基于CDIO模式下的《現(xiàn)代通信原理》教學(xué)探究

唐 云 張文昭

（湖南科技學(xué)院 電子研究所，湖南 永州 425199）

《現(xiàn)代通信原理》課程是高等院校電子信息類專業(yè)及通信工程專業(yè)本科生的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，是主干課程之一。然而，該課程涵蓋內(nèi)容之多、知識面之廣，涉及隨機過程、復(fù)變函數(shù)與積分變換、信息論、信號與系統(tǒng)等多方面的知識，并且概念抽象、理論性強、原理復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往感到吃力和乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，造成學(xué)習(xí)后勁與動力不足。因此，為了讓學(xué)生更容易學(xué)好和更喜愛這門課程，把握現(xiàn)代通信原理，掌握必要的通信工程技能，必須從教師自身入手，從教學(xué)上予以探究，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考評方式上予以改革。筆者認為，運用CDIO大工程教育模式是探討此課程教學(xué)改革的有效之法。

1 CDIO教育模式的內(nèi)涵

CDIO教育模式是大學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的一種工程教育模式。CDIO是“構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）”四個詞組的英文縮寫，這四個詞組有序地聯(lián)在一起，其含義是指以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體的工程人才培養(yǎng)教育模式[1]。這種教育模式是基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人才能力對接的需求，于 2000年由美國麻省理工學(xué)院等四所高校聯(lián)合研究而提出來的。它囊括了學(xué)生四個層面的能力培養(yǎng)：一是專業(yè)基礎(chǔ)知識的把握能力，包括基礎(chǔ)科學(xué)知識、核心工程基礎(chǔ)知識、高級工程基礎(chǔ)知識等；二是個人素質(zhì)的拓展能力，包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題、系統(tǒng)思維、個人技能和職業(yè)技能等；三是團隊結(jié)構(gòu)的合作能力，包括團隊精神、交流溝通、興趣指向、學(xué)識水平等；四是CDIO工程的理順能力，包括外部和社會環(huán)境、企業(yè)與商業(yè)環(huán)境、構(gòu)想與工程系統(tǒng)、設(shè)計與規(guī)劃系統(tǒng)、實施與周期系統(tǒng)、運作與問題系統(tǒng)等。

CDIO教育模式的根本點是建立問題探究式學(xué)習(xí)方式。這種學(xué)習(xí)方式是以工程項目為平臺，以實物為主線，倡導(dǎo)問題驅(qū)動性。也就是說，讓學(xué)生在具體項目上自主地提出問題，找到解決問題的方法，形成合作、互動、追源、查因的探究式學(xué)習(xí)方式。這種問題探究式學(xué)習(xí)方式是通過工程項目的選取、情景氛圍的創(chuàng)設(shè)、協(xié)作互動的開展，從而促使學(xué)生自覺地運用工程基礎(chǔ)知識，有效組合個人、團隊、環(huán)境等各種因素來實現(xiàn)的；是通過一種具體的情景模式，在準確理解、分析、判斷問題的基礎(chǔ)上打造出來的；是通過工程項目的具體制作，在縱橫交錯的多學(xué)科多維度融合的理論與實踐活動中展開的。這種工程教育模式，不僅促進了理論知識的學(xué)習(xí)與企業(yè)實際項目的緊密結(jié)合，而且更是人才智慧的培養(yǎng)之窗。這種工程教育的人才培養(yǎng)理念在國際上獲得了廣泛的共識。

CDIO教育模式的核心路徑是教學(xué)的實踐性。這種教學(xué)模式最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是以項目為學(xué)習(xí)中心。倡導(dǎo)在項目中“做”，在項目中“學(xué)”，在項目中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在項目中提高學(xué)生解決實際問題的能力。這種教育模式，強調(diào)的是課程實驗活動，是教師對工程項目的篩選與引導(dǎo)，是學(xué)生在實驗活動中動手能力的培養(yǎng)。這一目標的實現(xiàn)過程，既需要理論的整合，又需要實驗的支撐。也就是說，在實驗的基礎(chǔ)上把握理論，再在理論的整合上指導(dǎo)實踐操作。這個過程的每一步都離不開教師“教”的實踐與學(xué)生“學(xué)”的實踐性。實踐性是CDIO教育模式的核心所在。

2 傳統(tǒng)通信原理教學(xué)模式存在的問題

《通信原理》是理論與實踐性極強的一門課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在的最大問題就是忽視了學(xué)生的實驗與實踐活動。具體表現(xiàn)為：教學(xué)活動中以理論闡釋理論，以知識灌輸替代自主思考，以考卷分數(shù)高低評價學(xué)習(xí)優(yōu)劣。

（1）在課程教法上的理論與實踐嚴重脫節(jié)

傳統(tǒng)教學(xué)法是依據(jù)通信原理教材模塊組織教學(xué)。其教材版本的設(shè)計，注重的只是理論學(xué)習(xí)，忽視了實驗與實踐環(huán)節(jié)。課堂上，教師依照教材往往花費課堂的全部時間去講解基本概念，推導(dǎo)繁瑣的數(shù)理公式，實際上是在以理論闡釋理論。教師所傳授的概念知識、公式推導(dǎo)和學(xué)生課后的練習(xí)，與通信原理課要解決的實際問題不配套、相脫離。通信原理課程的重點應(yīng)該是運用數(shù)理結(jié)論、方法，設(shè)計出通信工程項目和項目流線。要達到這一目標，必須要依據(jù)形象的、實實在在的真實感知項目，讓學(xué)生浸泡在通信原理的情境模式中，設(shè)法構(gòu)造“想象”的真實；必須要運用具體實例，進行實驗操作，分析結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)，得出原理。因此，如何將書本上的理論知識與實踐應(yīng)用聯(lián)系起來，以實驗過程得出理論結(jié)論，這才是最重要的。

（2）在知識傳授上的教師與學(xué)生難以互動

傳統(tǒng)教學(xué)法是教師的單向性。課堂上，教師只能依據(jù)教材單純灌輸通信工程的原理知識，學(xué)生只能是被動地去接受，根本發(fā)揮不了學(xué)生把握知識的積極性和主動性。美國教育家約翰·杜威（John Dowey.1859-1952）指出，在整個學(xué)校生活與教學(xué)中學(xué)生必須成為積極主動的參與者，而教師則是學(xué)生活動的協(xié)助者[2]。根據(jù)這一觀點，這就需要教師將教學(xué)信息由“單工”傳輸方式轉(zhuǎn)化為“全雙工”傳輸方式。教師作為信源時，需要合理設(shè)計課堂、實驗、作業(yè)，把教學(xué)內(nèi)容搬移到學(xué)生最容易提取信息的“頻帶”上，盡量以遞增的方式增加項目流程知識，借助信源的相關(guān)性，減少單向傳輸量。只有在實驗操作中被理解的知識才是真正被譯出的信息，這才成為學(xué)生自己的知識。否則，單向灌輸?shù)臇|西只是暫存在學(xué)生的存儲區(qū)中。應(yīng)充分利用實驗室條件，盡量引導(dǎo)學(xué)生自己給出結(jié)論，教師循序漸進地追問為什么。這樣，才可能達到開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)智慧的目的。

（3）在學(xué)習(xí)評價上的不科學(xué)性導(dǎo)致人才培養(yǎng)目標的難以實現(xiàn)

正確而科學(xué)的學(xué)習(xí)評價方式，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。評價學(xué)生學(xué)習(xí)課程的優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)不同的科目采取不同的評價法。傳統(tǒng)的通信原理課程評價法只是單一的試卷考試法。這種統(tǒng)一的格式規(guī)范法，教師只看到了試卷分數(shù)的高低，則難以判斷學(xué)生能力的強弱。通信原理這門課程應(yīng)側(cè)重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，應(yīng)該采取考核評價方式。因為這門課程不只是知識的記憶，而是知識的應(yīng)用。應(yīng)設(shè)置通信工程項目，讓學(xué)生在實驗室具體操作中予以作答，從項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行過程的最優(yōu)化實踐上來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力優(yōu)劣。如何知道通信工程教師的“教學(xué)”方案是一個比較佳的設(shè)計？學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與應(yīng)用能力是否得到了提升？傳統(tǒng)的筆試是難以評價出來的。在傳統(tǒng)的教育背景下，學(xué)生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓(xùn)練，導(dǎo)致高校人才培養(yǎng)和企業(yè)人才需求上的脫鉤[4]。

3 CDIO理念下的現(xiàn)代通信原理教學(xué)改革構(gòu)想

CDIO教育模式是大工程理念下的人才培養(yǎng)模式，是與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的人才能力培養(yǎng)的對接，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效路徑?，F(xiàn)代通信原理課程是實現(xiàn)CDIO教育目標的紐帶，其教學(xué)過程亟需改革。

（1）教學(xué)內(nèi)容的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)內(nèi)容是 CDIO模式教育的首要任務(wù)。第一，應(yīng)構(gòu)建出一個連貫有序的通信方向課程體系。這個課程體系應(yīng)遵循CDIO規(guī)則，按照工程項目全生命周期的要求，依據(jù)通信知識的全方向體系來組織“教”、組織“學(xué)”、組織“做”。在構(gòu)建通信方向課程體系的過程中，特別要突出課程之間的關(guān)聯(lián)性和專業(yè)的目標性來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)。經(jīng)我們充分討論研究，通信方向課程體系如圖1所示。

圖1 通信方向的課程體系

（圖中課程內(nèi)容上方的數(shù)字代表開設(shè)的學(xué)期）

按照新組建的通信方向體系進行教學(xué)，既便于學(xué)生掌握通信知識之間的聯(lián)系性，又便于學(xué)生運用通信知識解決綜合性問題。同時更促使學(xué)生在不同典型模塊比較中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，建立起通信技術(shù)知識體系。

第二，精選典型模塊，強化知識運用。依據(jù)通信方向的連貫性，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)以信號的傳遞流程為主線，精選出典型通信模塊，逐步展開技術(shù)實現(xiàn)的分析，讓學(xué)生在不同典型的通信模塊中把握技術(shù)要領(lǐng)。

（2）教學(xué)方法與手段的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)方法與手段是 CDIO模式教育的必然要求。第一，必須打造教學(xué)團隊的工程實踐能力。要把CDIO教育模式引入通信課程的教學(xué)當中，教師必須通過工程項目和典型通信技術(shù)案例等方法，將理論知識與企業(yè)實際項目關(guān)聯(lián)起來，教師除了有系統(tǒng)的理論知識外，還要有相當豐富的工程實踐經(jīng)驗。提升任課教師工程實踐能力，學(xué)校應(yīng)建立企業(yè)實踐基地，鼓勵任課教師利用寒暑假到對口單位參加工程實踐。

第二，必須使理論教學(xué)與實驗教學(xué)相得益彰。在課堂教學(xué)中，教師不僅要講清通信理論的基本點，更要把課堂搬進實驗室。在闡釋有關(guān)通信理論時應(yīng)充分利用實驗室條件，穿插配套實驗，如圖2所示。

圖2 理論教學(xué)內(nèi)容與配套實驗

在圖中可見，理論教學(xué)與實驗教學(xué)是相輔相成并行開展的。通過軟件仿真、硬件實驗及軟硬組合實驗，加深學(xué)生對通信原理中基本概念的理解。

第三，必須“走出去，請進來”。走出去是指把學(xué)生帶到對口企業(yè)中，通過企業(yè)通信工程制作的具體觀摩，讓學(xué)生進一步深化通信原理的把握；請進來是指邀請對口企業(yè)的工程師來校講學(xué)，讓學(xué)生著重了解在一個工程項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作的全過程中需要些什么，自己還缺什么。從而達到自我培養(yǎng)的目的。

（3）教學(xué)考評方式的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學(xué)考評方式是 CDIO模式教育的核心選擇。第一，依據(jù)教師教案設(shè)置的科學(xué)性評價教學(xué)。通信原理教學(xué)重在學(xué)生對各門通信技術(shù)知識信號的把握，教師的教學(xué)效果很大程度上取決于教案的設(shè)計，因為教案是知識傳授的實施方案，是傳授的依據(jù)，通過教案的觀摩可檢測出教師對知識闡釋的表里、深淺、優(yōu)劣。

第二，依據(jù)教師對課外活動與實驗活動的組織評價教學(xué)。任課教師是否組建了課程學(xué)習(xí)小組，在實驗活動中是否以團隊為單位，是否加了學(xué)生協(xié)作能力的培育，是否調(diào)動了學(xué)生自主解決問題的積極性。這個過程是考評教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。

第三，依據(jù)學(xué)生的應(yīng)用能力強弱來考核評價成績的優(yōu)劣。學(xué)生對這門課程的期末成績，不能憑一套試卷考分高低來判斷，而應(yīng)該通過一個項目完成過程的優(yōu)劣來評定。比如，為了讓學(xué)生掌握數(shù)字通信系統(tǒng)各模塊的實現(xiàn)方法，我們設(shè)計了信源編碼、信道編碼及數(shù)字調(diào)制3個模塊的項目對學(xué)生應(yīng)用能力進行考核，如圖3，效果很好。

圖3 課程設(shè)計與數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)系

單單采用傳統(tǒng)的試卷考試形式，會束縛學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且無法很好地考查學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，因此，可以采取多種考查方式，如口試、演講、提交論文等形式。

經(jīng)過一個學(xué)期的試點教學(xué)，基于CDIO教育理念的《現(xiàn)代通信原理》課堂教學(xué)改革，能有效地解決理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)的問題，在教學(xué)過程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力有所提升，遇到問題時也學(xué)會了相互協(xié)作，同時教師的業(yè)務(wù)水平也比以往有了更大的提高。

[1]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009,(5):86.

[2]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1.

[3]王建波,鄭世旺.《通信原理》的系統(tǒng)教學(xué)法[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報,2011,27(6):123.

[4]王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國電力教育,2009,(6):11-12.