研究生課程“寬帶無(wú)線通信”教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

薛小平　張芳　郭愛(ài)煌　徐娟

摘要：基于“寬帶無(wú)線通信”研究生課程的教學(xué)實(shí)踐，討論了課程教學(xué)過(guò)程中的困惑與矛盾，并在此基礎(chǔ)上，針對(duì)“寬帶無(wú)線通信”課程的特點(diǎn)，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容組織、授課方式、文獻(xiàn)閱讀和自學(xué)能力提高進(jìn)行了研究與實(shí)踐，取得了很好的教學(xué)效果，受到了研究生和教學(xué)督導(dǎo)的一致好評(píng)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)；課程；研究生；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）45-0128-03

一、引言

研究生的培養(yǎng)不同于本科生，按教育部的相關(guān)規(guī)定，研究生要求掌握專門的知識(shí)和具備獨(dú)立從事科學(xué)研究工作的能力，具有分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

從知識(shí)結(jié)構(gòu)上看，研究生已經(jīng)完成了本科的學(xué)習(xí)，并掌握了本專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)和方法，需要從更深和更專業(yè)的層次上，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立研究的能力，包括提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。本文針對(duì)“寬帶無(wú)線通信”課程的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，就遇到的困惑、教學(xué)組織、學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)等方面進(jìn)行分析，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐。

二、課程教學(xué)中的矛盾與困惑

這里涉及到的問(wèn)題，并非本教學(xué)團(tuán)隊(duì)獨(dú)有的問(wèn)題，很多課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)也可能會(huì)遇到同樣的問(wèn)題和困惑。

1.教學(xué)內(nèi)容繁多與課時(shí)數(shù)限制的矛盾。“寬帶無(wú)線通信”是近年來(lái)興起的通信領(lǐng)域的重要方向之一，寬帶移動(dòng)通信和移動(dòng)寬帶通信是該方向的重要研究?jī)?nèi)容，涉及的研究?jī)?nèi)容廣泛，新的研究?jī)?nèi)容正在不斷地豐富課程的內(nèi)容。在移動(dòng)寬帶化領(lǐng)域，包括3G、4G核心關(guān)鍵問(wèn)題，如載波聚合、多點(diǎn)協(xié)作（CoMP）、中繼（Relay）、機(jī)會(huì)通信、無(wú)線資源管理與調(diào)度、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等；在寬帶移動(dòng)化方向，包括802.11和802.16的全部?jī)?nèi)容以及移動(dòng)性管理等。

研究生課程教學(xué)時(shí)數(shù)少，內(nèi)容繁多，目前部分研究生課程仍然采用全講課的方式授課。針對(duì)這樣的問(wèn)題，我們認(rèn)為：研究生課程的教學(xué)應(yīng)更側(cè)重于講清楚問(wèn)題，講清楚解決問(wèn)題的思想方法，而不用再拘泥于具體的算法和內(nèi)容上，對(duì)學(xué)生進(jìn)行有重點(diǎn)的引導(dǎo)，對(duì)于具體的算法和內(nèi)容留給學(xué)生課后實(shí)踐中去完成。

2.研究生課程教學(xué)內(nèi)容與其研究方向的矛盾。“寬帶無(wú)線通信”作為通信與信息系統(tǒng)學(xué)科的研究生學(xué)位課程，與學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。但不同的導(dǎo)師從事的科研存在較大的差異，部分導(dǎo)師的工作盡管屬于通信與信息系統(tǒng)的范疇，但科研方向可能與寬帶無(wú)線通信不完全相關(guān)。導(dǎo)致部分研究生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)積極性不高，對(duì)布置深入的研究的課程項(xiàng)目，不會(huì)主動(dòng)地去閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)和資料，處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的情況。

事實(shí)上，作為通信與信息系統(tǒng)的研究生，應(yīng)當(dāng)具備和掌握本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的研究前沿技術(shù)和發(fā)展方向，課程的內(nèi)容對(duì)學(xué)生仍然是非常有幫助的，關(guān)鍵是如何讓學(xué)生掌握和理解正確的學(xué)習(xí)方法。

3.教學(xué)內(nèi)容動(dòng)態(tài)性突出與難以及時(shí)跟蹤的問(wèn)題。通信系統(tǒng)在近20多年的時(shí)間里，是一個(gè)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)的時(shí)代，新的研究和技術(shù)引領(lǐng)本領(lǐng)域內(nèi)的持續(xù)的創(chuàng)新，尤其是無(wú)線通信領(lǐng)域。在寬帶移動(dòng)化和移動(dòng)寬帶化的今天，培養(yǎng)具有國(guó)際視野的高水平研究生，不僅需要有高水平的科研，更需要在教學(xué)過(guò)程中，反映學(xué)術(shù)研究的前沿和關(guān)鍵問(wèn)題。

全球每年在這一領(lǐng)域要發(fā)表大量的學(xué)術(shù)論文，此外還有很多專利、標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)主講教師來(lái)講，要求主講老師能及時(shí)跟蹤國(guó)際學(xué)術(shù)前沿，變化教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的主題，充實(shí)和豐富教學(xué)內(nèi)容。盡管如此，主講教師仍難以把握和體現(xiàn)本領(lǐng)域內(nèi)的全部研究進(jìn)展。

4.研究生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和自學(xué)能力不足的問(wèn)題。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，絕大部分研究生盡管具有了英語(yǔ)六級(jí)的水平，也初步掌握了本專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)。但在英文專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀和理解方面，由于專業(yè)詞匯量不足，無(wú)法很好地把握文獻(xiàn)的本質(zhì)；對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的深入理解能力不足，英文水平結(jié)合專業(yè)知識(shí)的綜合能力還有待于進(jìn)一步提高。

三、“寬帶無(wú)線通信”研究生課程的教學(xué)研究與實(shí)踐

1.精心挑選和組織教學(xué)內(nèi)容。研究生的教學(xué)內(nèi)容不能拘泥于教材，一本教材從材料的整理、文獻(xiàn)的翻譯及出版過(guò)程等要經(jīng)歷很長(zhǎng)的時(shí)間，原來(lái)新的知識(shí)和內(nèi)容在等到教材用于教學(xué)時(shí)，可能已經(jīng)過(guò)時(shí)了或者已經(jīng)不再是研究熱點(diǎn)。但教材較為系統(tǒng)地討論了某一學(xué)科方向的經(jīng)典工作，對(duì)強(qiáng)化研究生的基礎(chǔ)知識(shí)、了解和掌握學(xué)科的方向有積極的作用。

研究生教學(xué)過(guò)程中，不能忽視文獻(xiàn)和資料的引用，文獻(xiàn)和資料可及時(shí)地反映本學(xué)科的研究動(dòng)態(tài)。在研究生課程的教學(xué)實(shí)踐中，除了要求研究生閱讀教材內(nèi)容外，還需要引入權(quán)威的文獻(xiàn)和資料。從教材和文獻(xiàn)兩個(gè)方面組織好課程的教學(xué)內(nèi)容。基于本課程的特點(diǎn)，在文獻(xiàn)的選擇方面，應(yīng)選擇高水平、高質(zhì)量的近三年內(nèi)的文獻(xiàn)，包括IEEE Transaction，IEEE期刊以及國(guó)內(nèi)權(quán)威期刊的文獻(xiàn)。

基于本課程的特點(diǎn)，本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：移動(dòng)寬帶化和寬帶移動(dòng)化，并充分關(guān)注移動(dòng)的本質(zhì)及其演化。移動(dòng)寬帶化實(shí)質(zhì)上是指移動(dòng)通信系統(tǒng)的寬帶接入，需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是寬帶無(wú)線接入技術(shù)及其演化；二是核心網(wǎng)的演化。前者包括OFDM、MIMO及其組合的方法，以及由此衍生出來(lái)的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題，如信道估計(jì)方法、中繼、CoMP等；后者則包括WLAN和WiMAX技術(shù)，關(guān)注QoS和移動(dòng)性問(wèn)題的解決等；移動(dòng)性則是寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，包含了移動(dòng)通信系統(tǒng)中的移動(dòng)性管理、移動(dòng)IP以及異構(gòu)網(wǎng)中的移動(dòng)性管理問(wèn)題等。

在教學(xué)過(guò)程中，為讓研究生全面地了解和把握某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，在講清基本原理和思想的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)剡x擇了部分國(guó)內(nèi)外權(quán)威綜述性的文獻(xiàn)作為教學(xué)內(nèi)容，并幫助學(xué)生閱讀和理解。例如，在講解LTE-A的CoMP時(shí)，采用了Ralf Irmer等于2011年發(fā)表的Coordinated Multipoint：Concepts，Performance，and Field Trial Results綜述性文獻(xiàn)[1]，并在教學(xué)過(guò)程中，突出文獻(xiàn)中難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，以理解思路和方法為核心；再如，在講述內(nèi)容時(shí)，采用了Bruno Clerckx等學(xué)者2013年在IEEE Trans上發(fā)表的A Practical Cooperative Multicell MIMO-OFDMA Network Based on Rank Coordination論文[2]，對(duì)并對(duì)其中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了深入的分析和剖析。這種教學(xué)模式，一方面可以保證學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)，另一方面也可以讓研究生了解國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及研究的熱點(diǎn)。endprint

2.圍繞課程所涉及的理論和方法的創(chuàng)新開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)一直受到人們的關(guān)注，并在實(shí)踐中得到了充分的運(yùn)用。在知識(shí)爆炸的時(shí)代，一門課不可能討論本課程所涵蓋的所有的問(wèn)題，需要在課堂教學(xué)中，側(cè)重基礎(chǔ)、核心關(guān)鍵理論和方法論的教學(xué)，并結(jié)合國(guó)際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)和前沿進(jìn)行講授，拓寬研究生的視野和思路，引導(dǎo)研究生思考問(wèn)題，提出問(wèn)題，并養(yǎng)成正確的思考習(xí)慣。

（1）借用式創(chuàng)新。所謂“借用式創(chuàng)新”，即借用以往的方法來(lái)解決新的問(wèn)題。在講解OFDM原理和概念時(shí)，側(cè)重突出的是傳統(tǒng)的無(wú)線通信調(diào)制方式的不足，無(wú)法提供足夠的接入帶寬，研究人員引入了正交性原理，將信道劃分成多個(gè)正交的子信道，實(shí)現(xiàn)并行并輸，為用戶提供更大的接入帶寬。其實(shí)這一想法并不新，在通信早期的研究中已經(jīng)采用正交的概念。并在此基礎(chǔ)上，不斷地啟發(fā)研究生思考，采用了OFDM后，還有什么問(wèn)題需要解決呢？進(jìn)而提出信道估計(jì)、同步等問(wèn)題；類似這種創(chuàng)新的思想，在寬帶無(wú)線通信中，有很多例子，如MIMO的引入，其實(shí)就是通信系統(tǒng)中的空間復(fù)用，但MIMO在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，也經(jīng)歷了很多問(wèn)題，如天線間的距離問(wèn)題、信道估計(jì)等問(wèn)題。

（2）用批判的眼光發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。培養(yǎng)研究生在閱讀文獻(xiàn)和聽(tīng)課時(shí)，學(xué)會(huì)用批判的眼光去看待事物，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題。問(wèn)題的深度、高度和水平越深入，則創(chuàng)新性就越強(qiáng)。但不能全盤否定他人的工作，大膽懷疑和挑戰(zhàn)本身沒(méi)有錯(cuò)，但需要尊重他人的成果，尤其是權(quán)威文獻(xiàn)和經(jīng)典的工作。

事實(shí)上，很多創(chuàng)新是建立在原有工作的基礎(chǔ)上，作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以滿足新的要求。例如，移動(dòng)通信系統(tǒng)就是在原來(lái)的固定網(wǎng)基礎(chǔ)上演化而來(lái)的，到目前為止，移動(dòng)通信系統(tǒng)中的很多技術(shù)仍然沿用了固定網(wǎng)的技術(shù)，如交換技術(shù)、傳輸技術(shù)、信令等，只是對(duì)固定網(wǎng)中不支持移動(dòng)的部分進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。例如，通過(guò)基站覆蓋來(lái)解決與用戶的連接問(wèn)題；為進(jìn)行移動(dòng)性管理，增設(shè)了歸屬位置寄存器和訪問(wèn)位置寄存器，并由此提出切換的概念和方法等。

（3）把握對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的理解和認(rèn)識(shí)。理解問(wèn)題的本質(zhì)往往比僅論算法和理論更為有效。在討論WLAN時(shí)，在講清楚WLAN的概念后，突出WLAN的共享介質(zhì)的問(wèn)題，共享介質(zhì)帶來(lái)了幀的沖突。因此，在教學(xué)過(guò)程中，在課程教學(xué)時(shí)，將重點(diǎn)放在MAC的調(diào)度機(jī)制方面。通過(guò)收集各種文獻(xiàn)和資料，包括IEEE 802.11的標(biāo)準(zhǔn)，專題討論MAC層調(diào)度機(jī)制及其演化。為解決共享介質(zhì)的沖突問(wèn)題，傳統(tǒng)的方法是CSMA/CA，但這種方法是一種盡力而為的方法，沒(méi)有考慮業(yè)務(wù)的差異。為解決這一問(wèn)題，人們提出了有QoS保證的MAC層調(diào)度機(jī)制。在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中，提出了兩種基本的機(jī)制，即分布協(xié)調(diào)功能（DCF）和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF），提出了多種間隔的時(shí)間，如PIFS、IFS等參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，人們利用這些參數(shù)，對(duì)不同類別的業(yè)務(wù)進(jìn)行分類管理，幾乎所有的算法改進(jìn)和創(chuàng)新均是基于參數(shù)的調(diào)整；通過(guò)實(shí)例算法的討論，進(jìn)一步突出MAC層調(diào)度機(jī)制的核心思想是有效的避免沖突，而非事后的檢測(cè)。

3.通過(guò)文獻(xiàn)閱讀增強(qiáng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力。文獻(xiàn)閱讀能力是研究生學(xué)習(xí)階段的重要內(nèi)容之一，也掌握和了解國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)的有效方法，因此，積極引導(dǎo)研究生閱讀并把握文獻(xiàn)內(nèi)容的把握也是課程教學(xué)的目的之一。

學(xué)術(shù)論文主要包括3部分的內(nèi)容：①論文所要解決的問(wèn)題；②具體的解決辦法；③證實(shí)解決方案的有效性，包括證明、實(shí)驗(yàn)和仿真等。通常，這3部分通常分布在文獻(xiàn)的不同部分。

論文所要解決的問(wèn)題，通常在摘要、引言、相關(guān)工作、問(wèn)題陳述和約束部分有詳細(xì)的描述和討論。在閱讀文獻(xiàn)時(shí)，首先要把握好作者的問(wèn)題，尤其是摘要和引言部分，作者通常會(huì)指出問(wèn)題研究的背景、現(xiàn)有的成果以及表明作者所作的工作理由等，并且通常不會(huì)用形式化的方式描述問(wèn)題，一般可以理解清楚。因此，閱讀摘要和引言十分重要，同樣摘要和引言的清楚表達(dá)是關(guān)鍵。

把握解決問(wèn)題采用的方法和學(xué)術(shù)思路十分重要，好的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，通常會(huì)描述其采用的方法和學(xué)術(shù)思想。但研究生在閱讀文獻(xiàn)時(shí)，通常會(huì)陷入數(shù)學(xué)公式，如果再遇到數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不太好的話，就難以理解作者的核心思想了。

證實(shí)解決方案的有效性往往會(huì)被忽視，其實(shí)這部分工作對(duì)論文采用的方法和學(xué)術(shù)思想支撐，也是研究生提高動(dòng)手能力的有效途徑。本課程的文獻(xiàn)大都采用了仿真和實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)證實(shí)方法和學(xué)術(shù)思想的有效性，包括實(shí)驗(yàn)和仿真環(huán)境、建模方法、比較對(duì)象的選擇、實(shí)驗(yàn)和仿真過(guò)程、數(shù)據(jù)處理方法以及仿真或?qū)嶒?yàn)結(jié)果等。

在本課程的教學(xué)實(shí)踐中，指定了一些權(quán)威文獻(xiàn)，讓學(xué)生課后閱讀，并在課堂上進(jìn)行交流。要求研究生在講解時(shí)，忠實(shí)對(duì)原文的理解。

結(jié)合英文文獻(xiàn)讓學(xué)生正確理解專業(yè)詞匯也十分重要，很多專業(yè)詞匯，理解不正確會(huì)影響對(duì)整篇論文的理解，如通信中經(jīng)常用“Paging”一詞，不能譯成分頁(yè)，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中這個(gè)詞的正確理解為“尋呼”。諸如此類的詞有很多，如“Cluster”，理解為“簇”等。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的閱讀，也可提高研究生學(xué)術(shù)論文的寫作方法和技巧。

四、結(jié)論與展望

本文總結(jié)了在“寬帶無(wú)線通信”課程中的教學(xué)實(shí)踐中一些體會(huì)，包括教學(xué)內(nèi)容的選擇、結(jié)合創(chuàng)新思想的教學(xué)組織及研究生文獻(xiàn)閱讀能力的培養(yǎng)等方面。在教學(xué)過(guò)程中，從學(xué)生的反映和教學(xué)督導(dǎo)聽(tīng)課的評(píng)價(jià)來(lái)看，這樣的教學(xué)實(shí)踐，具有很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ralf Irmer，Heinz Droste，Patrick Marsch at el.Coordinated Multipoint：Concepts，Performance，and Field Trial Results，IEEE Communications Magazine[J].2011，（2）：102-111.

[2]Bruno Clerckx，Heunchul Lee，Young-Jun Hong，and Gil Kim，A Practical Cooperative Multicell MIMO-OFDMA Network Based on Rank Coordination，IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS[J].2013，（4）：1481-1491.

作者簡(jiǎn)介：薛小平，同濟(jì)大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，博士，教授，博士生導(dǎo)師；張芳，同濟(jì)大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，博士，講師；郭愛(ài)煌，同濟(jì)大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，博士，教授，博士生導(dǎo)師；徐娟，同濟(jì)大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，博士，副教授。endprint