顧秀秀 朱明亮 史洪瑋

【摘 要】高校的通信工程專業(yè)學(xué)生是我國通信行業(yè)未來的主力軍。為促進(jìn)通信工程專業(yè)教學(xué)改革，筆者針對數(shù)學(xué)建模思想的特點(diǎn)以及當(dāng)前通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，提出從課程建設(shè)、課堂改革、教師研究探討、學(xué)生積極參與四個(gè)角度將數(shù)學(xué)建模思想融合到通信工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模;通信工程;教學(xué)改革

【中圖分類號】G642 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ?【文章編號】1671-8437（2020）16-0017-02

隨著第五代移動通信（5G）技術(shù)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對通信工程專業(yè)人才的需求日益增加。目前，高校對通信工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)也在逐步向創(chuàng)新、專業(yè)、多維等方向過渡。數(shù)學(xué)建模思想是指建立數(shù)學(xué)模型來解決實(shí)際問題，從定量的角度研究和分析問題[1]。將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)的教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，對于深化通信工程專業(yè)的教學(xué)改革具有重要的促進(jìn)作用。

1 ? 數(shù)學(xué)建模思想概述

數(shù)學(xué)建模起源于西方，在20世紀(jì)60年代進(jìn)入西方大學(xué)，中國的大學(xué)在80年代初將數(shù)學(xué)建模引入課堂[2]。數(shù)學(xué)建模是將數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)知識、典型的科學(xué)研究方法以及計(jì)算機(jī)工具等要素進(jìn)行綜合運(yùn)用，解決實(shí)際問題的過程[3]。在這個(gè)過程中，強(qiáng)調(diào)采用數(shù)學(xué)符號、公式、程序等將實(shí)際問題抽象化，提取出實(shí)際問題的數(shù)學(xué)特征，并進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化、建模、求解，最后得出較為優(yōu)化的解決方法，并推廣到其他案例中[4]。數(shù)學(xué)建模過程能夠極大地提升學(xué)生的檢索和閱讀文獻(xiàn)能力、歸納和概括能力、推理能力、寫作能力、創(chuàng)造力以及團(tuán)隊(duì)意識，促進(jìn)學(xué)生主動思考，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，使學(xué)生體會到學(xué)有所用的滿足感。如在解決2019年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽B題的“同心協(xié)力策略分析”時(shí)，需要考慮人數(shù)、繩子的受力角度及大小、發(fā)力時(shí)間、鼓面切斜角度、延時(shí)等多個(gè)方面的因素，要進(jìn)行全方位、多角度、層次清晰的分析;同時(shí)，這個(gè)問題對應(yīng)著生活中常見的同心鼓游戲，具有較強(qiáng)的趣味性，能夠有效提升學(xué)生的主觀能動性。因此，在通信工程專業(yè)的教學(xué)中，融入數(shù)學(xué)建模思想及能力的培養(yǎng)，能夠起到事半功倍的效果。

2 ? 通信工程專業(yè)學(xué)生需具備的能力

通信工程作為理工科院校的重要專業(yè)之一，旨在培養(yǎng)掌握信息科學(xué)原理與應(yīng)用技能，具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，能夠從事通信行業(yè)、信息化產(chǎn)業(yè)以及國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中相關(guān)工作的高級專業(yè)人才。在專業(yè)理論和實(shí)踐知識的學(xué)習(xí)過程中，數(shù)學(xué)既是工具，又是基礎(chǔ)。

對于通信工程專業(yè)的學(xué)生，在培養(yǎng)過程中要特別注重以下幾個(gè)方面能力的提升。

（1）解決實(shí)際問題的能力，即將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和專業(yè)知識用于分析并解決通信類工程問題。這個(gè)能力恰恰體現(xiàn)了數(shù)學(xué)建模的思想，并可以在數(shù)學(xué)建模過程中得到強(qiáng)化。

（2）合理選擇并使用工具的能力，即針對復(fù)雜的通信工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。在利用數(shù)學(xué)建模解決實(shí)際問題的過程中，學(xué)生能夠掌握一些常用的軟件的用法，如MATLAB、SPSS、Origin等。并且在學(xué)習(xí)其他專業(yè)課以及解決通信類工程問題時(shí)，他們往往也需要用到這些軟件。

（3）專業(yè)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)精神、溝通能力及終身學(xué)習(xí)意識等。在數(shù)學(xué)建模過程中，每位團(tuán)隊(duì)成員都有一個(gè)共同目標(biāo)，在朝著這個(gè)目標(biāo)努力的過程中，他們的團(tuán)隊(duì)意識和溝通能力能得到不斷強(qiáng)化，科研能力及專業(yè)素質(zhì)也能夠得到提升。

目前，大數(shù)據(jù)和人工智能正在飛速發(fā)展，第五代移動通信（5G）的研發(fā)在如火如荼地推進(jìn)，對通信工程專業(yè)人才的需求也與日遞增。高校作為通信專業(yè)人才的培養(yǎng)基地，要將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)中，進(jìn)一步提升學(xué)生的主動性、創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際能力。

3 ? 如何將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)建設(shè)中

3.1 ?課程建設(shè)

目前大多數(shù)學(xué)校所設(shè)置的通信工程專業(yè)核心課程，如通信原理、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等，都包含大量的數(shù)學(xué)理論，且需要通過MATLAB等軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。而數(shù)學(xué)建?？梢酝ㄟ^理論聯(lián)系實(shí)際，對實(shí)際通信問題進(jìn)行建模、仿真、分析，為實(shí)際應(yīng)用場景提供形象、具體、有效的解決方案，促進(jìn)通信工程專業(yè)學(xué)生能力的提升。

從學(xué)校層面來說，可以通過不同梯度的課程設(shè)置，將數(shù)學(xué)建模思想融入通信工程專業(yè)的建設(shè)中，提高通信工程專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。對于低年級（大一、大二）學(xué)生，可以加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模的宣傳，讓學(xué)生了解怎樣將數(shù)學(xué)知識以及建模的思想運(yùn)用到實(shí)際問題中，尤其是解決通信類工程問題;對于中年級（大二、大三）學(xué)生，可開設(shè)與數(shù)學(xué)建模相關(guān)的選修課，并鼓勵學(xué)生積極參加數(shù)學(xué)建模比賽，使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的基本方法、了解常見的數(shù)學(xué)模型、熟悉相關(guān)軟件的使用方法，具備設(shè)計(jì)算法和編寫程序的能力;對于高年級（大三、大四）學(xué)生，應(yīng)著重鍛煉其觀察、理解、抽象生產(chǎn)生活中具體工程問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想輔助專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，如運(yùn)用MATLAB仿真通信原理課程中的信道編碼、基站設(shè)置等問題，鍛煉學(xué)生全面考慮問題的能力，并鼓勵學(xué)生將解決問題的過程撰寫成科技論文，為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

3.2 ?課堂改革

課堂教學(xué)作為當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的主要陣地，是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模思想的重要手段。改革課堂教學(xué)內(nèi)容可以從公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程兩方面著手。對于通信工程專業(yè)來說，高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等課程是公共基礎(chǔ)課，能為之后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)通信理論的關(guān)鍵。在這些公共基礎(chǔ)課的教學(xué)中，教師可以將數(shù)學(xué)建模的方法、常見的模型等融入課堂之中，引導(dǎo)學(xué)生針對實(shí)際問題進(jìn)行思考，并積極解決問題。同時(shí)可以開設(shè)一些實(shí)驗(yàn)課程，介紹MATLAB、Mathematica等常用軟件，激發(fā)學(xué)生的興趣，從而使其更好地掌握所學(xué)知識。

一些專業(yè)課程，如通信原理、信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路等，內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性較低。因此，可以將數(shù)學(xué)建模的思想和方法融入專業(yè)課程的課堂教學(xué)中，將實(shí)際通信問題提煉、抽象為數(shù)學(xué)模型，通過仿真等手段，直觀形象地展示問題的解決過程，啟發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)課程的趣味性和實(shí)踐性。

3.3 ?教師研究探討

通信行業(yè)的飛速發(fā)展對教師的教學(xué)能力和教學(xué)方法提出了更高的要求。教師在日常教學(xué)中可以引入數(shù)學(xué)建模，合理、恰當(dāng)?shù)貙⑼ㄐ殴こ虒I(yè)的知識點(diǎn)與數(shù)學(xué)建模結(jié)合起來。如可以用Simulink等工具對信道編碼、信號的調(diào)制解調(diào)等過程進(jìn)行仿真，幫助學(xué)生理解原本較為抽象、高深的專業(yè)知識，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動探究。除此之外，教師在實(shí)踐教學(xué)中要積極思考，不斷反思，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將課堂教學(xué)與課外實(shí)踐結(jié)合起來，采用翻轉(zhuǎn)課堂等授課方式，完善數(shù)學(xué)建模與通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)體系。

3.4 ?鼓勵學(xué)生積極參與

數(shù)學(xué)建模思想與通信工程專業(yè)人才的有機(jī)融合離不開學(xué)生的積極參與。為使通信工程專業(yè)學(xué)生養(yǎng)成數(shù)學(xué)建模的思維方式，學(xué)?？梢圆捎瞄_設(shè)數(shù)學(xué)建模相關(guān)的選修課、成立數(shù)學(xué)建模協(xié)會、開展數(shù)學(xué)建模競賽等方式，并鼓勵學(xué)生積極參與。教師可在日常教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生對實(shí)際的通信工程問題進(jìn)行研究，并將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，撰寫論文等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，社會對通信工程專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求，要求學(xué)生不僅要有更開闊的視野、更高的專業(yè)水平，還要有更強(qiáng)的創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。將數(shù)學(xué)建模思想與通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)結(jié)合起來，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探索熱情，鞏固其專業(yè)知識的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式和能力，為其今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄧小芳，張金順.數(shù)學(xué)建模在通信原理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（7）.

[2]姜啟源.精心選擇案例，建設(shè)新形態(tài)教材——《數(shù)學(xué)模型》（第五版）簡介[J].數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用，2018（4）.

[3]湯向明，楊昔陽.基于BOPPPS和翻轉(zhuǎn)教學(xué)的數(shù)學(xué)建模課堂教學(xué)策略[J].教育評論，2019（7）.

[4]張新，張秀.通信工程專業(yè)高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的數(shù)學(xué)建模思想的滲透[J].教育教學(xué)論壇，2017（8）.

【作者簡介】

顧秀秀（1992～），女，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學(xué)院助教，碩士研究生。研究方向：綜合感知無線通信信號處理。

朱明亮（1989～），男，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學(xué)院助教，碩士研究生。研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)傳輸組網(wǎng)研究及5G相關(guān)研究。

史洪瑋（1985～），男，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學(xué)院講師，碩士研究生。研究方向：智能儀器。