基于通信原理課程的多維度本科教學探索實踐

陳振興，殷蔚明

摘要：為提高教學質量和使學生適應未來發展需要，本文闡述了基于通信原理課程的多維度本科教學改革與實踐，包括教學和實驗內容的設計、學生團隊意識的培養、科研能力的培養以及本科畢業設計等方面。通過這種多維度本科教學模式，不但可以改善通信原理課程的教學質量，也可以有效提高本科畢業生的綜合能力。

關鍵詞：通信原理；教學改革；團隊意識；科研能力；畢業設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）46-0241-02

隨著5G時代的來臨，社會對通信領域人才的需求越來越多，對人才質量的要求越來越高，這都使高等院校的人才培養模式面臨更大的挑戰。通信原理作為高等院校電子、通信類專業的一門重要專業基礎課程，對培養高質量的通信人才起著至關重要的作用，本課程理論性很強，比較抽象，公式推導復雜，并涉及到很多其他專業課程的內容。一些多元化、多維立體教學法已經在過去的通信原理課程中進行了探討[1，2]。結合我校通信原理課程現狀，本文從提高教學質量和使學生適應未來發展的需要兩個方面出發，闡述了多維度本科教學模式。

一、教學內容設計

通信原理課程是一門承上啟下的重要專業基礎課，向上涉及到數字信號處理、信號與系統、高頻電子線路以及高等數學和概率論等課程的內容，向下承接現代通信系統、移動通信和寬帶無線通信等課程?；诒鹃T課程的特點，有效的教學內容設計對在有限的教學時間內提高教學質量顯得尤為重要。

我系通信原理課程采用樊昌信的第七版通信原理為教材，本書圍繞通信系統的有效性和可靠性展開[3]。全書可分為三大部分：數學工具部分，包括確知信號、隨機過程和信道等內容；模擬通信部分，包括模擬通信系統的調制與解調等內容；數字通信部分，包括數字基帶與帶通傳輸系統的調制與解調以及信源編碼等內容。針對我系64學時的課程設置，其中包括12學時的實驗內容，對教學內容的設計原則如下。

1.強化基礎，突出重點，承上啟下，前后結合。確知信號和隨機過程兩個章節是全書的重要數學工具部分，其中涉及到大量的概念與公式推導，盡管有些概念與公式在高等數學、信號與系統等前期課程中都有涉及，但很多學生由于時間過長而存在淡忘的現象，而這部分內容又是后續模擬通信系統和數字通信系統兩部分的基礎，所以這兩個章節是重點要講解的章節，一方面是復習前期其他基礎課程所涉及到的理論知識，另一方面要建立起數學工具與通信理論的聯系，從而消除純數學推導的枯燥感，激發學生學習的興趣，為后續章節打好數學基礎。另一個重點內容為數字通信部分，除了數字基帶調制與帶通調制外，第8章的新型數字帶通調制技術，特別是正交頻分復用技術是重點要講解的內容。

2.教材內容擴展。由于教材內容有限，并未列舉過多的內容，這些可以通過課堂教學進行擴展，以達到學生對知識有更好的理解的目的。

3.理論聯系實際，緊跟通信發展前沿。本門課程的內容理論性強，但實際上幾乎是所有通信應用的一個理論基礎，作為通信物理層的調制與解調等技術的教學內容，它的應用非常廣泛，其理論基礎均出自本書的基礎內容，又因正交頻分復用技術在現有3G、4G以及未來的5G移動通信中都是一種重要的調制技術，所以教材內容要充分聯系到實際應用，從而激發學生的學習積極性，提高教學質量。

4.現代教學手段。除了板書外，多媒體已經是現代課堂必不可少的一部分，一個好的PPT設計不但可以豐富教學內容，還可以有效提高課堂效率，提高課堂的生動性。同時，隨著“慕課”的發展，可以鼓勵學生充分利用網絡資源，在課外時間進行學習，彌補課堂學時量的不足。

二、實驗內容設計

實驗內容以MATLAB仿真的形式來進行[4]，這樣能更好地體現通信系統的每個部分，對于一些原理性的概念體會更為深刻，避免了實驗箱硬件更新快、不直觀等弊端，同時可以緊跟通信技術發展的前沿，實效性強，可以充分提高學生的編程能力與創新能力。

對于12學時的實驗，共安排三次實驗。第一次實驗熟悉MATLAB環境和一些與通信相關的函數用法，組建一個簡單的模擬通信系統，為后續的數字通信系統仿真打好基礎；第二次實驗是利用MATLAB中的M文件和Simulink組建一個完整的數字基帶傳輸系統。利用Simulink讓學生理解通信系統中每個模塊的作用及聯系，通過M文件讓學生充分理解每個模塊的實現細節，同時鍛煉學生的邏輯思維能力，這里我們主要針對2ASK和2PSK進行仿真建模，最終畫出兩種數字基帶傳輸系統的性能圖進行比較；第三次實驗是信源編碼與解碼，這部分實驗的設置主是要讓學生理解模擬信號到數字信號的轉換過程，我們選取一段語音信號，這部分可以要求學生錄制一段自己的語音或截取任意一段音樂等，通過MATLAB讀取再進行均勻量化，然后再利用實驗二的內容進行通信系統的仿真，驗證在不同信噪比條件下接收信號的性能。

三、團隊意識培養

為了使學習適應未來發展的需要，我們通過通信原理課程對學生進行團隊意識的培養。通信系統是一個整體，包括發送端、信道、接收端三個基本的部分，有利于學生組建團隊，每個成員完成一部分內容從而達到完整通信系統的設計與仿真。針對上述實驗學時的不足，通過這種方式，既是對實驗學時的一個補充，也同時培養學生的團隊意識，通過團隊完成一項復雜的工作，有利于學生畢業后能更快地融入到團隊工作當中。除實驗學時完成的內容外，我們主要采用MATLAB仿真軟件中M文件編程的形式，以多進制正交振幅調制技術為基礎進行數字基帶傳輸系統的仿真，同時結合教材第6章數字基帶傳輸系統中的幾種常用碼型，像三階高密度雙極性碼、傳號反轉碼、差分碼等，每個團隊分配不同的編碼和解碼方式，完成后以答辯的形式報告所在組的完成情況及過程，驗收主要以代碼效率和實現情況進行評定，最終成績作為平時成績并入期末總成績。

四、科研能力培養

科研能力是本科生培養的一項重要標準，無論是未來工作對科研能力的需求，還是讀研對科研能力的要求，都對本科的培養模式提出了更大的挑戰。通信原理課程理論性強，發展比較快，非常適合對本科生進行科研能力的培養。這部分教學改革內容只針對部分學生進行，主要是對通信比較感興趣或有意向考取通信方面研究生的學生。研究內容圍繞正交頻分復用技術展開，除理解教材的本部分內容，還要求學生閱讀相關文獻，培養學生收集資料、理解問題、解決問題的能力，同時加強對學生創新能力的培養。

五、本科畢業設計

本科畢業設計是對本科生四年學習過程的一個總結，是檢驗本科學生質量的一項重要標準。我們選定部分學生，即上述參與到科研工作中的學生，以通信作為本科畢業設計的方向，以正交頻分復用技術為基礎開展本科畢業設計，利用科研內容直接作為本科畢業設計的題目，以達到提高本科畢業設計質量的目的。2017屆本科畢業設計題目包括：（1）基于子載波索引調制的正交頻分復用系統研究；（2）基于六角形星座圖的語音插入技術降低正交頻分復用系統峰均功率比研究；（3）基于虛擬序列插入技術降低正交頻分復用系統峰均功率比的研究。

六、結束語

基于通信原理課程，我們進行了多維度的本科教學模式，實現了對本科生的綜合能力培養。從通信原理課程本身出發，包含了對相關知識的回顧與應用以及后續課程的基礎教學，從本課程影射到團隊意識的培養、科研能力的培養以及本科畢業設計，從而實現對本科階段的綜合培養模式，提高教學質量的同時也改善畢業生的質量。同時，本文的多維度本科教學模式也適用于其他本科專業基礎課程。

參考文獻：

[1]蔣鈴鴿，黃繼翔.“通信原理”多元化教學的探索實踐[J].電氣電子教學學報，2009，（06）：3，95-97.

[2]王峰，楊凱，王娟，宋博.多維立體教學法在“通信原理”教學中的應用[J].電氣與電子教學學報，2008，30（10）：5，96-97，100.

[3]樊昌信，曹麗娜，通信原理[M].第七版，北京：國防工業出版社，2015.

[4]郭文彬，楊鴻文，桑林，鄒慧蘭.通信原理-基于Matlab的計算機仿真[M].第二版，北京郵電大學出版社，2015.