王鎧堯 曾軍英 楊芷華

關(guān)鍵詞：通信原理；地方應(yīng)用型高校；教學(xué)改革；新工科

在新工科背景下，地方應(yīng)用型高校更加注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，結(jié)合自身特點(diǎn)，旨在于培養(yǎng)地方需要的應(yīng)用型人才，為區(qū)域發(fā)展和產(chǎn)業(yè)振興服務(wù)，逐步實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)和就業(yè)需求的無(wú)縫對(duì)接[1-2]。根據(jù)廣東省政府發(fā)布的《廣東省制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施方案（2021—2025 年）》的文件，提出加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)、高端裝備制造等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型[3]。通信技術(shù)是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能技術(shù)，是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。五邑大學(xué)地處粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市—江門市，需要充分考慮地緣與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，為大灣區(qū)的企業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型專業(yè)技能人才。

當(dāng)前，新工科更加注重學(xué)科的實(shí)用性，交叉性和綜合性[4]?！巴ㄐ旁怼笔俏逡卮髮W(xué)通信工程專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，在整個(gè)課程體系中起到承前啟后的關(guān)鍵作用。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得通信系統(tǒng)的基本概念和基本理論，為學(xué)生以后從事智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等方面的相關(guān)工程研究打下基礎(chǔ)。通信原理這門課程應(yīng)緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，其教學(xué)改革應(yīng)適應(yīng)新工科建設(shè)發(fā)展的需求和地方應(yīng)用型高校的使命擔(dān)當(dāng)。因此，課程也需要不斷的教學(xué)改革與創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的全面提升，加強(qiáng)學(xué)生在通信工程領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[5]。

一、通信原理課程教學(xué)中存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)不匹配

五邑大學(xué)的通信原理課程使用樊昌信主編的《通信原理》作為上課的教材[6]。該教材也是廣大本科院校使用的優(yōu)秀教材，內(nèi)容豐富，理論性強(qiáng)，概念清晰。對(duì)于致力于高層次的人才培養(yǎng)與科技研發(fā)的研究型大學(xué)來(lái)說，學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí)，該教材能夠幫助學(xué)生全面地學(xué)習(xí)通信基礎(chǔ)知識(shí)，是十分適用的。但是，對(duì)于應(yīng)用型本科院校來(lái)說，該教材存在理論知識(shí)點(diǎn)多、概念抽象、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多、不容易理解等問題。在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，任課教師花費(fèi)大量時(shí)間在公式的推理以及理論的相關(guān)內(nèi)容講解上，缺乏理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)動(dòng)性，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容理解不夠透徹，不知道所學(xué)的知識(shí)如何應(yīng)用。另外一方面，該教材花了大量的篇幅對(duì)模擬通信相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解，但是對(duì)于現(xiàn)代通信系統(tǒng)而言，主要以數(shù)字通信技術(shù)為主。而且，在內(nèi)容安排上，對(duì)新的通信技術(shù)的介紹相對(duì)簡(jiǎn)潔、不夠豐富，例如4G/5G 通信中常用的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)、多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)等，這不利于學(xué)生對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)。在新工科背景下，實(shí)際的教學(xué)結(jié)果與培養(yǎng)目標(biāo)存在嚴(yán)重的脫節(jié)，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

（二）課程設(shè)計(jì)沒有突出應(yīng)用能力的培養(yǎng)

在課程設(shè)計(jì)方面，多數(shù)教師仍以講授理論知識(shí)為主，輔助以驗(yàn)證性的仿真實(shí)驗(yàn)。在課堂上，教師主要精力放在知識(shí)點(diǎn)的傳授上，而忽視了學(xué)生的基礎(chǔ)和接受能力，這種單方面灌輸式的教學(xué)，效果并不理想。此外，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)是在于對(duì)已有理論的檢驗(yàn)，例如調(diào)制技術(shù)的仿真驗(yàn)證，并沒有以完整的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法建立通信系統(tǒng)的整體概念，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這樣的課程設(shè)計(jì)不能反映專業(yè)學(xué)科的發(fā)展和學(xué)生對(duì)課程的需求，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展能力的提高。

二、改革的重點(diǎn)和措施

（一）優(yōu)化課程內(nèi)容

針對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)，準(zhǔn)確地把握課堂教學(xué)的內(nèi)容，與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，保證理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的同步融合?；诖丝剂浚瑧?yīng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，刪減部分不常用技術(shù)內(nèi)容，并增加廣泛應(yīng)用的新技術(shù)內(nèi)容，摒棄過多的理論內(nèi)容，公式推導(dǎo)等，著重在如何將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的技能培養(yǎng)，強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的理解。以現(xiàn)有常見的幾種無(wú)線通信系統(tǒng)為切入點(diǎn)，例如4G/5G，WIFI 等技術(shù)，系統(tǒng)性介紹現(xiàn)代通信系統(tǒng)的概念與內(nèi)容，如圖1 所示。課程安排按照由淺入深的原則，先介紹通信的基本概念，然后按照模塊的順序，循序漸進(jìn)地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解。

模塊①：通信的基本概念

通過對(duì)通信系統(tǒng)模型的各個(gè)模塊的作用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，讓學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)有一個(gè)整體的概念和初步的認(rèn)識(shí)，也為下面各個(gè)模塊的內(nèi)容起到引導(dǎo)作用。通過介紹無(wú)線通信發(fā)展歷程，使同學(xué)們了解通信技術(shù)的變革，對(duì)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步起到了支撐作用，例如日常生活中使用的移動(dòng)支付、流媒體等。

模塊②：信道和均衡

信道作為通信系統(tǒng)不可或缺的一部分，直接影響通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量與容量。首先，簡(jiǎn)單介紹信道的分類與模型，使學(xué)生對(duì)信道有了基礎(chǔ)的認(rèn)知。分析信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，引出本模塊的知識(shí)點(diǎn)1：信道噪聲，介紹信道噪聲的組成和建模，著重講解高斯噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。其次，詳細(xì)介紹知識(shí)點(diǎn)2：信道容量，使學(xué)生們熟練掌握信噪比、信號(hào)帶寬與信道容量的關(guān)系。由于無(wú)線信道會(huì)引起傳輸波形的失真，引出本模塊的知識(shí)點(diǎn)3：碼間串?dāng)_（ISI），分析產(chǎn)生ISI 的原因以及影響，著重講解無(wú)碼間串?dāng)_的時(shí)域條件和頻域條件，并引出余弦滾降特性的概念。進(jìn)一步拓展，為了消除或減小ISI，介紹本模塊的知識(shí)點(diǎn)4：均衡技術(shù)，包括時(shí)域均衡和頻域均衡的原理，使學(xué)生了解常用的均衡手段。

模塊③：星座映射和解映射

本模塊介紹現(xiàn)有通信系統(tǒng)中常用的符號(hào)星座映射方法，主要涉及本模塊的知識(shí)點(diǎn)1：相移鍵控（PSK）/ 差分相移鍵控（DPSK），和知識(shí)點(diǎn)2：正交振幅調(diào)制（QAM），學(xué)習(xí)如何將二進(jìn)制比特信息映射成復(fù)數(shù)符號(hào)，分析星座結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲容限的影響。其次，分析PSK 和QAM 的抗噪聲性能，引出知識(shí)點(diǎn)3：誤碼率性能，詳細(xì)分析兩種技術(shù)的誤碼率推導(dǎo)過程，對(duì)比誤碼率性能，掌握信噪比與誤碼率之間的關(guān)系。

模塊④：數(shù)字調(diào)制和解調(diào)

本模塊主要以4G/5G，WIFI 等商業(yè)系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)為例，著重介紹知識(shí)點(diǎn)1：OFDM 技術(shù)，詳細(xì)介紹OFDM 的原理和特點(diǎn)，包括頻譜效率和抗多徑干擾的能力，并熟練掌握實(shí)現(xiàn)方法。在此基礎(chǔ)上，介紹幾種新型的OFDM 的變形技術(shù)，引出知識(shí)點(diǎn)2：OFDM 變體。此外，簡(jiǎn)單介紹知識(shí)點(diǎn)3：MIMO 技術(shù)，了解MIMO 的原理與特點(diǎn)。在此模塊的內(nèi)容中，不再展開介紹幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）等不常用的技術(shù)，使學(xué)生可以更聚焦在實(shí)用的知識(shí)點(diǎn)上。

模塊⑤：信道編碼/ 譯碼

在此模塊中，首先介紹知識(shí)點(diǎn)1：差錯(cuò)控制，包括差錯(cuò)控制方式，以及糾錯(cuò)編碼的基本原理。在此基礎(chǔ)上，著重講解知識(shí)點(diǎn)2：糾錯(cuò)編碼，介紹三種目前最常用的糾錯(cuò)碼：卷積碼、Turbo 碼和LDPC 碼的編譯碼原理以及計(jì)算方法。最后，分析幾種糾錯(cuò)碼的編碼性能，引出知識(shí)點(diǎn)3：編碼性能，對(duì)比編碼前后的編碼增益。聯(lián)合星座映射技術(shù)，統(tǒng)一考慮編碼調(diào)制性能。

模塊⑥：信源編碼/ 譯碼

對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說，當(dāng)信源信號(hào)為模擬信號(hào)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理，以產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，便于系統(tǒng)傳輸。這里面就涉及知識(shí)點(diǎn)1：模擬信號(hào)數(shù)字化的三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼，同時(shí)重點(diǎn)介紹一種常用的模擬信號(hào)數(shù)字化方式。當(dāng)信源信號(hào)為數(shù)字信號(hào)時(shí)，信源編碼主要的目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，減小數(shù)據(jù)的冗余度，提高傳輸效率，引出知識(shí)點(diǎn)2：數(shù)據(jù)壓縮編碼。并簡(jiǎn)單介紹目前常用的圖片壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)和視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，貼合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，使學(xué)生了解日常使用的流媒體應(yīng)用背后的知識(shí)。

（二） 增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該以課程設(shè)計(jì)為中心，以增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，為學(xué)生提供了貼合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[7]。為了避免傳統(tǒng)枯燥的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的積極性，形成“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)+ 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”的思路開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，如圖2 所示。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的第一部分是對(duì)已有理論的檢驗(yàn)，是為了增進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，具體包括加性高斯白噪聲（AWGN）信道與多徑衰落信道仿真、常用的糾錯(cuò)編碼和星座調(diào)制的誤碼率（BER）性能仿真。第二部分內(nèi)容是具有創(chuàng)造性、設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以完整的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，幫助學(xué)生建立通信系統(tǒng)的整體概念，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際通信問題的能力。具體來(lái)說，在給出的系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，如系統(tǒng)信噪比、信號(hào)帶寬等，以最大化通信系統(tǒng)容量為目標(biāo)，開展通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中包括關(guān)鍵技術(shù)的選型，以及分析系統(tǒng)的頻帶利用率和傳輸速率。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)自主確定技術(shù)方案，并根據(jù)通信系統(tǒng)的性能獲得不同的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。這樣的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)突出工程實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性、設(shè)計(jì)性、綜合性，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的深入思考，達(dá)到促使學(xué)生自己建構(gòu)起通信原理知識(shí)與能力體系的目的，增進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和能力培養(yǎng)。

三、 結(jié)束語(yǔ)

為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的理論與應(yīng)用的理解與掌握，提高學(xué)生在通信工程領(lǐng)域的應(yīng)用能力，課程組從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等方面對(duì)《通信原理》課程進(jìn)行探索和改革。針對(duì)應(yīng)用型本科院校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與定位，以實(shí)際通信系統(tǒng)為切入點(diǎn)，因材施教，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合實(shí)踐能力，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供合格的應(yīng)用型人才。