通信原理案例教學方法改革探索

劉佳，謝芳清（仲愷農業工程學院信息科學與技術學院，廣州　510225）

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通信原理案例教學方法改革探索

劉佳，謝芳清
（仲愷農業工程學院信息科學與技術學院，廣州510225）

摘要：

關鍵詞：

通信原理；案例教學；教學方法；仿真軟件

0　引言

通信系統從最初的固定、窄帶、點對點到今天的移動、寬帶與網絡化的巨大變化，我們深有體會。作為帶動信息產業高速增長的重要引擎，無線通信業的平穩快速發展，對于促進社會經濟發展、改善提高人民生活質量、提升我國科技實力起著非常重要的作用。為了滿足無線通信業的快速發展，社會需要高校“輸送”高質量的通信人才。因此，各高校的通信工程專業的學生不僅需要有扎實的理論知識，還應該有豐富的實踐經驗。通信工程專業最主要的專業基礎課程是《通信原理》。然而在多年的教學實踐中發現，多數學生認為這門課程理論性太強，太枯燥，當面對具體問題時，不知該如何運用所學知識來給出切實可行的解決方案。

1　案例教學改革

為了培養應用型人才，加強實踐性案例教學環節，注重培養學生創新能力則顯得十分重要。大多數課程的教學引入了案例教學模式[1-3］。案例教學有利于加深對理論教學內容的理解。理論教學為案例教學提供了分析問題的基礎和原理，而案例教學有利于加深對理論教學內容的理解，這兩者存在著相互補充和相互促進的關系。在教學過程中，既不能采取從頭到尾系統講授的教學方法，也不宜整個課程全部都引用案例教學。這是因為，案例教學具有局限性。由于案例一般是針對具體的數據對象，不容易抽象上升為一般性的系統規律。

本文擬在理論講解前，給出綜合性案例，讓學生站在一定高度理解待講解的教學內容，更加形象地理解待講解的理論知識，更加清楚為什么要學習這部分知識，及這部分知識有何用途，鍛煉學生的綜合分析能力；在理論授課過程中，給出驗證性案例，讓學生清楚地明白如何將所學的理論知識用仿真軟件進行實踐，利用動畫進行展示，調動學生的積極性，激發學生的興趣；在理論講解后，給出設計性案例，設計性案例多由一些比較簡單的案例組成，此案例的設計最好能通過幾種辦法解決，既可以用前面所學的知識來解決，又可以運用剛學過的知識，通過對比，可以更深刻地理解剛學過的知識，讓學生在課后主動完成，培養學生獨立解決實際問題的能力。

2　案例教學的設計

2.1綜合性案例的設計

對于某一門課而言，我們嘗試構建思維框圖，將盡可能多的知識點涵蓋在這個框圖中，這樣一來，可以將知識點串聯起來，不易忘記。同樣，在設計綜合性案例的時候，要求設計的案例中試圖包含盡可能多的知識點。然而這些知識點不是簡單的堆積，而是有機系統地連在一起。再者，通過對綜合案例的分析，可以在全局的角度上理解待學習的內容，有助于激發學生的學習興趣。

例如，在《通信原理》中，綜合性案例可以設計為：某數字通信系統中，信源發送某二進制信息后要經過保密編碼、信道編碼、調制、再發送到信道，到了接收端進行解調、信道譯碼、保密譯碼，最后得到二進制信息序列。

通過分析上述案例，我們給出如下模型，如圖1所示：

圖1　數字通信系統模型

該模型包含了很多知識點，例如，信源編碼及譯碼（保密編碼及譯碼）、信道編碼及譯碼、調制及解調、信道（加噪聲）。這些知識點貫穿了《通信原理》大部分章節[4］。首先，我們應該給學生介紹各知識點在此模型中起到的作用，揭示我們學習此知識點的目的，使學生全局性地理解待學習知識點的“位置”。

在學習此思維框圖中的每一個知識點時，我們都可以借此綜合性案例。鼓勵學生對各個模塊予以不同的函數進行實現。這樣到最后，我們就可以將各個模型連接起來，最終實現整個綜合性實驗。

2.2驗證性案例的設計

在課堂的知識點講解過程中，我們引入驗證性案例，有助于學生學習內容抽象、較難理解的知識。一方面，使學生深入理解學習過程中“似懂非懂”的知識點，另一方面，受傳統教學模式（先理論，后應用）的影響，當學生進入實踐應用學習階段時，往往發現學過的理論知識已遺忘甚多，沒有了理論指導，實踐無從下手。學生感覺理論和實踐環節是兩張皮，學不能致用，專業興趣得不到激發，學習積極性難以調動，越學越乏味，逐漸失去了學習的信心。因此，我們在課程中引入驗證性案例教學。

例如，在《通信原理》數字調制章節的講解中，當講到“相移鍵控”調制技術時，課堂中利用MATLAB仿真軟件，實現如下程序：

算法1：

a=[1，0，1，0］；％輸入信號序列a

subplot（2，1，1）；stem（a）；％畫出信號序列a的離散圖像

N=length（a）；％取N為輸入信號序列的長度

t=-1：0.01：0；

x=sin（2*pi*t）；

for i=[1：N］％對序列元素進行判斷

t=i-1：0.01：i；％設置時間范圍和間隔

if a（i）==1％元素為1時，在一個周期內畫出一個正弦波

x=sin（2*pi*t）；

end

if a（i）==0％元素為0時，在一個周期內畫出一個經反轉的正弦波

x=（-1）*sin（2*pi*t）；

end

if a（i）～=1&a（i）～=0％元素為0或非0或非1時返回循環開端

return；

end

subplot（2，1，2）；plot（t，x）；

hold on

end

因此，二進制比特流1010經“相移鍵控”調制后的波形，如圖2所示。

圖2　1010相移鍵控波形

通過理論講解，再給出具體程序及圖形，使學生深一層次地理解知識點，達到將理論應用于實踐的目的。同時指出“相移鍵控”調制在綜合性案例中的位置，并進一步將算法1改成函數的形式，作為一個單獨的模塊為綜合性案例的最終實習提供子函數。

2.3設計性案例的設計

在課堂知識點講解過程后，我們引入設計性案例，此案例的設計最好能通過幾種辦法解決，既可以用前面所學的知識來解決，又可以運用剛學過的知識，通過對比，可以更深刻地理解剛學過的知識，讓學生在課后主動完成，通過實踐，提高學生獨立分析問題、解決問題的能力。

例如，在《通信原理》數字調制章節的講解中，當講解完“頻移鍵控”調制技術后，我們給出設計性案例，即：二進制比特流1010101010調制后，放到帶噪聲的信道中（加性高斯白噪聲，噪聲方差自調），觀察調制后的波形及加了噪聲后的波形，如圖3，4所示。在此案例中，學生可以通過自行設計的噪聲大小，觀察加了噪聲后的波形及解調后的波形，從而自行判斷多大的噪聲可以恢復出原始的波形。

對于數字調制，我們有三種基本的調制技術，分別為：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控。這三種技術都可以對二進制比特流進行調制。通過對比觀察，可以更深刻地理解剛學過的三個知識點。

3　結語

本文把案例教學模式應用到《通信原理》課程中，通過選擇合適的案例教學材料，在理論講解前引入綜合性案例、理論講解中引入驗證性案例和理論講解后引入設計性案例。通過課堂實際教學，這種案例教學模式得到了學生的肯定，學生的學習熱情較高。使他們既具備扎實的理論知識，又具備豐富的實踐經驗，更好地適應社會的需求。

圖3　噪聲為CN（0，3.3）的高斯白噪聲的FSK調制解調波形

圖4　噪聲為CN（0，0.3）的高斯白噪聲的FSK調制解調波形

參考文獻：

[1］鄭金洲.案例教學指南[M］.上海：華東師范大學出版社，2000.

[2］朱正國.案例教學法在《大學計算機基礎》課程教學中的應用[J］.現代計算機：專業版，2014（7）：64-67.

[3］劉佳．案例教學在《數據結構》課程中運用的探討[J］.仲愷農業工程學院學報增刊，2009，21（4）：41-44.

[4］樊昌信.通信原理[M］.北京：國防工業出版社，2012.

Communication Theory course is provided with not only deep theory，but also strong practice.In order to adapt to the requirements of social high practical ability for talents，proposes to employee the comprehensive case before class，confirmatory case in class and design cases after class.To make students understand the content of the theory and apply to practice finally，guides them to think，analyze，discuss and practice actively.

Keywords：

Communication Theory；Case Teaching；Teaching Method；Simulation Software

Reform & Exploration of Case Teaching Method in Communication Theory

LIU Jia，XIE Fang-qing
（College of Information Science and Technology，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225）

Abstract：

《通信原理》課程不僅理論性強，而且具有很強的實踐性。為了適應社會對通信人才實踐能力高的要求，提出在理論講解前引入綜合性案例、理論講解中引入驗證性案例和理論講解后引入設計性案例，積極引導學生進行思考、分析、討論和實踐，從而使學生深刻理解所學理論內容，最終應用于實踐。

基金項目：

國家自然科學基金（No.61401525）、廣東省教育廳青年創新人才項目廣東省高等學校優秀青年教師培養計劃項目（No.YQ2015092）

文章編號：1007-1423（2016）15-0028-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.15.008

作者簡介：

劉佳（1983-），女，吉林梅河口人，博士，副教授，研究方向為信道編碼、信息安全

謝芳清（1966-），女，廣東廣州人，碩士，高級實驗師，研究方向為信息安全

收稿日期：2016-03-24修稿日期：2016-05-15