新工科背景下“通信原理”教學研究

趙立權 賈雁飛

摘 要：“通信原理”課程是電子信息類專業(yè)的一門重要的基礎必修課程，也是大部分高校考研的必考課程之一。如何在新工科背景下提高“通信原理”課程的教學質量、培養(yǎng)學生學習能力、創(chuàng)新能力、獨立思考等能力的作用至關重要。文章主要闡述如何在新工科背景下，對“通信原理”課程教學進行調整，使其更適應新工科對電子信息類人才培養(yǎng)的要求，使培養(yǎng)出的學生能更好地適應飛速發(fā)展的社會。

關鍵詞：通信原理；課堂教學；新工科；教學質量

2017年2月18日，我國教育部在復旦大學召開了教育戰(zhàn)略討論會，第一次正式提出了新工科的概念[1-2]，并對其內涵和特征以及發(fā)展進行了討論，為新工科的研究奠定了基礎。近年來，我國實施了創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，這就要求新工科人才具有較強的創(chuàng)新能力、多學科交叉能力、創(chuàng)業(yè)能力等綜合能力。傳統(tǒng)的工科背景下的教育，更多關注的是知識的傳授，教師如何將知識傳授給學生，學生如何從教師那里學習更多的知識，整個教學過程完全忽略了知識以外的能力培養(yǎng)問題。導致學生缺少獨立學習、思考問題、解決問題和分析問題以及創(chuàng)新能力，不適應當下我國經濟發(fā)展對人才的需求，間接影響了我國經濟轉型發(fā)展的速度。

1 “通信原理”教學手段改革

“通信原理”課程不但涉及大量的數(shù)學公式，還有較多的波形圖，而且知識較難理解。為了使得學生更容易理解“通信原理”知識，一部分教師采用板書進行授課，該授課方法的主要優(yōu)點是課堂教學過程中學生容易跟上任課教師的進度，學生容易理解數(shù)學公式的推導，不足之處在于授課速度較慢，尤其對于波形圖演示的講解，授課效率明顯低下。另外一部分教師采用PPT進行授課，授課速度較快，效率較高，但是由于PPT演示過程中速度較快，學生對知識的接受程度和預期結果不一致，尤其采用PPT講解數(shù)學公式的推導，學生無法跟上教師的授課節(jié)奏，導致學生上課不愿意聽課，學校興趣不高。而且PPT演示波形過程中無法調整波形參數(shù)，只能演示固定參數(shù)的信號波形，效果不夠理想。

為了解決上述問題，我們采用板書和仿真軟件相結合的方式進行課題教學。對于需要數(shù)學公式推導的內容，采用板書進行推導，這樣有利于學生對公式的理解，增強學生對于數(shù)學知識運用的素養(yǎng)。對于波形演示的內容，采用我們自己研制的仿真軟件進行現(xiàn)場演示，通過直觀的方式讓學生理解真實通信過程中信號的發(fā)送和接收波形，而且通過參數(shù)的調整使得學生理解所學知識。仿真軟件采用Labview和Matlab軟件相結合進行編寫，該軟件設計簡單，而且易于實現(xiàn)，程序調整比其他軟件便捷[3-4]。圖1是“通信原理”模擬仿真實驗系統(tǒng)，課堂上可以利用該系統(tǒng)對模擬調制和數(shù)字調制解調進行演示。圖2是FM調制仿真子系統(tǒng)用戶界面。在仿真系統(tǒng)中可以任意調整信號的幅度、頻率等參數(shù)，這樣學生可以從多角度全面理解所學知識。

2 “通信原理”教學方法改革

為了更好地培養(yǎng)學生的學習能力、獨立思考能力和分析問題以及解決問題的綜合能力，我們在課題授課的過程中增加了自學環(huán)節(jié)和問題思考環(huán)節(jié)。例如在講解為什么要進行無線通信的知識時，給同學自學時間，通過閱讀教材和反思的形式自學。自學過后教師通過提問的形式引導學生進行思考。引導大家思考類似“如果不進行調制，信號是否可以通過天線發(fā)送出去”“是否有什么無線通信可以不需要進行調制”“語音信號的頻率和已調信號頻率之間的關系”以及“調制為什么能夠提高系統(tǒng)的抗噪聲性能”等思考題，引導學生積極思考。在設置獨立自學的教學內容時應考慮學生的學習能力以及學生知識掌握情況。在實際教學過程中，我們一般選取文字較多的內容讓學生自學，對于公式推導部分的內容一般采用講授的進行教學，逐漸培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題和解決問題等綜合能力。

3 “通信原理”教學內容改革

“通信原理”教學內容始終是圍繞如何進行通信展開的，原有授課計劃是根據經典教材按照第一章緒論，主要講解通信的概念和信息及其度量以及通信系統(tǒng)主要性能指標；第二章信道，主要講解各種信號的數(shù)學模型；第三章講解模擬調制系統(tǒng)；第四章是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)；第五章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)；第六章信源編碼；第七章差錯控制編碼。

按照該授課順序講解，學生在學習的過程中無法更好地理解通信過程，例如沒有講解如何實現(xiàn)的0和1組成的數(shù)字信號，就直接講解如何信道模型和信道容量，講解如何傳輸數(shù)字信號等，造成學生對通信完整過程理解存在很大困惑。為此，我們將授課順序進行了調整。調整過程如下：第一章講解通信的基本概念、發(fā)展歷史等常規(guī)性知識，在講解信息及其度量之前講解原第六章的內容，即信源編碼的內容，使得學生能按照信號在通信過程中的變化順序理解通信的基本原理；第二章講解信道，重點講解是信道容量的定義和計算方法；將第五章模擬調制系統(tǒng)內容放在最后一章講解。因為其他各章節(jié)教學內容都是圍繞數(shù)字信號展開的，中間講解模擬調制系統(tǒng)容易導致學生所學知識混亂。

4 結語

本文主要從教學手段、教學方法和教學內容改革3個方面探討了如何提高“通信原理”課程課堂教學質量，提高學生的自學能力、思考能力、分析問題和解決問題的能力，以期更好地適應新工科背景下社會對人才的需求，更好地為社會提供滿意的通信方面的人才，為經濟轉型和創(chuàng)新性社會發(fā)展作出貢獻。