面向新工科建設的通信原理課程教學改革

羅忠亮

面向新工科建設的通信原理課程教學改革

羅忠亮

（韶關學院 信息工程學院，廣東 韶關 512005）

針對現有通信原理課程教學中對學生工程實踐能力培養(yǎng)重視不夠的問題，以提高課堂教學質量和工程實踐能力的培養(yǎng)作為課程教學改革目標．主要從激發(fā)學生創(chuàng)新意識，優(yōu)化教學內容，探索新型教學方法，搭建實踐教學體系，建立校企協同育人模式等方面對課程教學改革進行探索和實踐．教學改革實踐表明，學生的學習興趣、工程實踐能力與創(chuàng)新能力獲得提升，適應新工科對應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，將為地方應用型本科院校電子信息類專業(yè)課程的教學改革和新工科人才培養(yǎng)提供新思路．

通信原理；新工科；工程實踐能力；教學改革

在我國經濟轉型升級的關鍵時期，為增強國家工業(yè)制造業(yè)的核心競爭力，教育部積極推進新工科建設．2017 年，復旦共識、天大行動及北京指南共同拉開了新工科建設的序幕，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑，為工程教育改革指明了方向．2018 年印發(fā)《關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》，要求推進新工科建設，針對未來新興產業(yè)和新經濟的需求，提高學生的工程意識，培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[1-3]，不斷提升工科人才培養(yǎng)與社會需求的契合度，引領我國高等教育改革創(chuàng)新發(fā)展．

通信原理是電子通信類專業(yè)的核心課程，在人才培養(yǎng)中有非常重要的地位．面向新工科建設，課程教學應適應新工科背景下電子通信類人才培養(yǎng)的需要，適應新時代教學目標的要求．提高通信原理課程教學質量，關系到人才培養(yǎng)目標的實現和專業(yè)培養(yǎng)標準的落實，對提升學生思考分析能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力，具有非常重要的意義．為培養(yǎng)出能夠滿足未來工程領域所需要的通信技術人才，積極探索和實踐通信原理的教學改革勢在必行，也是當前地方本科院校工程教育面臨的一項新挑戰(zhàn)．

1 通信原理課程教學現狀與存在的問題

通信原理課程既難學又難教，課程內容理論性強，通信系統概念抽象，原理分析中涉及公式推導較多，該課程對學生的高等數學、信號與系統基礎要求較高．學生學習積極性不高，學習過程中容易感覺枯燥乏味，教學效果不理想．地方本科院校通信原理教學中存在短板的原因是多方面的，主要有：

1.1 學生的創(chuàng)新意識和實踐操作能力普遍不強

部分地方本科院校的人才培養(yǎng)目標定位不清晰，重理論傳授，輕實踐訓練，工程教育人才培養(yǎng)理念滯后．“以教師為中心、以課本為中心、以課堂為中心”仍是課程教學的主要方式，不利于啟迪和激發(fā)學生的創(chuàng)新思維[4-5]．應試教育致使學生缺乏探索意識和冒險精神，制約了創(chuàng)新意識和實踐能力的形成．同時，主講教師普遍缺乏工程背景，創(chuàng)新能力和解決復雜工程問題的能力有限，學生缺乏工程素養(yǎng)的養(yǎng)成和工程意識的熏陶，造成工程實踐能力和解決復雜工程問題能力普遍不強，與企業(yè)對人才的需求偏差較大[2-3]，難以適應新形勢下對實踐性強的新工科人才的需求．

1.2 學生普遍缺乏學習動力

課程教學內容以成熟的知識理論講授為主，對前沿性問題和發(fā)展性問題分析不足[3]7．理論教學與通信新技術的聯系不夠緊密，課程內容更新緩慢，部分教學內容過于陳舊，滯后于現代通信技術的發(fā)展速度，不符合新形勢下的信息通信技術專業(yè)人才培養(yǎng)目標，跟不上現代社會對通信人才的需求．學生很難把抽象原理與工程實踐結合起來應用，難以解決通信工程實踐中碰到的問題，容易出現學習動力不足．

當前地方性本科院校通信原理教學中存在的問題制約了學生工程實踐能力和分析解決復雜工程問題能力的提高．因此，在新工科視域下，探索通信原理課程的教學改革，將工程教育理念貫穿理論教學環(huán)節(jié)與實踐教學環(huán)節(jié)，在學時減少的情況下確保通信原理課堂教學效果不下降，以更好地滿足新工科對應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的迫切需求．

2 通信原理教學改革措施與成效

通信原理課程教學改革著眼于培養(yǎng)適應新時代要求的工程技術人才，淡化復雜的數學推導和理論分析，重點放在概念的理解和應用上．在提升學生學習興趣和學習能力的同時，激發(fā)學生創(chuàng)新意識．教學內容突出通信系統的發(fā)送端、信道傳輸和接收端３個模塊，面對行業(yè)發(fā)展，補充通信行業(yè)前沿技術．引入新的教學方式，體現“面向應用，教師為主導，學生為主體”的教學思想[6]，營造良好的學習氛圍，引導學生自主學習和動手實踐．充分利用省級實驗教學示范中心、省級工程中心、創(chuàng)新實驗室、ICT產教融合創(chuàng)新基地和行業(yè)學院的優(yōu)勢，為學生創(chuàng)新意識培養(yǎng)和工程實踐能力提升提供優(yōu)越條件，提升學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力．

通信原理課程在培養(yǎng)電子通信技術人才過程中起著至關重要的作用，提高教學效果、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和提升工程實踐能力是教學改革目標．圍繞當前課程教學中的短板，進行探索和實踐．

2.1 課程教學融入思政元素，激發(fā)創(chuàng)新意識

課程教學將通信技術場景引入到教學過程中，整合行業(yè)發(fā)展技術，引入工程理念，突出應用前沿，提煉基本概念的應用場景和國內外發(fā)展態(tài)勢等內容，以積極的內容引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，將大國工匠精神教育貫穿于新工科應用型人才培養(yǎng)全過程．例如：在緒論的教學中，加入北斗導航、墨子號量子衛(wèi)星、物聯網技術、5G移動通信，使學生能夠了解通信技術中基礎理論與實際應用結合的例子，從而增強學生的文化自信和創(chuàng)新意識，以更加飽滿的熱情投入到學習中．

2.2 優(yōu)化教學內容，緊跟現代通信技術的發(fā)展

大多數院校的教學總學時為64學時（含實驗課時），課時普遍不足．理論教學過程中，本著“適用、夠用、能用”的原則，通過課程群的建設，統籌協調教學計劃和確定通信原理教學內容，確保既互相銜接又避免過多的重復，與時俱進地設計和精簡理論課教學內容，處理好課程內容的基礎性和先進性、經典與現代的關系．課程以通信系統基本組成為引導，將教學內容分為五大模塊（見圖1），優(yōu)化教學內容．及時更新課程教學內容，將通信領域的一些新理論、新技術、新成果引入課堂，使學生始終掌握本學科最新成果，處于學科發(fā)展前沿[7]．教學中將確知信號和模擬調制系統作為復習知識點簡單介紹，教學內容上突出數字通信，適當增加先進的通信技術內容，如MIMO，WiFi；講授奈奎斯特采樣定理時，引入壓縮感知；在講授新型數字帶通調制技術時，介紹５G移動通信所采用的新傳輸技術SCMA，NOMA；在講解調制系統抗噪聲性能時，將去噪效果與數字信號處理中IIR，FIR濾波器設計聯系起來．

圖1 通信原理教學內容結構

實踐性教學主要包含課程實驗、課程大作業(yè)、畢業(yè)設計和實習實訓等教學環(huán)節(jié)，強化理論教學內容與實踐環(huán)節(jié)有機結合，克服傳統工科教育“理論脫離實際”的不足，使學生學以致用，提升學生工程實踐能力．

2.3 探索工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學方法

為有效提升學生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力，需要對傳統的教學方法進行改革．授課過程中避免出現傳統課堂教學重知識講授輕能力培養(yǎng)的現象，教學內容由面向科學研究的授課方式轉變?yōu)槊嫦蚬こ虘玫氖谡n方式，簡化不必要的公式推導過程，激發(fā)學習動力．

2.3.1 基于案例和任務驅動的教學法 對于課程中一些理論性較強、比較抽象的教學內容，有針對性地搜集相關案例，將通信行業(yè)工程案例引入課堂，加強案例中通信基本原理應用范例的講解與討論．通過案例分析把原本抽象、枯燥的理論知識變得更加直觀生動、通俗易懂[8]，還可以活躍課堂氣氛．如講授自適應均衡技術時，通過案例把噪聲干擾和誤碼率的影響聯系起來．

通過特定的任務或項目來開展實踐教學活動，使理論教學與項目實踐融為一體，啟發(fā)學生主動學習和自我探索[9-10]，對提升學生團隊協作能力及專業(yè)技能具有顯著作用．如探究數字調制解調技術與誤碼率關系的課程大作業(yè)中，學生將調制、信道和接收解調組合成一個完整的數字帶通系統，通過搭建平臺實現后歸納總結差錯性能，從而激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識，提高了分析和解決綜合問題的能力，為學生今后走向工作崗位奠定基礎．

2.3.2 基于討論合作的教學法 對于學習過程中經常搞混的問題，適時采用課前研究、課上討論、課后總結的分組合作教學方法，引導學生主動探索思考，可有效增強學生的自主學習、溝通交流能力．例如：介紹數字帶通調制技術DPSK時，將PSK，FSK，ASK調制方式從原理、調制方法、帶寬、頻譜特性、解調方式等方面進行比較和歸納，這樣可以容易地理解這幾種調制技術的異同，避免出現混淆，營造良好學習氛圍，提高課程教學效果．

2.3.3 基于多維互動的教學方法 多維互動教學方法建立在能力驅動、師生互動的基礎上，以師生互動為根本，轉變教學理念，將課堂教學、小組答辯（學生互評和教師點評）、實驗教學以及創(chuàng)新實踐平臺等有機地結合起來．通過多維互動教學，將學生被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，達到“師生之間，生生之間”的多方交流的目的，學生的主觀能動性得到很好地發(fā)揮[10]139．

2.3.4 基于虛實相結合的教學方法 System View，Matlab，Labview仿真軟件可以提供一個交互式動態(tài)仿真平臺，能把抽象的理論通過可視化方式直觀地展現出來，將虛擬仿真技術引入教學，作為教學的補充．通過制作相關通信理論或技術對應的Flash課件或Systemview演示程序，直觀展現部分難以用言語和靜態(tài)圖示解釋的理論知識，達到虛擬示波器與頻譜儀的效果，加深學生對抽象理論或技術的理解[11]．課余時間學生可以驗證自己的新想法和新方案，繼而提高創(chuàng)新能力．對于一些探索性、研究性、開放式的實驗內容，可以先進行模擬仿真，在教師的指導下移植到實物上來，做到在實踐中發(fā)現問題、解決問題，強化和訓練學生的實踐動手能力．

2.3.5 基于“互聯網+”的教學方法 充分利用互聯網優(yōu)勢，探索線上教育和線下教育相結合的混合教育模式．引入微課和MOOC等方式，夯實學科基礎，豐富教學內容，優(yōu)化培養(yǎng)過程，提升教學效果，同時解決教學內容豐富與課時不足的矛盾[10]138．

2.4 搭建實踐教學體系

通過搭建實踐教學體系，增加實踐環(huán)節(jié)在課程學習過程中的比例，通過課程實驗、課程大作業(yè)、畢業(yè)設計、學科競賽、科研項目、畢業(yè)實習增強學生工程實踐能力的縱深綜合培養(yǎng)．

2.4.1 課程實驗 實驗內容分層次，驗證性、綜合性和設計性實驗相結合，漸進式逐層提升，以驗證性實驗為基礎，逐漸向綜合性和設計性實驗延伸．課程實驗采取硬件、軟硬件結合的形式，課內實驗采用硬件，軟件仿真通常作為輔助實驗，課外完成．

2.4.2 課程大作業(yè) 課時不多的實驗學時通常只能完成基本技能的訓練，實踐能力的提升還需通過工程實訓與課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)完成．課程大作業(yè)不同于常規(guī)的課程實驗，是對傳統書面習題型作業(yè)的一種補充[12]，可以調動學生學習積極性和主動性，提高分析和解決綜合性問題的能力．大作業(yè)通常以軟件仿真為主，4人一組，以小組為單位，自行組合，利用課外時間完成．如利用System View平臺搭建無線移動通信系統，學生自己設計方案，測試完成后寫出研究報告再提交給教師，作為大作業(yè)成績評定的依據．

2.4.3 畢業(yè)設計 畢業(yè)設計可以說是工科學生最重要的一次工程設計訓練，是培養(yǎng)學生工程能力和綜合素質的關鍵環(huán)節(jié)．畢業(yè)設計選題源于工程實踐，部分選題涉及通信系統、信源編碼或信道編碼，以解決通信領域復雜工程問題為目標，軟硬件結合．發(fā)揮校企合作優(yōu)勢，充分利用產教融合創(chuàng)新基地、共建實驗室開展畢業(yè)設計，融入企業(yè)真題，畢業(yè)設計中實行雙導師制，校企雙方聯合指導學生畢業(yè)設計．企業(yè)工程技術人員主要負責技術指導和方案設計，校方負責畢業(yè)論文的撰寫、文檔和材料收集等，雙方參與畢業(yè)設計答辯和成績評定．校企協同指導畢業(yè)設計有利于強化學生的工程意識、職業(yè)素養(yǎng)、社會責任、創(chuàng)新能力、團隊協作能力，有利于學生提出更加切合實際的解決問題的思路[3]10．

2.4.4 以學科競賽和科研項目為抓手提升學生創(chuàng)新能力 實操方式是培養(yǎng)新工科實踐創(chuàng)新人才的最好方式，學科競賽和科研項目是最好的實操，可以測試參與者的綜合技能，能在短期內最大程度地激發(fā)人的潛力[13]．鼓勵學生積極參與國家、省市和學校組織的各類學科競賽，如電子設計大賽、中國大學計算機設計大賽、物聯網設計大賽等．教學過程中教師將自己的科研成果與教學內容相結合，以科研反哺教學，用自己的新思路、新方法、新觀點鼓勵學生不斷探索未知的領域．組織學生申報與課程相關的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，讓學生在項目實踐過程中總結和領悟，在訓練中得到全面鍛煉，團隊合作精神和工程實踐能力自然而然地得到提升．

2.4.5 實習實訓 實訓過程以行業(yè)為背景，增加應用實例．充分利用ICT產教融合創(chuàng)新基地、校外實踐教學基地和實習基地，以參觀交流、見習和短期實訓等形式了解創(chuàng)新成果，讓學生零距離接觸實際工程項目，增強學生進行科技實踐和創(chuàng)新活動的動力．

2.5 增強教師工程背景，校企協同育人

培養(yǎng)工程實踐能力強的通信技術人才，必須重視和加強師資隊伍建設．高校教師大多數普遍缺乏產業(yè)經驗和工程背景，工程技術知識不足，解決復雜工程問題的能力有限，直接影響學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提升[2，3，7]．為此，需打造“雙師結構”師資隊伍，優(yōu)化師資力量，加強教師與工業(yè)界與企業(yè)界的聯系．在內培外引的同時，通過開展校企深度合作，校企共同建設課程，聘請工程實踐經驗豐富的高級工程技術人員擔任兼職教師，企業(yè)工程師擔任學生的實踐導師．建立校企協同培養(yǎng)教師新機制，以產學研實現多主體協同育人，促進人才培養(yǎng)與產業(yè)需求緊密結合，真正實現產學研相互融合，以點帶面提升工程教育整體優(yōu)勢，逐步提高工程教育的內涵質量．

2.6 建設成效

通過近年來的課程教學改革的探索與實踐，所采取的改革措施是可行和有效的．一是學生學習積極性切實得到提高．學生從“被動學習”轉向“主動學習”，學習熱情和學習積極性大幅上升，缺課率持續(xù)下降；二是學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力明顯增強．學生積極申報各類科研項目，獲立項的大創(chuàng)項目實現國家級、省級和校級全覆蓋，學生參加各類學科競賽的熱情高漲，創(chuàng)新實踐活動更加多樣化，參與覆蓋面更廣．近２年來，通信工程專業(yè)參加學科競賽獲省級二等獎以上獎項30多項，其中國家一等獎２項；完成挑戰(zhàn)杯項目１項，完成大創(chuàng)項目15項，其中國家級項目２項，省級項目６項．

3 結語

人才培養(yǎng)是一個持續(xù)改進的工作，在新工科建設背景下，對信息通信類專業(yè)學生工程實踐能力的培養(yǎng)提出更高的要求．本文在分析當前大多數地方應用型高校通信原理教學現狀基礎上，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質新工科人才為宗旨，以提升課堂教學質量和工程實踐能力為目標，探討了通信原理課程教學改革．通過探索與實踐，切實提高了學生學習激情，學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和分析解決復雜工程問題的能力明顯提升，課程教學質量得到提高．

[1] 顧佩華．“新工科”與新范式：概念、框架和實施路徑[J]．高等工程教育研究，2017（6）：1-13

[2] 費翔．新工科建設背景下高校工程人才培養(yǎng)芻論[J]．教育評論，2017（12）：17-22

[3] 林健．新工科專業(yè)課程體系改革和課程建設[J]．高等工程教育研究，2020（1）：1-14

[4] 田敏，黨高歌．“新工科”背景下通信原理課程的教學改革探索[J]．教育現代化，2019，6（24）：77-79

[5] 李衛(wèi)中，馬洪華．面向綜合能力培養(yǎng)的通信原理教學改革探索[J]．電子技術，2018（11）：9-11

[6] 趙響，陳宏濱，陳冬梅，等．新工科理念下通信原理課程教學改革探索[J]．教育現代化，2019，6（8）：54-56

[7] 杜靜，楊根．論“新工科”背景下工科學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑[J]．石家莊鐵道大學學報：社會科學版，2019，13（2）：106-110

[8] 尹強，嚴清華，宋少云．“新工科”背景下現代設計方法課程的教學改革及實踐[J]．武漢輕工大學學報，2019，38（3）： 105-110

[9] 陳鑫，張兄武．工科大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的項目教學法探索與實踐[J]．實驗室研究與探索，2019，38（9）：194-200

[10] 盧毅，王申．基于“新工科”背景的通信類課程教學改革[J]．西安電子科技大學學報：社會科學版，2019，29（2）：136-141

[11] 田竹梅，俞國莉，秦志宏，等．通信原理仿真實驗平臺的設計[J]．高師理科學刊，2019，39（5）：75-78

[12] 蔣鈴鴿，蘇胤杰．“通信原理”大作業(yè)教學的探索與實踐[J]．電氣電子教學學報，2012，34（1）：88-90

[13] 董建娥，謝裕睿，李莎．新工科背景下的數字電子技術課程教學模式改革[J]．現代信息科技，2019，3（23）：169-171

The teaching reform of the principles of communication course for new engineering construction

LUO Zhongliang

（School of Information Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，China）

In view of cultivating the engineering practical ability is not paid more attention in the principles of communication course teaching，it take the improvement of classroom teaching quality and cultivation of engineering practice ability as the goal of curriculum reform．The reform and practice mainly include stimulating innovation awareness，optimizing teaching content，exploring new teaching methods，building practical teaching system and constructing model of school-enterprise cooperative education．The practice of teaching reform results show that students′learning interest，engineering practical ability and innovation ability have been improved than before，it can meet needs of new engineering for training of applied innovative talents，which will be provided new ideas for courses teaching reform of electronic information specialty in local applied undergraduate university and new engineering talents cultivation．

the principles of communication；new engineering；engineering practical ability；teaching reform

TN911∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.09.014

1007-9831（2020）09-0054-05

2020-03-25

教育部產學合作協同育人項目（教高司函201802153007）；廣東省高等教育教學改革項目（粵教高函[2015]173-551）

羅忠亮（1973-），男，湖南桂陽人，教授，博士，從事信號與信息處理、生物特征識別的研究．E-mail：luozl2004@163.com