通信原理課程教學中的學科教學知識與科學發展

【摘 要】為提高教學質量，本文遵循教學規律，以加強教師學科教學知識為牽引，對通信原理課程教學進行了積極的探索。提出在教學中必須樹立以學生為主體的教育理念；必須要全面協調，統籌處理好五個關系，搞好課程教學；必須加強課程學科教學知識的運用，才能實現課程教學的可持續發展。

【關鍵詞】通信原理 學科教學知識 科學發展

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）21-0051-03

信息社會，電子與通信技術的發展加快了人類社會的文明化進程。在電子與通信類專業的課程結構中，通信原理是極為重要的專業基礎課程。該課程的教學任務在于講授通信系統的基本概念和基本原理，教學目的在于讓學生掌握通信系統的基本組成、理論原理、實現方法和系統性能，能夠在后續課程的學習和工作中靈活應用，并激發他們對通信學科的學習興趣和學習熱情，使他們有足夠的自信和能力來適應這一日新月異的領域。該課程內容涉及隨機過程、復變函數與積分變換、信息論、信號與系統、數字信號處理等多方面的知識。

高等教育是人才培養的主渠道，而教師則是決定學校教育質量的關鍵。在20世紀80年代的西方教師專業化運動中，美國斯坦福大學的Shulman教授提出了“學科教學知識”（Pedagogical Content Knowledge，PCK，也有人譯為教育學內容知識、教學學科知識、學科內容教學知識等）這一重要概念。舒爾曼認為，學科教學知識是學科知識和教育學知識的特殊混合體，是教師對學科知識獨特的專業理解，為教師所特有，是“教師對如何幫助學生理解具體學科內容而做出的理解”。學科教學知識使教師學會思考和組織學科理論的疑難研究和創新，使之與學習者多樣的興趣與不同的能力相適應，從而組織教學。學科教學知識的提出，為教師的專業化發展提供了理論依據。學科教學知識是教師在教學中將特定的學科教學內容加工轉化形成的、能為學生領悟的知識。學科教學知識的形成，需要教師首先對學科知識、教育理論、學生基礎、知識應用等不斷進行學習融合；其次對教學過程、教學效果反復歸納、總結，然后對教學經驗不斷豐富，最終對教學水平不斷提高。因此，學科教學知識具有理論性、實踐性和個體性。學科教學知識的形成揭示了教師教學能力提高發展的復雜過程，使對提高教師教學能力和教學水平的研究更為深入與科學。因此，快速形成學科教學知識能力并科學發展，對一名新世紀的教師來說具有重要的現實意義。

在此，我們以科學發展觀為指導，按照“第一要義是發展，核心是以人為本，基本要求是全面協調可持續，根本方法是統籌兼顧”的要求，本著遵循教學規律、提高教學質量的原則，通過加強教師學科教學知識，對通信原理課程教學進行積極的探索。

一 以人為本，要樹立以學生為主體的教育理念

以人為本，體現在課程教學中就是要以學生為主體，以使學生理解掌握課程內容為目的，以提高通信原理課程教學質量為基礎，圍繞學生成才組織教學活動，構建以“學生為主體，教師為主導”的新型教學模式。這就要求我們在教學過程中注重以下三點：

1.尊重學生的人格

教學過程是師生交往、積極互動、共同提高的過程，是教師教與學生學的和諧統一。因此，教師要尊重學生、愛護學生，形成“民主平等、尊師愛生、情感交融、協力合作”的新型師生關系。師生在人格上是平等的，在課堂活動中是民主的，在相處的氛圍中是融洽的，這樣有利于激發學生的學習興趣和主動性，提高課堂教學效果。

2.珍惜學生的學習機會

學生來校學習機會難得，作為教師要認真備好每一堂課、講好每一堂課，使每一堂課學生都能有所收獲。這就要求廣泛搜集課程資料，融會貫通地講授內容，設計構思好講授方法。教師在備課時，可以進行換位思考，即將自己扮演成學生的角色，感受學生的困惑，思考講解的技巧，做到有的放矢，尋找到最佳的切入點和突破口，目的是使學生更好地理解知識要點，攻克知識難點，在最短的時間內收到最佳的教學效果。

3.調動學生的學習主動性

課堂教學是學校教育的主陣地、是學生掌握知識的主渠道，如何有效地提高課堂教學效果，是每位教師的職責和義務。因此，在教學過程中要采取合適的教學方法，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性。在通信原理的實際課程教學中，我們實施了啟發式、討論式、設計式、情境式、協同式等教學方法，尤其是備課時采用換位思考法做了充分的教學準備，極大地調動了學生的學習主動性和積極性，收到了良好的教學效果。

二 全面協調，統籌處理五個關系，搞好課程教學

在課程教學中，目前普遍存在的問題是知識的無限性與課時的有限性、科技發展的快速性與教學內容的相對滯后性之間的矛盾。通信原理課程教學同樣如此，為此我們必須認真進行課程改革：（1）明確該課程在整個課程體系（即學生知識結構）中的地位和作用；（2）研究和處理該課程與其他相關課程之間的內容接口聯系；（3）對現有的教學內容進行推陳出新，及時跟蹤學術發展動態。在這樣的統一思想下，必須注重協調處理好以下五個關系。

1.教學內容與授課學時數的關系

在課堂授課中，我們選用的是樊昌信教授主編的《通信原理》（第六版），這是國家十一五規劃教材，也是眾多院校通信專業研究生入學考試的指定參考教材，內容豐富翔實、理論體系完整、知識點覆蓋面廣。內容主要包括通信基礎知識與模擬通信原理、數字和模擬信號的數字傳輸以及數字信號的最佳接收原理、數字通信中的編碼和同步技術等三部分，推薦學時為90學時。而本校教學計劃中規定為80學時，其中還有20學時的實驗教學，理論講授只有60學時。因此，根據前后課程的設置，跳過確知信號這一章?？紤]到《通信原理》的很多章節中（尤其是信號檢測）都會用到隨機過程的知識，隨機信號分析既是通信原理的分析方法，也是其技術基礎，故進行了重點講授。同時將信道編碼放在后續課程“信息論與編碼”中講授，這樣能在有限的學時內將課程的主要內容講深、講透，將知識點融會貫通。

2.核心內容與拓展知識的關系

通信原理課程自身特點顯著——抽象概念多、數學推導多、邏輯性強，是后續多門課程的基礎，教師在教學中必須緊緊抓住核心內容。段梅梅在《傳道、授業、解惑在“通信原理”課程教學中的應用》一文中指出，“道”是通信原理的精髓，即通信中最基本的原理和核心觀點；“業”是通信原理的基本研究方法、基本性能指標和知識體系；“惑”是學生理解上的難點和實踐中遇到的問題。在授課過程中，教師可以按照傳“道”、授“業”、解“惑”，將核心目標講清、講透，使學生理解掌握。如在數字調制中，2ASK、2FSK、2PSK是多進制調制和新型調制技術的基礎，我們從數學原理、實現方法、解調方法、功率譜、帶寬、抗噪聲性能等逐一分析，相互比較，使學生不僅理解了三種調制原理調制方法，而且明確了相互關系和各自特點。同時，隨著移動通信、衛星通信和計算機通信技術的發展和應用，新的數字載波調制技術不斷涌現，因此對多進制調制和新的調制技術在課堂上進行了適當介紹，并指定相關參考書，由學生自學，教師輔導答疑。

3.傳統教學方法與現代教學方法的關系

傳統教學方法主要是指在課堂上教師講、學生聽、進行知識灌輸的一種教學方法。該方法的教學過程和結果往往是教師滿堂灌、學生被動學、學生興趣低、教學效果差。而現代教學方法則強調實行啟發式和討論式教學，教師在課堂上注重思路明晰、突出重點；注重與學生互動、調動學生的學習積極性；注重引導學生自主學習。在通信原理教學中，我們試行了“基于問題式學習”（Problem Based on Learning，簡稱PBL）的教學方法，設置了“抓住一個主線——抗干擾，理解兩個指標——有效性和可靠性，掌握三種調制——幅度調制、頻率調制和相位調制，把握四個準則——香農公式、奈奎斯特第一準則、奈奎斯特第二準則和抽樣定理”等核心問題，由學生根據課程內容查閱相關資料進行歸納總結，最終使學生能縱橫聯想、前后貫通，加深對課程內容的理解、掌握。

4.常規實驗與虛擬實驗的關系

實驗教學是驗證和加深課堂講授知識、提高學生對抽象概念理解能力的一個重要教學環節。通信原理安排了20學時、共5個實驗，包括三部分實驗內容。第一部分以驗證性實驗為主，如普通雙邊帶調幅與解調實驗、2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）調制解調實驗、脈沖幅度調制解調實驗、脈沖編碼調制解調實驗等，重點是形象直觀地演示調制解調的原理，使學生加深對知識的理解。這些實驗在課堂講授后立即進行，使理論課和實驗課相得益彰。第二部分是綜合性實驗，如數字基帶傳輸系統實驗、模擬通信系統實驗、數字和模擬通信終端實驗等，重點是使學生了解通信系統中的若干變換與反變換，掌握系統的概念。第三部分是開放性實驗，我們將剩余實驗開放，學生可根據個人的興趣愛好進行選做，也可自行擬定實驗題目和實驗內容。此外，考慮到通信原理內容豐富，可做多個驗證型和綜合設計性實驗，但學時有限，只能重點選做。因此，在后續課程MATLAB語言及應用中，利用通信工具箱中的信源編碼、糾錯編碼、信道、調制解調等庫函數和模塊開設了通信原理的計算機仿真實驗，對其硬件實驗進行了補充和完善。

5.現代教學手段與傳統教學手段的關系

教學手段是完成教務任務、實現教學目的的重要途徑。傳統教學手段（主要是指黑板加粉筆）和現代教學手段（主要是指多媒體課件）各有利弊：前者清晰易懂，適用于講授數學推導和理論性強的課程，學生能緊跟教師思路，邊記筆記邊理解；后者形象直觀，信息量大，適用于介紹性多、公式推導少的課程。在授課過程中要根據不同課程的性質和特點，選用不同的教學手段，并注重兩者的交叉使用。在通信原理教學中，我們根據不同章節內容選用了多種教學手段。如幅度調制、頻率調制和相位調制，其理論性強、數學推導較多。教學手段以板書為主，輔以多媒體課件顯示其調制波形，并利用Flash動畫效果模擬，使枯燥的原理教學變得直觀具體、生動形象；也使學生學有興趣、理解全面、記憶深刻。而在講授緒論時，介紹性內容偏多，則以多媒體課件為主。在講授數字信號的最佳接收時，則全部采用板書進行。

三 可持續發展，加強課程學科教學知識的應用

講授通信原理課程的教師應不斷加強學科教學知識，并能熟練地運用于教學實踐活動中。一方面要強調基本理論、方法的分析，重點培養學生的思考能力；另一方面必須加強實驗教學和實際訓練環節，重點是培養崗位技能。該課程的教學目標是使學生掌握典型數字通信系統的組成、工作原理、性能特點、基本分析方法和實驗技能等，熟悉當前數字通信技術發展的現狀和最新進展。核心是教授學生通信知識，培養學生良好的學識素養，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。

1.學科知識傳授方面，教學重點放在數字通信系統部分

“通信原理”課程內容包括通信的基本理論、模擬調制、數字傳輸、編碼技術幾大部分。由于現代通信的發展方向是數字通信，因此，教學重點應在數字通信系統部分。在課程的開始階段，讓學生準確把握數字通信系統的組成、各模塊的功能，使學生能把課程的重點內容有機地聯系起來。在學習具體知識點時，能明確它們在通信系統中所起的作用，收到“既見樹木，又見森林”的效果?！巴ㄐ旁怼笔且婚T理論和實踐并重的課程，在理論教學方面，要讓學生掌握通信系統的基本組成、基本原理和分析方法。為了提高教學效果，在課堂上可以采用設問思考和逆向思考提問等教學方法，引發學生思考，啟迪學生思維，激起學生的求知欲。在教學過程中，注意觀察學生的理解能力。在備課時，采用換位思考法，感受學生的困惑，考慮講解的技巧，以最短的授課時間收到最佳的教學效果。同時，根據不同的教學內容，注意將學生自學知識和精講重難點結合起來。在每章或小節結束時，注意及時進行課程總結，使學生鞏固所學內容，便于進行后續學習。

2.介紹新技術、新知識，提高學生學習興趣

“通信原理”是通信專業的基礎課程，最新科技與成果很難及時寫入教材，用什么教材講什么內容的傳統也使得學生對新科技、新成果知之較少。而通信的發展日新月異，新技術層出不窮，如何在有限的課時里讓學生既能掌握通信基本理論，又盡量領悟更多通信方面的新理論和新技術是教學中需要解決的問題之一。我們在教學中必須以教材內容為主線，穿插講授最新科技知識。如在講解通信原理基本理論的同時，介紹移動通信的發展狀況、移動通信中常用多址方式、3G技術等內容，既能提高學生的學習興趣，開拓其視野，又能為他們將來從事新領域的研究指明方向。

3.通過多媒體和仿真輔助教學，加深對基本原理的理解

廣泛采用多媒體教學，并在課件設計上注意體現知識的建構過程，重視知識要點的剖析，提高學生主體參與度；在課堂講解上，注意及時提煉重點知識，避免讓學生只看不思考，便于學生理解掌握原理，從而促成傳統教學和多媒體教學優勢互補；同時，利用仿真軟件對通信系統進行仿真演示，提高學生的理解力，培養學生的系統觀。

4.加強教學實踐，鞏固所學內容

“通信原理”是一門實驗性很強的課程，為了幫助學生鞏固所學內容、加深理解，筆者在教學中采用兩種方法來提高教學效果。第一，利用現有的實驗設備精心設計實驗內容；第二，利用MATLAB仿真軟件編寫仿真程序，并課堂演示。如仿真實現多種解調方式的誤碼率曲線，可以讓學生直觀地了解它們之間的性能差異，體會“面對面”交流的樂趣。而編程基礎較好的學生可以開發簡單的數字通信系統，重點讓學生練習使用信源編碼信道及接收機的仿真實現等。這樣，不僅能提高學生的編程能力，而且還加深他們對整個通信系統的理解。

四 結束語

“通信原理”是信息化技術的一個重要基礎，隨著信息化技術的發展和應用，必將發揮更加重要的作用。而這將引發從教學對象到教學內容的一系列變革。因此，我們必須與時俱進，以科學發展觀為指導，牢固樹立以學生為主體的教育理念，全面協調、統籌處理好五個關系，搞好課程教學；必須要加強課程學科教學知識的應用、因材施教、靈活配置、創新應用教學方法，上好每一堂課。只有這樣，才能實現課程教學的可持續發展。

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〔責任編輯：駱虢〕