“數(shù)字通信原理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

摘要：在對(duì)“數(shù)字通信原理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐中，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行精簡與更新，結(jié)合電力特色，引入SDH技術(shù)，對(duì)課程教學(xué)體系進(jìn)行完善，加強(qiáng)工程案例教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，并對(duì)教學(xué)方式和考核方式等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，有效提高了學(xué)生的理論分析和工程實(shí)踐能力，效果良好。

關(guān)鍵詞：數(shù)字通信；同步數(shù)字系列；教學(xué)改革；電力特色

作者簡介：李保罡（1980-），男，河北保定人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；趙振東（1956-），男，河北泊頭人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，教授。（河北 保定 071003）

基金項(xiàng)目：本文系華北電力大學(xué)重大教改基金項(xiàng)目“以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)的通信工程專業(yè)核心課程體系建設(shè)與實(shí)踐（13111002）”的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）24-0042-02

“數(shù)字通信原理”是通信工程專業(yè)必修的一門專業(yè)課，也可作為相關(guān)電類專業(yè)的選修課。當(dāng)今信息社會(huì)里，各行各業(yè)的信息化離不開信息的傳輸，而數(shù)字通信是信息傳輸?shù)闹匾侄?，因此“?shù)字通信原理”課程的教學(xué)也應(yīng)不斷變革，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需要，同時(shí)兼顧所屬行業(yè)應(yīng)用特色。數(shù)字通信和模擬通信在許多方面有著本質(zhì)的區(qū)別，從模擬通信到數(shù)字通信有許多新的問題需要解決。[1，2]作為通信工程專業(yè)承上啟下的一門重要課程，數(shù)字通信以學(xué)生前期必修的數(shù)字電路、模擬電路、電路分析、通信原理、高頻電子線路、光纖通信等電類課程為基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的基本理論和技術(shù)，為后續(xù)其他電類選修課的學(xué)習(xí)起到引導(dǎo)和打下基礎(chǔ)的作用。為了在有限的學(xué)時(shí)中能夠盡快引導(dǎo)學(xué)生完成從專業(yè)基礎(chǔ)理論課過渡到專業(yè)選修課階段，結(jié)合電力行業(yè)特色，從課程內(nèi)容安排和實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了一系列改革與實(shí)踐。

一、課程內(nèi)容的教學(xué)改革

作為通信工程專業(yè)承上啟下的重要課程，本課程既不能與前期課程內(nèi)容有過多重復(fù)，又需要為后續(xù)課程做好引導(dǎo)作用。因此，合理的課程內(nèi)容安排，可以在較短學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生從中受益最大。

1.教學(xué)內(nèi)容的精簡與更新

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格的要求，按照整體優(yōu)化的原則，認(rèn)真研究本課程在專業(yè)培養(yǎng)過程中的地位和作用，并理順前后課程之間的關(guān)系，搞好相關(guān)課程的重組和整合。為避免沖突和重復(fù)，處理好與相關(guān)課程內(nèi)容間的銜接部分，如信源編碼一章中的PCM部分在“通信原理”課程中已詳細(xì)介紹，而圖像編碼部分與“數(shù)字圖像處理”課程中內(nèi)容有重復(fù)，故留作將來“數(shù)字圖像處理”選修課中詳細(xì)介紹，這里只做簡單介紹。數(shù)字通信系統(tǒng)與各課程間的關(guān)系如圖1所示。

為了適應(yīng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，需要不斷地對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新和調(diào)整，及時(shí)刪除陳舊、落后的內(nèi)容。例如對(duì)已經(jīng)應(yīng)用較少的參數(shù)編碼部分不再詳細(xì)介紹，而對(duì)目前常用的組合編碼部分，作為重點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2.課程教學(xué)體系的完善

以往本課程教學(xué)主要是使學(xué)生了解數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成，建立數(shù)字通信系統(tǒng)的概念，掌握數(shù)字通信中的主要技術(shù)，如信源編碼、時(shí)分復(fù)用、同步技術(shù)、抗干擾技術(shù)、多址技術(shù)等。[1，2]上述教學(xué)內(nèi)容只是注重?cái)?shù)字通信系統(tǒng)中基本功能模塊的講解，沒有突出通信網(wǎng)絡(luò)部分，這就使學(xué)生不易建立一個(gè)整體的通信網(wǎng)絡(luò)概念。

而同步數(shù)字傳輸網(wǎng)（簡稱SDH）作為各種數(shù)字通信模塊的具體應(yīng)用系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)等諸多行業(yè)得到廣泛地應(yīng)用。[3，4]但是很多院校把數(shù)字通信和SDH分成兩門課程來講，造成二者內(nèi)容的部分重復(fù)和連貫性缺失，同時(shí)加重了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。因此，考慮到專業(yè)課程體系的整體安排，將已有的SDH課程內(nèi)容與本課程進(jìn)行整合，使二者有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)內(nèi)容的前后連貫性，使學(xué)生更好地理解從單個(gè)模塊到整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的過渡。

完善后的課程教學(xué)體系圍繞數(shù)字通信系統(tǒng)模型，以數(shù)字通信技術(shù)為主線，重點(diǎn)介紹數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成、基本工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)，建立數(shù)字通信系統(tǒng)的概念，掌握數(shù)字通信中的主要技術(shù)，具體內(nèi)容包括數(shù)字通信的基本概念、信源數(shù)字化和編碼、數(shù)字復(fù)接技術(shù)和傳輸技術(shù)、同步技術(shù)、糾錯(cuò)編碼和SDH技術(shù)等，結(jié)合實(shí)際的SDH通信系統(tǒng)，并特別介紹了一些數(shù)字通信技術(shù)新的應(yīng)用，既適應(yīng)了當(dāng)前通信領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀，又反映了這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。各部分要求和學(xué)時(shí)安排如表1所示。

3.工程案例及行業(yè)特色體現(xiàn)

作為應(yīng)用性很強(qiáng)的工程技術(shù)類課程，可以在課程原理教學(xué)中引入具體工程案例，以實(shí)例強(qiáng)化原理教學(xué)，達(dá)到學(xué)以致用的目的。如對(duì)于信源編碼部分，可以結(jié)合移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)中常用的G.729編碼器，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用案例介紹。對(duì)于數(shù)字傳輸技術(shù)部分，可以結(jié)合GSM系統(tǒng)中的MLSE均衡器深入分析均衡的原理。對(duì)于同步數(shù)字系列的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部分，可以結(jié)合電力系統(tǒng)中具體市局中變電站通信網(wǎng)絡(luò)組成圖進(jìn)行詳細(xì)闡述，也可以結(jié)合具體移動(dòng)通信各基站間常用的聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行分析。

作為電力特色高校，配合大電力學(xué)科建設(shè)，以及目前正在建設(shè)的智能電網(wǎng)，數(shù)字通信技術(shù)需要反映大電力特色，通過案例強(qiáng)調(diào)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的方法，為電網(wǎng)的智能化提供強(qiáng)大的支持，使最終在電網(wǎng)、電源和用戶之間建立良好的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互、分析與控制。

二、實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

在課程之外單獨(dú)開設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解、提高學(xué)生的動(dòng)手能力。具體措施是以“通信技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)”課程為基礎(chǔ)，配合畢業(yè)實(shí)習(xí)中對(duì)電力企業(yè)通信中心的參觀，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有更加直觀、深刻的認(rèn)識(shí)。

“通信技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)”作為通信專業(yè)的一門重要的實(shí)踐性課程，以一套完整電信運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)微型化的通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，即采用一臺(tái)OPTIX 155/622M和兩臺(tái)OPTIX 155/622H傳輸設(shè)備，根據(jù)業(yè)務(wù)需求不同，可以進(jìn)行不同的配置，從而組成網(wǎng)絡(luò)。培養(yǎng)學(xué)生掌握通信網(wǎng)絡(luò)基本原理，使學(xué)生掌握的知識(shí)與社會(huì)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)同步。通過該訓(xùn)練環(huán)節(jié)，可以極大地提高學(xué)生的通信網(wǎng)絡(luò)方案規(guī)劃，通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)自我設(shè)計(jì)，通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品自我選用，通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自我配置與調(diào)試等方面的綜合能力，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐的思想意識(shí)，鍛煉學(xué)生進(jìn)入科研與工程實(shí)踐的能力，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)通信工程網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試能力。

具體要求是驗(yàn)證數(shù)字通信中的位同步、幀同步等和進(jìn)行PCM整機(jī)測試，熟悉實(shí)驗(yàn)室SDH網(wǎng)絡(luò)的配置環(huán)境，熟悉硬件環(huán)境中各網(wǎng)元的配置情況及各類型板卡的性能，熟悉相應(yīng)的軟件配置平臺(tái)及各類配置命令的功能，掌握在SDH網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元的配置過程，掌握光纖單向通道保護(hù)環(huán)的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法，掌握2M業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在鏈狀網(wǎng)絡(luò)、環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的開通方法。

三、教學(xué)方式的改革

改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，積極開展啟發(fā)式、研討式、案例式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，如采用案例式，可以將具體原理講解與上述工程案例的分析相結(jié)合，重視在實(shí)踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

合理應(yīng)用多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等現(xiàn)代教育技術(shù)和教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。如加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，利用網(wǎng)上題庫建設(shè)、作業(yè)，將教學(xué)日歷和教學(xué)大綱、課件等放到校園網(wǎng)上，為學(xué)生提供更多資源以便充分理解、消化課上所學(xué)知識(shí)。

四、考核方式和評(píng)價(jià)的改革

建立綜合性全程考試模式，深化考試改革以促進(jìn)教學(xué)方法與手段改革，根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)以閉卷考試為主，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和課后習(xí)題、大作業(yè)等綜合評(píng)定成績。

課程命題以教學(xué)大綱為依據(jù)，反映教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)和深度、廣度，注重基本知識(shí)點(diǎn)的考核，既要注意大多數(shù)學(xué)生的實(shí)際水平，又要發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)新能力。

完善試題庫建設(shè)，5年內(nèi)試題重復(fù)率不超過50%，通過試卷分析反饋教學(xué)效果。

五、教學(xué)實(shí)踐及效果分析

通過教學(xué)內(nèi)容和方式設(shè)計(jì)，教學(xué)實(shí)踐表明課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)效果良好。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在課堂上能夠積極主動(dòng)地思考并回答問題，能夠在課下主動(dòng)查閱參考資料并利用網(wǎng)上教學(xué)資源學(xué)習(xí)。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，大部分同學(xué)能夠獨(dú)立地完成實(shí)驗(yàn)的基本操作和設(shè)計(jì)，部分同學(xué)則提出新的設(shè)計(jì)思路，利用不同方式完成實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。

從課后習(xí)題、大作業(yè)、考試等方面反映的效果看，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度達(dá)到了較為滿意的效果。尤其在提交的大作業(yè)中，學(xué)生能夠發(fā)揮主觀能動(dòng)性，從多個(gè)角度選題并通過查閱文獻(xiàn)資料進(jìn)行思考，加深了對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的理解，初步建立了數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的概念。在考試的綜合性題目中，如語音信號(hào)如何在數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸，大部分學(xué)生能夠結(jié)合信源編碼、信道編碼、同步和SDH等相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行不同程度的闡述。

總之，通過上述教學(xué)改革和實(shí)踐，更好地實(shí)現(xiàn)了“數(shù)字通信原理”課程的教學(xué)初衷，并發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主觀能動(dòng)性，提高了分析問題和解決問題能力。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）