移動通信專業課程教學設計與改革

胡蘇

摘要：針對移動通信原理專業課本科教育的效率問題，本文從加強學生對移動通信原理的理解，以增強學生實踐動手能力和培養學生原創性應用為目標，從面向4G、5G的實際實驗場景入手，重構未來移動通信關鍵技術實驗內容，重點關注學生在實驗環節的課程效應，改革實驗教學手段和方法，提高本科學生的移動通信工程的學習積極性，將實驗教學延伸到課堂以外。

關鍵詞：移動通信教學；實驗教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0155-02

移動通信已經深入人們的日常生活，隨著大家對移動性、傳輸數量、可靠性、安全等方面的要求，移動通信系統從傳統的3G時代全面升級到4G時代，并且面向未來移動通信的5G系統也正在積極研發和標準化制定過程中。從移動通信原理出發，該學科屬于綜合性交叉學科，其基礎理論涉及到線性代數、統計概率學、電子元器件、射頻電子技術等諸多領域，因而移動通信專業的專業課程體系相對比較復雜，包括物理層傳輸，MAC協議棧設計，網絡路由協議，信息安全、上層應用開發（APP）等，移動通信專業的基礎理論和方法論，貫穿于專業課程學習的整個過程。對于移動通信原理這門課程而言，重點在于全面介紹移動通信系統中物理層的基本概念，基本原理以及典型的信號處理手段，力爭讓學生通過該課程的學習，能夠為后續的移動通信課程設計，以及后續研究生階段繼續深造打好良好的課程基礎。

一、移動通信原理實驗體系

在以前的實驗體系當中，通信原理相關儀器的使用和相關實驗安排在《通信原理》課程，主要關注點在傳統模擬調制以及簡單的數字調制方式。對于移動通信專業而言，以往更多的針對移動通信發展過程給學生講解基本原理，基本沒有安排合理的實驗課程和實踐環節。這樣設置的結果是實驗環節的安排比較零散，實驗內容針對性不強，而且實驗操作沒有跟上移動通信行業快速的發展，教學與實際銜接不順暢，因此學生無法真正從實驗和實踐中理解移動通信基礎理論的內在聯系。為此，結合移動通信原理課程內容，把實驗和實踐內容進行適當的整合和融合，重點突出2G/3G/4G/5G系統所采用的數字調制方式。通過這種學生使用MATLAB軟件能夠搭建移動通信中最基本的通信鏈路，讓學生對移動通信系統中的物理傳輸信道，信源調制，信宿解調，信源編碼，信宿解碼等環節有深入的理解，從而讓學生能夠建立對移動通信系統基礎框架一個基本的認識。

二、改革移動通信實驗和實踐手段

在以往的移動通信實驗和實踐環節，一般是由指導教師對移動通信原理基本原理進行講解，然后在開始實驗和實踐環節，給學生分發課程實驗和實踐指導書，指導教師進行實驗和實踐過程講解，最后由學生完全根據指導書的內容，逐步完成指導書的每一個不走[2]。當實驗和實踐流程結束以后，學生寫出實驗報告上交就算結束了一個實驗環節。教師在整個實驗過程當中既是裁判員又是運動員，學生完全沒有主動或者積極的參與移動通信的實驗和實踐。從本質上而言，學生成了實驗和實踐的觀眾，完全跟著教師做就萬事大吉，因此很難調動學生的積極性和參與性，對實驗和實踐結果缺少必要的深入分析。最終結果是實驗環節不能真正發揮其在移動通信教學過程中應有的作用。以實驗和實踐為主導的應用探究式教學法重點是完善實驗前和實驗后的指導工作，在實驗和實踐教學過程中，授課教師需要轉換角色，即從教師轉變為導師。比如在實驗開始之前，安排學生自主熟悉移動通信原理實驗內容，比如無線信道的測量方法，室內定位準則等。指導教師會概括講解上述移動通信應用所涉及的知識點，以及部分核心信號處理手段，然后指導老師讓學生自主組建實驗小組，每個組3-4個人，完成相應的必修題目和選修題目。每個組由組長牽頭設計實驗方法和實驗過程，編寫基于MATLAB軟件和示波器、頻譜儀的實驗流程后交由指導教師審核。在審核通過后，每個小組獨立完成必修題目和選修題目，并撰寫實驗報告和答辯PPT，在課堂進行現場課程設計答辯，指導教師根據測量數據可靠性，方法合理以及完備性，結論分析以及現場答辯效果等環節，對每個小組進行綜合考評。最為重要的是，該考評成績全部納入課程成績，并占30%的份額。通過方式，移動通信實驗和實踐環節能夠實現幾個目的：（1）通過每個小組獨立實現必修題目和選修題目，避免不同小組互相抄襲，充分發揮不同小組的主觀能動性；（2）由于課程設計占到課程成績30%，學生對待課程設計的態度發生了極大的改變，從以往消極應對課程設計變為積極主動參與；（3）在后續的學習過程中，學生對移動通信系統各個環節都有很深入的認識，對后續的移動通信4G，以及未來5G移動通信系統奠定了理解的基礎。（4）指導教師鼓勵學生對實驗數據進行進一步的分析和挖掘，進行探究性實驗，結合具體的移動通信問題，提出解決問題的辦法。比如能否利用手機APP軟件對使用者電磁環境情況進行分析，然后上報給具備大數據分析能力的中心節點，最后一個基于分布式的大數據無線電磁統計分析系統就能夠順利搭建。這種實驗教學法已經取得了一定的成績，有的本科生已經可以根據采集的數據應用MATLAB平臺和National Instruments（美國國家儀器公司，NI）軟件無線電平臺進行數據挖掘，并發表相應的學術論文。

三、教學改革評價方法

應用探究式教學法，實際上是把移動通信課堂教學延伸到課前和課后，所以對學生的課程成績評價方法也不僅僅憑期末考試來評定，需要綜合考慮實驗過程和實驗結果，以及移動通信原理課前和課后的能力。因此，在評價體系中增加了課外成績的內容，并賦予一定的權重。課前成績的考察主要根據課前制訂的實驗方案采集無線數據是否合理可行、測試系統方案是否具有可操作性等，然后給出小組成績。課后的探究實驗成績，不作為總分的組成部分，但是可以作為加分內容，根據研究的方法和采用的研究手段是否可行、取得的成果是否具有一定的應用性而給出成績。對于一些原創性比較高的課程實驗，積極鼓勵學生參加大學生創新實驗，以此為學生贏得第二課堂的分數。

四、結論

對于移動通信原理課程而言，實驗和實踐教學是該課程的重要組成部分，同時也是面向未來移動通信開發和應用的基礎。如果缺少實驗和實踐環節積累的相關經驗，學生也難以做好更高層次的技術開發和應用開發，比如課程實習、畢業實習等，所以為了提高學生的實踐能力，還是要從移動通信基本原理出發，強調工程學科動手能力的重要性，從移動通信基本的實驗環節抓起。本文通過深入的分析，認為移動通信實驗和實踐體系設計是提升實驗教學質量的根本，只有將實驗體系梳理清楚才能使教師和學生清楚實驗知識體系的脈絡，做到有的放矢。而實驗方法和手段的創新是保證實驗教學質量的有效手段，比如采用MATLAB軟件，手機APP軟件，NI軟件無線電等方式。只有在移動通信原理授課方法和手段上下功夫，才能使學生認同教師的教學理念，體會到以動手為主，以學生為本的教學宗旨。評價方法的改革是提升實驗教學質量的有利保障，只有評價方法科學合理，才能保證教學的公平，才能進一步激發學生的學習熱情。

參考文獻：

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