數學建模思想在通信工程人才培養中的應用研究

顧秀秀 朱明亮 史洪瑋

【摘 要】高校的通信工程專業學生是我國通信行業未來的主力軍。為促進通信工程專業教學改革，筆者針對數學建模思想的特點以及當前通信工程專業人才培養的現狀，提出從課程建設、課堂改革、教師研究探討、學生積極參與四個角度將數學建模思想融合到通信工程專業的人才培養中，以提高學生解決實際問題的能力，提升學生學習的積極性和創造性。

【關鍵詞】數學建模;通信工程;教學改革

【中圖分類號】G642 ?【文獻標識碼】A ?【文章編號】1671-8437（2020）16-0017-02

隨著第五代移動通信（5G）技術的飛速發展，各行各業對通信工程專業人才的需求日益增加。目前，高校對通信工程專業學生的培養也在逐步向創新、專業、多維等方向過渡。數學建模思想是指建立數學模型來解決實際問題，從定量的角度研究和分析問題[1]。將數學建模思想融入到通信工程專業的教學中，可以促進學生專業課程的學習，培養學生的創新能力，提升學生理論聯系實際的能力，對于深化通信工程專業的教學改革具有重要的促進作用。

1 ? 數學建模思想概述

數學建模起源于西方，在20世紀60年代進入西方大學，中國的大學在80年代初將數學建模引入課堂[2]。數學建模是將數學思想、數學知識、典型的科學研究方法以及計算機工具等要素進行綜合運用，解決實際問題的過程[3]。在這個過程中，強調采用數學符號、公式、程序等將實際問題抽象化，提取出實際問題的數學特征，并進行分析、轉化、建模、求解，最后得出較為優化的解決方法，并推廣到其他案例中[4]。數學建模過程能夠極大地提升學生的檢索和閱讀文獻能力、歸納和概括能力、推理能力、寫作能力、創造力以及團隊意識，促進學生主動思考，增強學習的趣味性，使學生體會到學有所用的滿足感。如在解決2019年全國大學生數學建模競賽B題的“同心協力策略分析”時，需要考慮人數、繩子的受力角度及大小、發力時間、鼓面切斜角度、延時等多個方面的因素，要進行全方位、多角度、層次清晰的分析;同時，這個問題對應著生活中常見的同心鼓游戲，具有較強的趣味性，能夠有效提升學生的主觀能動性。因此，在通信工程專業的教學中，融入數學建模思想及能力的培養，能夠起到事半功倍的效果。

2 ? 通信工程專業學生需具備的能力

通信工程作為理工科院校的重要專業之一，旨在培養掌握信息科學原理與應用技能，具備較強的工程實踐能力，能夠從事通信行業、信息化產業以及國民經濟各個領域中相關工作的高級專業人才。在專業理論和實踐知識的學習過程中，數學既是工具，又是基礎。

對于通信工程專業的學生，在培養過程中要特別注重以下幾個方面能力的提升。

（1）解決實際問題的能力，即將數學、自然科學和專業知識用于分析并解決通信類工程問題。這個能力恰恰體現了數學建模的思想，并可以在數學建模過程中得到強化。

（2）合理選擇并使用工具的能力，即針對復雜的通信工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具。在利用數學建模解決實際問題的過程中，學生能夠掌握一些常用的軟件的用法，如MATLAB、SPSS、Origin等。并且在學習其他專業課以及解決通信類工程問題時，他們往往也需要用到這些軟件。

（3）專業素質、團隊精神、溝通能力及終身學習意識等。在數學建模過程中，每位團隊成員都有一個共同目標，在朝著這個目標努力的過程中，他們的團隊意識和溝通能力能得到不斷強化，科研能力及專業素質也能夠得到提升。

目前，大數據和人工智能正在飛速發展，第五代移動通信（5G）的研發在如火如荼地推進，對通信工程專業人才的需求也與日遞增。高校作為通信專業人才的培養基地，要將數學建模思想融入到通信工程專業人才培養中，進一步提升學生的主動性、創新能力以及理論聯系實際能力。

3 ? 如何將數學建模思想融入到通信工程專業建設中

3.1 ?課程建設

目前大多數學校所設置的通信工程專業核心課程，如通信原理、信號與系統、數字信號處理等，都包含大量的數學理論，且需要通過MATLAB等軟件進行仿真實驗，以加深學生對相關知識的理解。而數學建模可以通過理論聯系實際，對實際通信問題進行建模、仿真、分析，為實際應用場景提供形象、具體、有效的解決方案，促進通信工程專業學生能力的提升。

從學校層面來說，可以通過不同梯度的課程設置，將數學建模思想融入通信工程專業的建設中，提高通信工程專業的教學質量。對于低年級（大一、大二）學生，可以加強數學建模的宣傳，讓學生了解怎樣將數學知識以及建模的思想運用到實際問題中，尤其是解決通信類工程問題;對于中年級（大二、大三）學生，可開設與數學建模相關的選修課，并鼓勵學生積極參加數學建模比賽，使學生掌握數學建模的基本方法、了解常見的數學模型、熟悉相關軟件的使用方法，具備設計算法和編寫程序的能力;對于高年級（大三、大四）學生，應著重鍛煉其觀察、理解、抽象生產生活中具體工程問題的能力，引導學生運用數學建模思想輔助專業知識的學習，如運用MATLAB仿真通信原理課程中的信道編碼、基站設置等問題，鍛煉學生全面考慮問題的能力，并鼓勵學生將解決問題的過程撰寫成科技論文，為學生的畢業設計奠定基礎。

3.2 ?課堂改革

課堂教學作為當代大學生學習新知識的主要陣地，是培養學生數學建模思想的重要手段。改革課堂教學內容可以從公共基礎課程和專業課程兩方面著手。對于通信工程專業來說，高等數學、概率論與數理統計等課程是公共基礎課，能為之后的專業課程學習奠定數學基礎，是后續學習相關通信理論的關鍵。在這些公共基礎課的教學中，教師可以將數學建模的方法、常見的模型等融入課堂之中，引導學生針對實際問題進行思考，并積極解決問題。同時可以開設一些實驗課程，介紹MATLAB、Mathematica等常用軟件，激發學生的興趣，從而使其更好地掌握所學知識。

一些專業課程，如通信原理、信號與系統、數字電路等，內容多、學習難度較大，學生學習的主動性較低。因此，可以將數學建模的思想和方法融入專業課程的課堂教學中，將實際通信問題提煉、抽象為數學模型，通過仿真等手段，直觀形象地展示問題的解決過程，啟發學生思考，增強課程的趣味性和實踐性。

3.3 ?教師研究探討

通信行業的飛速發展對教師的教學能力和教學方法提出了更高的要求。教師在日常教學中可以引入數學建模，合理、恰當地將通信工程專業的知識點與數學建模結合起來。如可以用Simulink等工具對信道編碼、信號的調制解調等過程進行仿真，幫助學生理解原本較為抽象、高深的專業知識，促進學生主動學習、主動探究。除此之外，教師在實踐教學中要積極思考，不斷反思，優化教學內容，將課堂教學與課外實踐結合起來，采用翻轉課堂等授課方式，完善數學建模與通信工程專業人才培養相結合的教學體系。

3.4 ?鼓勵學生積極參與

數學建模思想與通信工程專業人才的有機融合離不開學生的積極參與。為使通信工程專業學生養成數學建模的思維方式，學校可以采用開設數學建模相關的選修課、成立數學建模協會、開展數學建模競賽等方式，并鼓勵學生積極參與。教師可在日常教學中指導學生對實際的通信工程問題進行研究，并將研究成果進行轉化，撰寫論文等，培養學生的創新能力和科研能力。

隨著通信技術的發展，社會對通信工程專業學生提出了更高的要求，要求學生不僅要有更開闊的視野、更高的專業水平，還要有更強的創新能力以及理論聯系實際的能力。將數學建模思想與通信工程專業人才培養結合起來，有利于激發學生的學習和探索熱情，鞏固其專業知識的學習效果，培養其理論聯系實際的思維方式和能力，為其今后的發展奠定堅實的基礎。

【參考文獻】

[1]鄧小芳，張金順.數學建模在通信原理課程教學改革中的應用[J].企業科技與發展，2017（7）.

[2]姜啟源.精心選擇案例，建設新形態教材——《數學模型》（第五版）簡介[J].數學建模及其應用，2018（4）.

[3]湯向明，楊昔陽.基于BOPPPS和翻轉教學的數學建模課堂教學策略[J].教育評論，2019（7）.

[4]張新，張秀.通信工程專業高等數學教學中的數學建模思想的滲透[J].教育教學論壇，2017（8）.

【作者簡介】

顧秀秀（1992～），女，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學院助教，碩士研究生。研究方向：綜合感知無線通信信號處理。

朱明亮（1989～），男，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學院助教，碩士研究生。研究方向：通信網絡傳輸組網研究及5G相關研究。

史洪瑋（1985～），男，漢族，江蘇宿遷人，宿遷學院講師，碩士研究生。研究方向：智能儀器。