“教、學、做”一體化視角下通信類課程的研究與實踐

王芳

摘要：文章針對目前通信類課程理論教學與實驗教學中存在的弊端，提出了基于Matlab/GUI及Simulink的參數化教學實驗仿真平臺的建設方法，結合仿真平臺，探索了“教、學、做”一體化的教學模式改革方法。實踐結果表明：仿真平臺的建設與應用極大地提高了學生的學習興趣，對培養學生的研究性學習能力、創新能力及實踐應用能力起到積極的作用，也為高校教的教學與實驗改革提供了新的思路。

關鍵詞：通信類調和；實驗改革；Matlab； Simulink

據我國高等教育質量報告顯示，2016年我國高等教育毛入學率已達40%，隨著高等教育的改革，各大學的培養目標定位越來越清晰，占據我國大學絕大多數的普通高校本專科多數將培養目標定位在培養應用型人才。但是由于受到傳統教育觀念的影響及教學資源的緊缺，我們的教學模式還是以重理論輕實踐，重繼承輕創新的課堂灌輸為主，這種教學模式已經不能適當時代飛速發展的需求。因此，在當前條件下，以通信類課程改革為切入點，探索出通過學生自主性、研究性學習能力的培養，提升學生的工程意識及實踐創新能力的教學模式、教學方法，并為類似課程的改革提供借鑒。

1 傳統教學模式的弊端

隨著社會經濟的快速發展，通信技術日新月異，通信工程專業已成為變化最快且最具有影響力的專業之一，培養高素質的應用型人才已成為時代的需要。但是由于教學理念、教學方法（手段）、教學資源等多方面的制約，使得教學效果與培養目標之間還存在很大的差距[1]。

1.1 教學觀念陳舊，教學手段、方法單一

通信課程是理論性較強的學科，授課內容側重通過理論推導與分析，以建立數學模型為主，由相應的電路來實現其功能，這種轉換比較抽象，因此迫切需要在課程的理論教學中通過一些驗證性實驗幫助學生更好地理解抽象的理論知識，但是由于受到教學實驗條件的限制，一些需要課堂演示的內容，只能用幾張圖片或簡單的多媒體課件來代替，即使有條件看到實際設備，也是老師邊講邊操作，只有少數學生才有機會看得清楚，更不要說學生親自動手操作的機會了。課堂上應有的高效率教學活動變為填鴨式的灌輸，內容枯燥且難以理解，影響了應有的教學效果，培養出了大批重理論、輕實踐，重繼承、輕創新的學生。

1.2 實驗設備模塊化、更新慢，不利于開設綜合性、創新性實驗

知識的推陳出新和電子技術的日新月異，原有的部分實驗設備已趕不上新技術的步伐。實驗教學儀器更新慢，導致實驗教學內容陳舊，無法跟蹤現代科學技術的新發展；配套實驗設備模塊化設計，也導致實驗內容固定，多數為傳統的驗證性實驗，學生很難參與實驗方案的設計，不能進行二次開發，綜合性、設計性實驗的開出率很低。學生不是整個實驗過程的主體，而是根據老師的演示和講解，按照實驗講義上的操作步驟進行簡單模仿，實驗過程類似“搭積木”，學生的動手能力和創新思維能力沒有得到有效的訓練和培養，另外，實驗還受到時間和空間上的限制，實驗模式僵化、固定。以上狀態極大地阻礙了學生動手能力的提高和創新性思維的開發，不利于學生進行研究性學習。

1.3 與工程實際的嚴重脫節，學生解決實際問題能力亟待提高由于實踐環節的缺失，學生并不能完全了解這些理論在實踐中的應用，只局限在實驗室里的模塊上，真正面對各種通信設備時，就會手足無措，無法將做過的內容與實際工程設備結合起來，操作起來更是困難重重[2]。

2 與時倶進，順應時代發展的改革措施

針對以上問題我們提出了課題的研究目標：通過改進現有實驗教學方法與手段、豐富教學內容、探索并建立以實踐和應用為核心的教學模式。引入“微課”輔助教學平臺，改變目前“照貓畫虎”式的簡單操作的教學方式。倡導以學生為主體的創新性教學、實驗改革方法，調動學生的積極性、主動性和創造性，最大限度地開展自主性、研究性學習。多渠道開展第二課堂的科技創新活動，激發學生的創新思維和創新意識，提升學生的實踐、創新能力。使通信實驗教學更具創新性、先進性、趣味性、生動性[3]。

2.1 研發適應課題研究目標的教學、實踐仿真平臺軟件

針對課程的理論與實踐教學環節，提出實驗仿真平臺的設計方案。仿真平臺以Matlab/GUI圖形用戶界面及Simulink為開發環境，模擬實際儀器界面，通過人機交互，仿真實際控制系統各種參數的輸入，利用軟件強大的數據處理和圖形顯示功能進行分析處理和結果顯示，并將多個可完成不同實驗項目的子系統進行集成，形成了一個綜合的教學、實驗平臺，集理論教學與實驗教學于一體。仿真平臺通過軟件實現了傳統實驗中利用硬件所能實現的全部功能，因此，可以實現實驗內容的快速更新，及時跟蹤科學技術的發展，學生也可以參與進實驗的設計過程，開發出更多綜合性、設計性實驗。通過綜合性、設計性實驗的大量補充，可以將課程中孤立的知識點連接起來，提高了學生綜合應用計算機進行系統設計和解決實際工程問題的能力[4-5]。

2.2 改革教學方法，注重理論與實踐教學的結合

以“通信原理課”為例，編寫仿真平臺軟件，基于該軟件，進行教學方法的改革。在理論授課上，將實驗室搬進課堂，實現理論教學和實踐教學的無縫銜接。在課堂上教師可以根據授課要求，隨意切換理論教學和實踐教學的環境，教師能夠做到“教中做，做中教”。而學生在虛擬仿真實驗過程中，能夠做到“學中做，做中學”，通過在虛擬場景中的親身實踐，達到認識和了解物理規律、認識世界的目的。實現真正意義上的“教、學、做”一體化的教學要求。將學習過程與實踐、體驗相結合，強調學生對所學知識、技能的實際運用，有利于激發學生的創新思維，提高學生的學習興趣，進而提升教學效率和教學效果，推進教學改革。

2.3 改變學生的學習方法，強調研究性學習過程

通信類課程的驗證性實驗可以使學生加深對基本概念的理解，而研究性、設計性和開放性實驗可以充分發揮學生的主體作用，使學生在實際系統的建模、分析、控制器的設計和應用方面得到訓練，對學生扎實地掌握所學的內容、靈活運用課本知識，培養創新能力、研究能力、獨立思考能力和動手能力都是非常重要的，也是改革教學模式、教學方法的必然趨勢。鑒于目前的教育資源情況，完全依靠硬件設施（實驗室、實驗儀器等）是很難做到的，而軟件仿真則可以相對容易地實現。仿真平臺是在Matlab軟件環境下，依靠控制系統工具箱和Simulink動態建模、仿真和綜合分析集成環境開發而成。如果學生能夠掌握仿真平臺的開發方法，那么對于學生自主進行研究性、設計性和開放性實驗無疑是有巨大幫助的。

當然，讓學生在較短時間內掌握Matlab語言進行軟件設計并不是一件輕而易舉的事情，為此，一方面自編《控制工程基礎》教材，每章中均有一節針對本章講授的內容，對控制系統工具箱中相關的函數進行介紹，并附有Matlab解題示例程序及Simulink建模、仿真示例，將程序設計方法融入理論課教學中；另一方面仿真平臺采用開放式結構，設計方法及源代碼完全對學生開放，學生可以結合仿真平臺的示例及Matlab的幫助和演示文件進行自學。通過幾年的實踐經驗總結，絕大多數的同學能夠很快地掌握仿真平臺開發設計方法，學生們利用Matlab軟件進行研究性、設計性及開放性實驗的設計上也表現出極大的興趣，并且不斷有好的實驗設計被選中并加入到仿真平臺中，使仿真平臺的內容不斷完善[6]。

3 結語

仿真平臺的建設與應用實現了將實驗室搬進課堂的設想，使抽象概念形象化，分析過程可視化，實現真正意義上的“教、學、做”一體化的教學要求。提高了學生的學習興趣，提升了教學效率和教學效果，推進教學改革。

實現了 “驗證與設計相結合”“注重基礎、突出應用”的原則。培養學生運用所學的理論方法，借助計算機去解決實際問題的意識和應用能力。

緩解了教學資源的不足，擺脫了實驗室硬件條件的制約，實現了教學內容的快速更新。同時也促進了教學方法的改革，實現教學手段向現代化、信息化邁進。

[參考文獻]

[1]田瑩，盧金玉，劉宴濤.基于Matlab/Simulink的通信原理虛擬仿真實驗教學方法研究[J].現代電子技術，2015（14）：28-31.

[2]武一，周亞同，張雯，等.通信工程虛擬仿真實驗教學中心構建及管理[J].實驗技術與管理，2017（5）：218-222.

[3]任峻，張紅燕.運用虛擬仿真實驗改革通信原理實驗教學[J].實驗技術與管理，2010（3）：95-97.

[4]施杰，張永華，寧旺云，等.信號處理虛擬仿真實驗系統的設計與實現[J].機電產品開發與創新，2016（2）：104-106.

[5]成建平，李飛，沈建華.虛擬仿真技術及其在《光纖通信》課程實驗教學中應用的探索與實踐[J].課程教育與研究，2016（9）：254-255.

[6]陳芳妮.面向應用型人才培養的通信原理課程改革探討[J].浙江科技學院學報，2014（1）：68-71.