通信原理案例教學(xué)方法改革探索

劉佳，謝芳清（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣州　510225）

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通信原理案例教學(xué)方法改革探索

劉佳，謝芳清
（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣州510225）

摘要：

關(guān)鍵詞：

通信原理；案例教學(xué)；教學(xué)方法；仿真軟件

0　引言

通信系統(tǒng)從最初的固定、窄帶、點對點到今天的移動、寬帶與網(wǎng)絡(luò)化的巨大變化，我們深有體會。作為帶動信息產(chǎn)業(yè)高速增長的重要引擎，無線通信業(yè)的平穩(wěn)快速發(fā)展，對于促進社會經(jīng)濟發(fā)展、改善提高人民生活質(zhì)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(yè)的快速發(fā)展，社會需要高校“輸送”高質(zhì)量的通信人才。因此，各高校的通信工程專業(yè)的學(xué)生不僅需要有扎實的理論知識，還應(yīng)該有豐富的實踐經(jīng)驗。通信工程專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程是《通信原理》。然而在多年的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為這門課程理論性太強，太枯燥，當(dāng)面對具體問題時，不知該如何運用所學(xué)知識來給出切實可行的解決方案。

1　案例教學(xué)改革

為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，加強實踐性案例教學(xué)環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力則顯得十分重要。大多數(shù)課程的教學(xué)引入了案例教學(xué)模式[1-3］。案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解。理論教學(xué)為案例教學(xué)提供了分析問題的基礎(chǔ)和原理，而案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，這兩者存在著相互補充和相互促進的關(guān)系。在教學(xué)過程中，既不能采取從頭到尾系統(tǒng)講授的教學(xué)方法，也不宜整個課程全部都引用案例教學(xué)。這是因為，案例教學(xué)具有局限性。由于案例一般是針對具體的數(shù)據(jù)對象，不容易抽象上升為一般性的系統(tǒng)規(guī)律。

本文擬在理論講解前，給出綜合性案例，讓學(xué)生站在一定高度理解待講解的教學(xué)內(nèi)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(xué)習(xí)這部分知識，及這部分知識有何用途，鍛煉學(xué)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(xué)生清楚地明白如何將所學(xué)的理論知識用仿真軟件進行實踐，利用動畫進行展示，調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的興趣；在理論講解后，給出設(shè)計性案例，設(shè)計性案例多由一些比較簡單的案例組成，此案例的設(shè)計最好能通過幾種辦法解決，既可以用前面所學(xué)的知識來解決，又可以運用剛學(xué)過的知識，通過對比，可以更深刻地理解剛學(xué)過的知識，讓學(xué)生在課后主動完成，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際問題的能力。

2　案例教學(xué)的設(shè)計

2.1綜合性案例的設(shè)計

對于某一門課而言，我們嘗試構(gòu)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(lián)起來，不易忘記。同樣，在設(shè)計綜合性案例的時候，要求設(shè)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(tǒng)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(xué)習(xí)的內(nèi)容，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如，在《通信原理》中，綜合性案例可以設(shè)計為：某數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源發(fā)送某二進制信息后要經(jīng)過保密編碼、信道編碼、調(diào)制、再發(fā)送到信道，到了接收端進行解調(diào)、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(shù)字通信系統(tǒng)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(diào)制及解調(diào)、信道（加噪聲）。這些知識點貫穿了《通信原理》大部分章節(jié)[4］。首先，我們應(yīng)該給學(xué)生介紹各知識點在此模型中起到的作用，揭示我們學(xué)習(xí)此知識點的目的，使學(xué)生全局性地理解待學(xué)習(xí)知識點的“位置”。

在學(xué)習(xí)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(xué)生對各個模塊予以不同的函數(shù)進行實現(xiàn)。這樣到最后，我們就可以將各個模型連接起來，最終實現(xiàn)整個綜合性實驗。

2.2驗證性案例的設(shè)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(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象、較難理解的知識。一方面，使學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)過程中“似懂非懂”的知識點，另一方面，受傳統(tǒng)教學(xué)模式（先理論，后應(yīng)用）的影響，當(dāng)學(xué)生進入實踐應(yīng)用學(xué)習(xí)階段時，往往發(fā)現(xiàn)學(xué)過的理論知識已遺忘甚多，沒有了理論指導(dǎo)，實踐無從下手。學(xué)生感覺理論和實踐環(huán)節(jié)是兩張皮，學(xué)不能致用，專業(yè)興趣得不到激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動，越學(xué)越乏味，逐漸失去了學(xué)習(xí)的信心。因此，我們在課程中引入驗證性案例教學(xué)。

例如，在《通信原理》數(shù)字調(diào)制章節(jié)的講解中，當(dāng)講到“相移鍵控”調(diào)制技術(shù)時，課堂中利用MATLAB仿真軟件，實現(xiàn)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(shè)置時間范圍和間隔

if a（i）==1％元素為1時，在一個周期內(nèi)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(nèi)畫出一個經(jīng)反轉(zhuǎn)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(huán)開端

return；

end

subplot（2，1，2）；plot（t，x）；

hold on

end

因此，二進制比特流1010經(jīng)“相移鍵控”調(diào)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(xué)生深一層次地理解知識點，達(dá)到將理論應(yīng)用于實踐的目的。同時指出“相移鍵控”調(diào)制在綜合性案例中的位置，并進一步將算法1改成函數(shù)的形式，作為一個單獨的模塊為綜合性案例的最終實習(xí)提供子函數(shù)。

2.3設(shè)計性案例的設(shè)計

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

例如，在《通信原理》數(shù)字調(diào)制章節(jié)的講解中，當(dāng)講解完“頻移鍵控”調(diào)制技術(shù)后，我們給出設(shè)計性案例，即：二進制比特流1010101010調(diào)制后，放到帶噪聲的信道中（加性高斯白噪聲，噪聲方差自調(diào)），觀察調(diào)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(xué)生可以通過自行設(shè)計的噪聲大小，觀察加了噪聲后的波形及解調(diào)后的波形，從而自行判斷多大的噪聲可以恢復(fù)出原始的波形。

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

3　結(jié)語

本文把案例教學(xué)模式應(yīng)用到《通信原理》課程中，通過選擇合適的案例教學(xué)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(shè)計性案例。通過課堂實際教學(xué)，這種案例教學(xué)模式得到了學(xué)生的肯定，學(xué)生的學(xué)習(xí)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(jīng)驗，更好地適應(yīng)社會的需求。

圖3　噪聲為CN（0，3.3）的高斯白噪聲的FSK調(diào)制解調(diào)波形

圖4　噪聲為CN（0，0.3）的高斯白噪聲的FSK調(diào)制解調(diào)波形

參考文獻(xiàn)：

[1］鄭金洲.案例教學(xué)指南[M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2000.

[2］朱正國.案例教學(xué)法在《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J］.現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2014（7）：64-67.

[3］劉佳．案例教學(xué)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中運用的探討[J］.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報增刊，2009，21（4）：41-44.

[4］樊昌信.通信原理[M］.北京：國防工業(yè)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(yīng)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(shè)計性案例，積極引導(dǎo)學(xué)生進行思考、分析、討論和實踐，從而使學(xué)生深刻理解所學(xué)理論內(nèi)容，最終應(yīng)用于實踐。

基金項目：

國家自然科學(xué)基金（No.61401525）、廣東省教育廳青年創(chuàng)新人才項目廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)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