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通信原理教學(xué)改革方法論文
摘要：為了提升學(xué)生的綜合能力，文章提出了面向綜合能力培養(yǎng)的通信原理教學(xué)改革方法。首先分析了目前通信原理教學(xué)中存在的問題。然后給出了有針對(duì)性的通信原理教學(xué)改革方法，主要包括四個(gè)方面：體系化教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容；互聯(lián)網(wǎng)+課堂教學(xué)，夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)；關(guān)注學(xué)科前沿，培養(yǎng)綜合素質(zhì)；創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，提升綜合能力。提出的教學(xué)改革方法將為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：通信原理；綜合能力；教學(xué)改革
1緒論
通信技術(shù)的飛速發(fā)展有力地推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)的發(fā)展，改善了人類的物質(zhì)生活和精神生活，極大地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1-2]。與之伴隨而來的是社會(huì)對(duì)通信技術(shù)人才的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的要求也越來越高，因此，面向綜合能力培養(yǎng)的通信原理教學(xué)改革勢(shì)在必行。通信原理主要闡述了通信技術(shù)的基本概念和基本原理，是電子信息類和通信類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，起著承上啟下的作用，為學(xué)習(xí)移動(dòng)通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等重要的專業(yè)課程奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[3]。目前，通信原理的基礎(chǔ)理論和分析方法已廣泛地應(yīng)用于圖像視頻傳輸、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、遙感和雷達(dá)等領(lǐng)域。
2通信原理教學(xué)中存在的問題
通信原理課程綜合了高等數(shù)學(xué)、概率論、信號(hào)與系統(tǒng)、高頻電子線路以及信息論等課程的內(nèi)容[4]。目前國(guó)內(nèi)高校使用較為廣泛的教材是樊昌信編寫的《通信原理》，課程中公式和推導(dǎo)多，文字解釋相對(duì)較少，對(duì)前修課程的綜合應(yīng)用要求較高；加之通信原理課程本身理論抽象、內(nèi)容繁雜，導(dǎo)致了教師難講，學(xué)生難懂，教學(xué)效果比較差，學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)很難得到保證。由于通信原理課程主要講解經(jīng)典的通信理論和方法，與現(xiàn)階段通信技術(shù)的應(yīng)用(例如5G通信、量子通信、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航等)存在很大的差距，導(dǎo)致前沿性的學(xué)科知識(shí)很少被引入到課堂教學(xué)中，從而無(wú)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的動(dòng)力。在實(shí)踐教學(xué)中，通信原理實(shí)驗(yàn)一般安排16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大部分都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，無(wú)法提高學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力[5]。
3教學(xué)改革方法探索
通信原理是電子信息類和通信類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)通信技術(shù)人才的過程中起著至關(guān)重要的作用。本次教學(xué)改革的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，該綜合能力包括工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力兩方面，圍繞這一目標(biāo)，面向綜合能力培養(yǎng)的通信原理教學(xué)改革將從如下幾個(gè)方面展開：
3.1體系化教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
大多數(shù)院校通信原理的教學(xué)總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)16學(xué)時(shí)。在有限的48學(xué)時(shí)理論教學(xué)時(shí)間內(nèi)，把樊昌信編寫的通信原理13章內(nèi)容講透徹是不太現(xiàn)實(shí)的�？紤]到通信原理的前修課程包括信號(hào)與系統(tǒng)、高頻電子線路以及信息論與編碼等，通信原理與這些前修課程內(nèi)容存在很大聯(lián)系并且教學(xué)內(nèi)容有一定的重疊。因此應(yīng)該將通信原理與這些前修課程納入體系化教學(xué)，統(tǒng)籌課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容�？紤]到信號(hào)與系統(tǒng)中已經(jīng)講解了確定信號(hào)的頻域分析、高頻電子線路中已經(jīng)重點(diǎn)講解了模擬信號(hào)的調(diào)幅和調(diào)頻以及信息論與編碼課程中重點(diǎn)講解了信道和差錯(cuò)控制編碼，通信原理13章內(nèi)容就可以精簡(jiǎn)為7章左右。因此在通信原理的理論教學(xué)中，可以精簡(jiǎn)這些重疊的教學(xué)內(nèi)容，只需要對(duì)這些前修內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)即可，不僅可以將通信原理與前修課程形成一個(gè)知識(shí)體系，而且可以節(jié)省教學(xué)學(xué)時(shí)，從而保證在有限的48學(xué)時(shí)內(nèi)保質(zhì)保量地講授通信的基本概念和數(shù)字通信的基本原理，提高教學(xué)質(zhì)量。
3.2互聯(lián)網(wǎng)+課堂教學(xué)，夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)
充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，建立以慕課、微課為主的線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，采取線上線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)。結(jié)合我校實(shí)際，采取微課+課堂教學(xué)的模式進(jìn)行通信原理理論教學(xué)。首先將每一章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)錄制成10-15分鐘的教學(xué)片斷，在課堂教學(xué)之前，先讓學(xué)生結(jié)合微課的教學(xué)片斷預(yù)習(xí)所學(xué)的內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)初步的了解。在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，教師首先講解所學(xué)章節(jié)涉及的基本概念，然后采用互動(dòng)式的教學(xué)方法，老師對(duì)所學(xué)章節(jié)重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)講解，講解過程中，采用學(xué)生提問老師設(shè)問的方式加深為知識(shí)點(diǎn)的掌握。考慮到通信原理教學(xué)中公式推導(dǎo)多，概念抽象的問題，對(duì)于難以理解的內(nèi)容，充分利用多媒體動(dòng)畫和軟件仿真的形式，幫助學(xué)生理解相關(guān)的內(nèi)容。如圖1所示為2FSK的仿真過程，通過該仿真，可以讓學(xué)生非常清晰地理解2FSK的調(diào)制過程，加深對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。
3.3關(guān)注學(xué)科前沿，培養(yǎng)綜合素質(zhì)
通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，而通信原理教材主要討論經(jīng)典的通信理論和概念，與當(dāng)今最新的通信技術(shù)有一定的差距。為了開拓學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)通信技術(shù)的興趣，在課堂教學(xué)中，老師應(yīng)該結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)科前沿知識(shí)引入課堂教學(xué)，這不僅能豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，而且能很好地將理論和應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，我校還要求每一位學(xué)習(xí)通信原理的同學(xué)提交一份通信技術(shù)調(diào)研報(bào)告，可以通過網(wǎng)絡(luò)、文獻(xiàn)以及技術(shù)論壇的方式，查閱通信技術(shù)的發(fā)展前沿，并將查閱的材料組織成一份技術(shù)報(bào)告；然后組織一個(gè)技術(shù)報(bào)告交流會(huì)，讓學(xué)生分享自己查閱的通信新技術(shù)。采用問-答的互動(dòng)交流方式，能有效地拓展學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。
3.4創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，提升綜合能力
實(shí)踐教學(xué)是通信原理教學(xué)的重要組成部分，是鞏固基礎(chǔ)知識(shí)、提升應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合我校教學(xué)實(shí)際，將通信原理實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)階段：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)階段、綜合性實(shí)驗(yàn)階段和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)階段。(1)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要對(duì)通信原理的基本理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解�？紤]到驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以實(shí)驗(yàn)箱和仿真軟件為主，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)比較容易，因此對(duì)這部分的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)進(jìn)行了壓縮，一般分配4學(xué)時(shí)左右，實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)中心集中進(jìn)行，軟件仿真作為課后實(shí)驗(yàn)由學(xué)生在課后自主完成。實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)主要有：AM調(diào)幅、數(shù)字基帶信號(hào)編譯碼、ASK數(shù)字調(diào)制解調(diào)、PSK/DPSK調(diào)制解調(diào)。課后軟件仿真實(shí)驗(yàn)主要有：DSB調(diào)制、FSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)、PCM編譯碼和PAM調(diào)制解調(diào)。(2)綜合性實(shí)驗(yàn)提升應(yīng)用能力綜合性實(shí)驗(yàn)運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，利用常用的實(shí)驗(yàn)?zāi)K解決實(shí)際問題，可以很好地將理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，提升學(xué)生的應(yīng)用能力，這也是(3)融合學(xué)科競(jìng)賽的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)將綜合運(yùn)用模擬電路、數(shù)字電路、通信原理、高頻電子線路等課程的知識(shí)，旨在提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力�？紤]到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工作量相對(duì)較大，一般分配6學(xué)時(shí)+課外時(shí)間完成。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目以各類學(xué)科競(jìng)賽中通信類題目為主（如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽等），選取其中難度適中的題目供學(xué)生選擇（例如：?jiǎn)喂o(wú)線呼叫系統(tǒng)、無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)模擬裝置、簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控裝置等）。學(xué)生在本環(huán)節(jié)是主體，教師只需要進(jìn)行相關(guān)的輔導(dǎo)工作。每2—3名學(xué)生組成一隊(duì)，每人既有明確的分工，又相互協(xié)作。要求每隊(duì)自主完成方案論證、自主完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程。通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生解決實(shí)際問題的能力有了明顯的提高。
4結(jié)語(yǔ)
通信原理是電子信息類和通信類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。本文分析了現(xiàn)有通信原理教學(xué)存在的問題，然后給出了面向綜合能力培養(yǎng)的通信原理教學(xué)方法探索，主要包括：體系化教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容；互聯(lián)網(wǎng)+課堂教學(xué)，夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)；關(guān)注學(xué)科前沿，培養(yǎng)綜合素質(zhì)；創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，提升綜合能力等四個(gè)方面。分別選擇我校電子信息工程和通信工程專業(yè)的學(xué)生于2017年秋和2018年春進(jìn)行通信原理教學(xué)改革試點(diǎn)，學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有了明顯提升，師生評(píng)價(jià)良好。
作者：李衛(wèi)中 馬洪華 單位：湖北工程學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院
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