課程教學(xué)體系變得尤為迫切。

《通信原理》課程是電子通信類學(xué)科最為核心的專業(yè)課程之一[2]。但是，該門課程的特點(diǎn)是理論深，公式推導(dǎo)繁多。一方面，學(xué)生陷入純理論的學(xué)習(xí)和記憶中，疲于應(yīng)付，容易失去學(xué)習(xí)動(dòng)力及興趣；另一方面，理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)分離，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力不足，創(chuàng)新能力得不到有效地培養(yǎng)和鍛煉。

為了解決上述問題，本文主要研究如何對(duì)《通信原理》課程進(jìn)行教學(xué)改革，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維，使學(xué)生能夠從理論型向能力型人才轉(zhuǎn)變，從適應(yīng)型向創(chuàng)新型人才轉(zhuǎn)變[3]。

二、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

目前本專業(yè)采用的教材是由國防工業(yè)出版社出版的《通信原理》（第7版）[2]。在該版本教材中，包括了13章的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在非常有限的課時(shí)內(nèi)要將所有內(nèi)容講透并不實(shí)際，除此之外，還容易讓學(xué)生感到枯燥乏味，引起學(xué)生的抵觸情緒。

首先，需要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的精簡。例如，我們?nèi)趸伺c《信號(hào)與系統(tǒng)》課程相近的確知信號(hào)部分內(nèi)容教學(xué)；由于AM、DSB、SSB、VSB、FM等調(diào)制方式與《通信電子線路》部分學(xué)習(xí)內(nèi)容重合，我們?cè)诮虒W(xué)過程中進(jìn)行了適當(dāng)刪減；將信源編碼、信息熵、差錯(cuò)編碼等內(nèi)容移至《信息論基礎(chǔ)》課程中學(xué)習(xí)。上述內(nèi)容僅在課堂授課過程中簡單提及，并不做過多展開。

其次，將虛擬實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)內(nèi)容中。例如，采用Matlab編寫均勻量化程序，對(duì)已知的三角函數(shù)進(jìn)行量化，并將結(jié)果進(jìn)行展示。一方面，通過更改量化電平數(shù)，學(xué)生們可以輕易地發(fā)現(xiàn)量化間隔的大小對(duì)量化噪聲的影響；另一方面，通過將Matlab程序進(jìn)行展示并鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)行探索，可以讓學(xué)生更為準(zhǔn)確而靈活地掌握所學(xué)知識(shí)，并潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維。類似的課堂講授的虛擬實(shí)驗(yàn)還包括基于Matlab的數(shù)字調(diào)制解調(diào)過程演示、噪聲對(duì)數(shù)字傳輸及判決的影響、眼圖、模擬信號(hào)的數(shù)字化及恢復(fù)過程演示等內(nèi)容。

第三，倡導(dǎo)老師將自己的科研成果與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，用自己的新思路、新觀點(diǎn)、新方法鼓勵(lì)學(xué)生們?nèi)ヌ剿魑粗念I(lǐng)域。例如，在講授奈奎斯特采樣定理時(shí)，可以引出近十年非常熱門的研究方向壓縮感知，用以說明奈奎斯特采樣速率僅是無失真恢復(fù)的充分條件而非必要條件；在講授新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)時(shí)，可以介紹4G及5G移動(dòng)通信所采用的新傳輸技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

三、教學(xué)方法和手段的多樣化

為了有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)，需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改革，建立以思維訓(xùn)練為核心的多樣化的教學(xué)手段和方法。

首先，在課堂授課過程中應(yīng)該采用啟發(fā)式、互動(dòng)式、討論式等多種模式。以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)。例如，對(duì)于三種數(shù)字調(diào)制方式2ASK、2FSK、2PSK，在教學(xué)過程中可以先解釋相關(guān)定義和模型，然后設(shè)問：“數(shù)字調(diào)制中的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相，與模擬調(diào)制中的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相有什么區(qū)別？”接下來可以通過分組討論的形式，鼓勵(lì)學(xué)生將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，也可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真演示，強(qiáng)化學(xué)生的理解和記憶。

其次，在教學(xué)過程中可以多采用比較法、類比法、歸納法、演繹推理法等，從多種角度組織教學(xué)內(nèi)容。例如，可以采用比較法，分析二進(jìn)制雙極性/單極性、歸零碼/不歸零碼的功率譜密度；采用比較法，分析不同數(shù)字調(diào)制方式在有效性和可靠性上的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)；可以采用類比法，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的2ASK/2PSK與數(shù)字基帶系統(tǒng)中的單極性不歸零碼/雙極性不歸零碼系統(tǒng)的抗噪聲性能；可以采用演繹推理法，針對(duì)同一個(gè)調(diào)制系統(tǒng)，分析輸入?yún)?shù)的改變對(duì)輸出信號(hào)的影響等。需要注意的是，在講授課程的過程中，有必要將多種思維角度進(jìn)行結(jié)合，才能有效地降低學(xué)生對(duì)復(fù)雜推導(dǎo)過程的抵觸情緒。

最后，根據(jù)課程特點(diǎn)，應(yīng)多進(jìn)行不同教學(xué)內(nèi)容之間的串聯(lián)。《通信原理》課程講授的是一個(gè)完整的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)，那么就應(yīng)該多強(qiáng)調(diào)目前所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)在整個(gè)通信系統(tǒng)中所處的位置和作用，與其他知識(shí)點(diǎn)之間具有怎樣的邏輯關(guān)系，在這里可以借助Matlab虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的整體演示，例如，可以建立完整的數(shù)字帶通系統(tǒng)，將各個(gè)模塊的輸出信號(hào)波形逐個(gè)進(jìn)行展示，并通過控制噪聲的大小、采用不同的調(diào)制方式等手段，分析系統(tǒng)的抗誤碼性能。通過這樣的形式，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神，有效培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

四、評(píng)價(jià)方式的多樣化

科學(xué)有效的評(píng)價(jià)機(jī)制是創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要一環(huán)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要導(dǎo)向。在評(píng)價(jià)機(jī)制上，需要擯棄傳統(tǒng)的平時(shí)作業(yè)成績加期末考試的單一評(píng)價(jià)模式，以形成性評(píng)估和過程性評(píng)估模式為基礎(chǔ)，采用多樣化的評(píng)價(jià)角度和方式。從評(píng)價(jià)角度上來劃分，期末總評(píng)成績涵蓋平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和考試成績?nèi)蟛糠帧?/p>

平時(shí)成績包括出勤成績、小組討論及課堂問答成績、課后作業(yè)成績幾個(gè)部分。在小組討論環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生在討論過程中的參與度、完成度、積極性和角色來進(jìn)行打分，學(xué)生被要求以組為單位進(jìn)行自評(píng)和組內(nèi)互評(píng)，以此進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，課后作業(yè)應(yīng)形式多樣，包括章節(jié)內(nèi)容課后習(xí)題、Matlab虛擬實(shí)驗(yàn)編程題、開放式問題等。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要安排在廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息自治區(qū)級(jí)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真中心進(jìn)行。該中心配備了由美國國家儀器公司生產(chǎn)的教育平臺(tái)解決方案[4]，可以方便地開展《通信原理》課程虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。在此平臺(tái)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了基礎(chǔ)型、綜合型以及研究型三類實(shí)驗(yàn)。針對(duì)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)，除了完成基本的實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，指導(dǎo)教師會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)問，例如，教師可以在數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)中提出問題：“為什么觀測(cè)到的解調(diào)輸出波形會(huì)與發(fā)送波形形狀略有不一致？波形的畸變與什么參數(shù)有關(guān)？”通過這樣的方式激發(fā)學(xué)生去靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，并自己動(dòng)手驗(yàn)證。研究型實(shí)驗(yàn)為可選項(xiàng)，主要作用在于激勵(lì)學(xué)生的探索精神，考查創(chuàng)新能力。

最后，基于重過程、輕結(jié)果的評(píng)價(jià)思路，我們降低了閉卷筆試環(huán)節(jié)在期末總評(píng)分?jǐn)?shù)中的比重。除了傳統(tǒng)題型外，適當(dāng)加入少部分跨課程綜合題以及開放性問題，以此增加對(duì)學(xué)生綜合能力及素質(zhì)的考查。例如，由于《通信原理》和《信號(hào)與系統(tǒng)》、《信息論》、《通信電子線路》等課程結(jié)合緊密，可以結(jié)合上述已學(xué)課程進(jìn)行聯(lián)合考查。

五、結(jié)束語

以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的《通信原理》課程教學(xué)改革，既是一個(gè)緊迫的任務(wù)，也是一個(gè)長期的過程。在本文中，從三個(gè)方面進(jìn)行了改革探索，但是仍存在著許多不完善之處，需要不斷地研究，從而尋找和發(fā)現(xiàn)新的改革方法和相關(guān)理論。

參考文獻(xiàn)：

[1]張翠芳.在通信原理課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的改革與實(shí)踐[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，12（2）：90-94.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理（第7版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2016.

[3]王秀芳，高丙坤，王冬梅等.在通信原理課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的改革與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（8上）：65-67.

[4]NI教育平臺(tái)解決方案[EB/OL].（2017-09-12）.http：//www.ni.com/education-platform/zhs/.