基于OBE 教育理念的《通信原理》教學(xué)方法探索

許海霞

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣州510225）

0 引言

《通信原理》課程是通信、電子信息類專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)課程，是在電路分析、模擬電路、高頻電路、信號與系統(tǒng)、工程數(shù)學(xué)等課程的基礎(chǔ)上，進一步研究通信過程的基本規(guī)律及其分析計算方法。該課程基礎(chǔ)知識繁多，具有公式多、概念抽象、理論性強的特點。在課時量不斷縮減且學(xué)生前期相關(guān)課程基礎(chǔ)薄弱的雙重影響下，教師大多采用PPT 滿堂灌的方式，學(xué)生被動聽課，難以理解教師的講解內(nèi)容，無法完成老師布置的課堂任務(wù)；教師疲于完成課堂教學(xué)內(nèi)容，沒有時間向更深更廣的通信技術(shù)應(yīng)用進行拓展，無法體現(xiàn)出《通信原理》的最新技術(shù)發(fā)展趨勢，使得課堂教學(xué)變得乏味，無法吸引學(xué)生的興趣，不能調(diào)動學(xué)生的積極性和主觀能動性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決問題的能力[1]。

針對《通信原理》課程的現(xiàn)狀以及存在的問題，本文基于OBE（Outcome-Based Education）教育理念對《通信原理》課程的教學(xué)方法進行探索和研究，希望通過教學(xué)方法的改革，推動教師在教學(xué)理念上做出新的思考，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，幫助學(xué)生更好地理解抽象、復(fù)雜的定理、公式，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，促進《通信原理》課程教學(xué)改革的發(fā)展和進步。

1 基于OBE教育理念的《通信原理》教學(xué)模式

教育理念是教育的先導(dǎo)，教學(xué)創(chuàng)新首先需要教育理念創(chuàng)新，新時代新形勢下OBE 教育理念是一種以“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”為導(dǎo)向的新型教育模式，又稱“成果導(dǎo)向”教育模式，強調(diào)以學(xué)生為中心，圍繞著學(xué)生在教育過程應(yīng)取得的成果去組織、實施和評價的一種教育模式，該教育模式是當(dāng)今高校教育改革的主流方向[2]。本文基于OBE 理念，構(gòu)建《通信原理》線上課堂、線下課堂和實踐教學(xué)融于一體的教學(xué)模式。

1.1 基于OBE教育理念的線上教學(xué)

在OBE 教育理念中，強調(diào)以學(xué)生為中心，開展多種形式的線上課堂活動。線上教學(xué)課堂以《通信原理》知識預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)為主要內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)。教師可以充分利用中國大學(xué)MOOC（慕課）、網(wǎng)易課程、優(yōu)課、超星慕課等優(yōu)質(zhì)的在線教學(xué)資源，將《通信原理》相關(guān)學(xué)科的教學(xué)課件、視頻、學(xué)習(xí)網(wǎng)站資源、專題會議等資源放置到學(xué)習(xí)平臺上，采用教師指導(dǎo)、學(xué)生主動參與為主要教學(xué)方法，讓學(xué)生隨時隨地開展學(xué)習(xí)，這是學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為能力、理論應(yīng)用于實際的重要渠道，更是將一門課程的學(xué)習(xí)拓展為多學(xué)科交叉、多方位視角的延展式學(xué)習(xí)途徑。強化線上教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的重要環(huán)節(jié)，是真正做到將“以教師講授為中心”，轉(zhuǎn)換成“以學(xué)生發(fā)展為中心”的自主學(xué)習(xí)理念[3]。本課程線上教學(xué)是在超星學(xué)習(xí)通平臺開展，按照：“課程簡介-基礎(chǔ)預(yù)習(xí)-知識要點-視頻資料-PPT 教案-討論提高”的邏輯順序展開。課程簡介，將本課程的教學(xué)大綱、授課計劃、課程教案等資料發(fā)布在平臺，讓學(xué)生提前了解該課程的章節(jié)結(jié)構(gòu)、教學(xué)目標(biāo)，從而在學(xué)習(xí)過程中，對標(biāo)注“了解”或“理解”的目標(biāo)，進行簡單記憶和基本概念的理解；對標(biāo)注“掌握”目標(biāo)，則對知識點深度挖掘、弄通搞懂，并能遷移泛化，從而培養(yǎng)學(xué)生的宏觀意識和整體意識。基礎(chǔ)預(yù)習(xí)，是將本課程即將用到的前期基礎(chǔ)知識、公式、定理復(fù)習(xí)鞏固，促進學(xué)生推陳出新、融合貫通的能力；知識要點，本課程采用提出問題的形式給出各個章節(jié)的知識要點，促使學(xué)生帶著問題學(xué)知識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，促進學(xué)生對問題的思考和探究；視頻資料，本課程不僅給出了《通信原理》的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻資料，還自己錄制、編輯微課視頻資料發(fā)布在平臺，促進學(xué)生的分析比較、總結(jié)歸納能力，快速掌握各知識要點的邏輯脈絡(luò)；PPT 教案，為防止視頻資料播放較快，學(xué)生無法短時間內(nèi)快速理解、掌握的情況，本課堂提供了PPT 教案，學(xué)生可以有著重點地對“掌握”目標(biāo)的知識點深入學(xué)習(xí)，促進學(xué)生知識掌握的廣度和深度；討論提高，本課程設(shè)置選擇題、填空題、判斷題等各種主、客觀方式，檢驗學(xué)生對基本概念和知識點的理解掌握情況，學(xué)生必須完成各項任務(wù)點，實時反饋結(jié)果之后才能進入下一步學(xué)習(xí)，從而加深學(xué)生對知識點的深刻記憶，同時，本課程也采用小組分工合作的方式研究探討一些通信案例，指導(dǎo)學(xué)生給出具體案例的方案設(shè)計、原理分析、數(shù)據(jù)采集和實踐操作的問題預(yù)估等，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。線上教學(xué)強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、歸納總結(jié)能力，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，明確老師的教學(xué)思路，強化學(xué)生的問題印象，增強學(xué)生的理解能力，凝聚學(xué)生的關(guān)注度，從而實現(xiàn)OBE教育理念強調(diào)的能力本位。

1.2 基于OBE教育理念的線下教學(xué)方法探索

線下課堂教學(xué)是對傳統(tǒng)教學(xué)模式進行整合，實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容體系的整體優(yōu)化。在本課程教學(xué)過程中，科學(xué)設(shè)計教學(xué)模式，推動教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核模式、評價體系以及教學(xué)技術(shù)的全面創(chuàng)新。線下教學(xué)模式必須實現(xiàn)從傳統(tǒng)的以教師講授為主型向OBE 教育理念以學(xué)生為中心型轉(zhuǎn)變，本課程進行了翻轉(zhuǎn)課堂。翻轉(zhuǎn)課堂需要教師具備良好的專業(yè)知識、教學(xué)理念、科研素養(yǎng)，根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)狀況、理論基礎(chǔ)和心理狀態(tài)制定出精細(xì)化的課堂任務(wù)、行之有效的學(xué)習(xí)成果評價體系，發(fā)揮出OBE 教育理念的指導(dǎo)優(yōu)勢，提高《通信原理》教學(xué)效果。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式中，采用搶紅包、幸運轉(zhuǎn)盤、知識探險等各種學(xué)生樂于參與的形式開展，力求學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂的過程中，理解各章節(jié)知識點的來龍去脈，弄清各知識分支的錯綜關(guān)聯(lián)，掌握各章節(jié)的重點和難點；并通過各種主、客觀形式的知識問答、隨機測試等檢驗學(xué)生對各章節(jié)知識內(nèi)容的掌握和應(yīng)用情況，隨時調(diào)整課堂教學(xué)的著重點、關(guān)鍵點。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法中，采用學(xué)生易于接受的思維導(dǎo)圖歸納知識關(guān)系鏈法，將相關(guān)知識點串成鏈，并不斷向外開枝散葉，形成枝繁葉茂的知識鏈樹。此外，本課程也采用教學(xué)類比法，靈活運用概念性類比、過程性類比、方法性類比、橫向與縱向類比、知識架構(gòu)的類比和條件性的類比，將相關(guān)知識點概況提煉，對知識點尋蹤追源，帶給學(xué)生眼前一亮、原來如此的學(xué)習(xí)體驗。最后，本課堂給學(xué)生設(shè)置一定的未知知識鏈，要求學(xué)生自己去探索、完善，有意識地引導(dǎo)學(xué)生進行相關(guān)知識點深度和廣度的拓展，從而提高本課程教學(xué)內(nèi)容的深度和發(fā)散思維的廣度，激發(fā)學(xué)生探索未知的學(xué)習(xí)興趣。下面具體介紹兩種歸納、總結(jié)知識點的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法：思維導(dǎo)圖歸納知識關(guān)系鏈法和教學(xué)類比法。

（1）思維導(dǎo)圖歸納知識關(guān)系鏈法

思維導(dǎo)圖是英國著名教育專家Tony Buzan 按照大腦自身的規(guī)律進行思考，全面調(diào)動左腦的邏輯、順序、條例、文字、數(shù)字以及右腦的圖像、想象、顏色和形狀進行整體思維的一種筆記方法，可以充分地開發(fā)大腦潛能，提高各方面的能力[4]。教學(xué)案例：采用思維導(dǎo)圖歸納信道的特性。

《通信原理》中信道的內(nèi)容包括信道的分類、信道的數(shù)學(xué)模型、信道的噪聲和信道的容量等知識點[5]，學(xué)生普遍認(rèn)為該章節(jié)知識點廣泛、內(nèi)容比較零散，難以系統(tǒng)地掌握。為了讓學(xué)生明確各知識點間的邏輯關(guān)系，用思維導(dǎo)圖歸納知識關(guān)系鏈可以很好地幫助學(xué)生理順信道的知識脈絡(luò)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容形象化、邏輯思維可控化、相關(guān)知識脈絡(luò)化，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的理解能力，增強課堂教學(xué)的效率。

圖1 給出了信道的思維導(dǎo)圖，其中中間的圓形標(biāo)注為“信道”是一級知識點；一級知識點按照1、2、3、4的順序向外延伸為二級知識點，其中1 為“無線信道”、“有線信道”，2 為“調(diào)制信道”、“編碼信道”，3 為“信道噪聲”，4 為“信道容量”。其二級知識點再向外延伸為三級知識點，依次向外擴展發(fā)散，得到整個信道的知識點邏輯思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖歸納知識關(guān)系鏈法是將知識點歸納總結(jié)，可以通過不同邏輯關(guān)系展示，可采用公式、顏色、數(shù)字、代碼、圖像等來多維度來表現(xiàn)，使得知識點項目結(jié)構(gòu)清晰、邏輯性強、重點突出。這種方法避免了大量零散知識點的簡單堆砌、雜亂無章，易于學(xué)生理清頭緒，將所學(xué)知識融會貫通，訓(xùn)練學(xué)生的概括歸納能力和發(fā)散思維、創(chuàng)新思維。

圖1 信道的知識點思維導(dǎo)圖

（2）教學(xué)類比法

類比法是一種重要的思維推理方法，是根據(jù)兩個或兩類對象或事物有部分屬性相同，從而推理出它們的其他屬性關(guān)系的一種推理方法[6]。教學(xué)類比法就是類比推理的具體運用，即利用類比的方式將教學(xué)過程中的新知識與相類似的舊知識聯(lián)系起來，從已知對象或事物具有的某種屬性推出未知對象或事物具有的相應(yīng)屬性，從而簡化問題、解決問題。教學(xué)類比法包括各種形式，可以概念性類比，通過兩個對象或事物的概念類比來揭示其本質(zhì)特性；可以是過程性類比，通過兩個對象或事物的過程性類比展示事物的來龍去脈，形成知識網(wǎng)絡(luò)；也可以是方法性類比，借助已知的方法，通過方法性類比對問題進行多角度、多方面的探討與研究；也可以是知識點的橫向與縱向類比，還可以是知識架構(gòu)的類比，適用性條件的類比等。巧妙運用類比法，可以簡化教學(xué)過程，提升教學(xué)質(zhì)量，但要注意類比的正確性和適當(dāng)性，不能隨意類比。

圖2 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的模型類比

針對《通信原理》的課程特點，基于OBE 教育理念強調(diào)的能力本位，采用教學(xué)類比法教學(xué)，在講授課程時，將特性相似的知識點進行類比，提取其相同特點，相同知識點越多，則這兩種事物之間存在的聯(lián)系越緊密，是一種“由此及彼”，的教學(xué)方法。教學(xué)案例：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的模型類比，如圖2 所示。圖2 的上方是模擬通信系統(tǒng)模型，下方是數(shù)字通信系統(tǒng)模型。兩者類比發(fā)現(xiàn)，模擬通信系統(tǒng)中的模擬信源、信宿和數(shù)字系統(tǒng)的信源、信宿類似，那么其他模塊是否有類似關(guān)系呢？研究發(fā)現(xiàn)，模擬通信系統(tǒng)中調(diào)制器和解調(diào)器若用虛線對應(yīng)下方數(shù)字通信系統(tǒng)中的兩個大黑色框，即兩個黑色框中的內(nèi)部模塊分別看做是一種調(diào)制器和解調(diào)器，兩者幾乎是相同的結(jié)構(gòu)。學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字通信系統(tǒng)模型時，只要關(guān)注黑色框里的各個模塊特性就可以掌握數(shù)字通信系統(tǒng)模型了。如此知識架構(gòu)的類比，由此及彼、推舊出新，具有知識架構(gòu)對稱、學(xué)生易學(xué)易記的特點，可以延伸、拓展學(xué)生的思維，提高學(xué)生概括、歸納的能力。

1.3 基于OBE教育理念的實踐教學(xué)研究

將OBE 教育理念應(yīng)用于《通信原理》實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置綜合性、設(shè)計性、開放性、創(chuàng)新性實踐教學(xué)內(nèi)容，確保學(xué)生在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中得到充分的基本技能、動手實踐能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)案例：脈沖編碼調(diào)制（PCM）實踐教學(xué)。在課堂講授PCM 原理后，開展數(shù)值仿真實驗，采用MATLAB 軟件實現(xiàn)PCM 編碼，可以任意設(shè)定性能參數(shù)來調(diào)試和改進編碼過程，從而獲得理想曲線。通過仿真實驗，學(xué)生可以按照編碼步驟觀察到PCM 編碼的過程，從而理解和掌握PCM 特性。接著，利用通信原理的實驗儀器平臺，讓學(xué)生動手操作PCM 編碼過程，直觀地認(rèn)識和理解PCM 原理；隨后，設(shè)置PCM 課程設(shè)計，將PCM 原理應(yīng)用于日常生活，實現(xiàn)基于PCM 的語音數(shù)字系統(tǒng)研究，進一步加深學(xué)生對該知識的原理理解和應(yīng)用掌握；最后，針對本專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)目標(biāo)，設(shè)置基于PCM 的畢業(yè)設(shè)計，進行PCM 原理的科研探索，如“基于PCM 編碼的信息隱藏設(shè)計和實現(xiàn)”、“基于單片機的可變速率PCM 編碼研究”等，這是對PCM 原理的深入拓展和應(yīng)用設(shè)計。在實踐教學(xué)中，本課程積極地將通信概念和基本理論與日常生活、生產(chǎn)中的如光纖、電纜、手機、無線通信、電腦網(wǎng)絡(luò)等信息通信緊密聯(lián)系，有意識地組織、點撥、帶動學(xué)生探索未知領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。此外，通信原理及其相關(guān)交叉科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展日新月異，為了使學(xué)生了解未來通信相關(guān)的新興科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域研究，教師在實踐教學(xué)中可引入通信原理的最新前沿課題、科研動態(tài)，使學(xué)生明確當(dāng)前及今后一段時間的研究熱點與方向，開拓學(xué)生的視野，豐富學(xué)生的知識儲備，樹立學(xué)生的全方位、發(fā)散思維視角。

2 結(jié)語

基于OBE 理念的《通信原理》教學(xué)模式確立了以線上課堂預(yù)習(xí)、線下課堂翻轉(zhuǎn)、實踐教學(xué)提高三個層次逐層遞進、貫穿始終的教學(xué)體系，并根據(jù)社會發(fā)展形勢和科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代不斷更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將《通信原理》課程與日常生活、學(xué)術(shù)科研相結(jié)合，引入高新技術(shù)的最新、最前沿應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)OBE 教育理念中對學(xué)生的能力培養(yǎng)，促進《通信原理》課程改革的發(fā)展和進步。