疫情倒逼教學改革，通信原理課程“上線”的探索實踐

田文飚 芮國勝 張 洋

（海軍航空大學，山東 煙臺 264001）

0 引言

在這樣一個網絡信息時代，“互聯網+” 教育正蓬勃興起但又面臨重重阻力。 2020 年年初，疫情的蔓延倒是完全點燃了在線教育的火種[1-2]，教育部“停課不停教、不停學”的號令，既是戰疫情應急之舉，也是“互聯網+”教育[3-4]的重要成果應用展示，任務艱巨，使命光榮。 對于高校、具體課程組來說這是一個很有潛力的機會，當然也有不小的挑戰。

通信原理[5-7]是電子信息類專業的一門必修的專業基礎課，在通信等專業教學體系中起著承上啟下的重要作用[8-9]。課程特點也相當顯著：概念定義多、公式推導多、課程信息量大、聯系實際應用緊密，而且對數學基礎、電路基礎有較高的要求，相對抽象枯燥。然而學生隔離居家，并非傳統有約束的課堂，必然面臨復雜多樣的干擾，有來自外在環境或其他家庭成員的客觀干擾，也有學生本人內心的主觀干擾。 缺乏約束條件下，如果僅靠簡單地把線下教育的課堂講授模式直接照搬上線，不但無法激發學員的學習熱情，恐怕連最基本的教學目標都無法完成。 怎樣冷靜應對？ 怎樣專業設計？ 怎樣慎重執行？ 怎樣反思改進？

為了實現通信原理課程的教學目標，培養出具有積極思考、自主學習、獨立創新意識的高素質應用型人才， 本文結合近年來教學中的積極探索和實踐，對教學設計、實驗教學、考核測試方面進行了研究和試驗，取得了一定的成果，為電子信息類專業的線上教育積累了一定的經驗。

1 S P O C 翻轉課堂新模式

由于MOOC 具有時時處處提供優質教育資源、促進資源公平分配等優勢，影響著世界教育，但也存在一些不足，如學習過程管理欠缺，規模大、缺乏先修條件限制，個性化指導不足，缺乏對創造性思維、高階思維能力、高階批判性思維的培養等。 鑒于MOOC 出現的如上種種缺陷，由此，SPOC 應運而生，其英文全名為Small Private Online Course， 即為小規模私有在線課程。 其“小規模”和“私有”是相對于MOOC 的“大規模”和“開放性”而言的，SPOC 的學生規模一般少至幾十人， 多至幾百人；SPOC 的學生準入條件受到限制，申請者必須得到開課教師的準許方可參與學習課程。課程不面向所有人。

由于疫情影響，2020 年2 月下旬全國大中小學集中在網絡開課，多家專業網絡授課平臺不堪重負發生不同程度的卡頓。 課程組另辟蹊徑，實現在視頻App網站上線微課+辦公App 答疑交流的SPOC 翻轉課堂新模式，充分發揮線上教學便于實現“多師同堂”“全時段多點交流”“跨學校使用資源”等優勢，具體措施如下。

1.1 學習效果導向下的網絡課程

選定今日頭條、西瓜視頻等年輕學員經常訪問的App 作為網絡課程上線平臺，如圖1 所示，優點是學員用手機就可以隨時隨地開始學習，遇到不懂的知識點還可以通過暫停、回放，反復學習。 缺點是，對學生自律能力要求較高。 脫離了課堂的束縛、沒有了在學校的學習氛圍，面對互聯網的強烈吸引力、家庭舒適的環境，學生是否還能保持專注學習？ 這是擺在線上課程教員面前的現實問題。

圖1 今日頭條后臺網課列表

本課程組摒棄傳統“打卡式”“抓考勤”的過程管理方法，提出以學習效果作為導向。 盡管教員在后臺可以通過視頻播放完成度在一定程度上監督學員的學習進度，但是，并不對學員學習視頻做強制的要求，也就避免了以往網課教學中常常出現的學員一邊掛著網課，一邊刷抖音或一邊玩游戲、聽歌等應付、對付現象。 學員也可以選擇通過自行查閱資料、自學教材等其他手段完成學習。教員通過每周若干次的網絡會議等形式的翻轉課堂來檢驗學習的效果， 比如小測驗、口試、提問等。

從最近一期教學效果來看， 教員提出學習的目標和要求并定時檢驗，學員感受到學習的壓力，即使未做學習視頻做的強制性要求， 實際上網絡課程視頻的播放量和完成度表明， 平均每名學員都完整播放了3 遍。

1.2 辦公平臺線上交流

利用釘釘App 視頻會議實現翻轉課堂教學，規避了常規網絡授課平臺卡頓的問題， 充分發揮了阿里、騰訊等互聯網大平臺強大的計算、存儲和在線交流保障優勢。

課程組教員全程在線，并定時邀請前期學員交流課程知識點在工作中的應用心得。利用互聯網平臺輕松實現多師同堂，這在傳統課堂當中是難以實現的。

利用翻轉課堂當中的交流、后測，課后作業以及結課筆試來檢驗學員各個階段的學習成果，推動前述以教學效果為導向的網絡課程教學，激勵學員多方面查閱資料、完善知識體系。而且教員能夠及時批改、將結果反饋給學員，并引入競爭機制、評選優秀。 另外，在線交流自由輕松的環境使得學員體現出了比在傳統課堂上更好高積極性和參與度。

1.3 調查問卷測評效果

通過對同期2871 名學員問卷調查摸清學員態度，部分結果如圖2、圖3 所示。

圖2 學員對網絡教學的態度

圖3 學員最喜歡的網絡教學環節

絕大多數學員（將近77%）對網絡教學的態度是積極的，喜歡在線教學，認為完全可替代線下課堂教學或是認為在線教學、傳統課堂教學各有優勢，兩者可以有機結合。 在若干網絡教學環節當中，有31.03%的學員認為視頻課程對他們的幫助很大，54.82%的學員喜歡通過直播互動、線上答疑、在線討論這三種方式與教員或同學交流，來學習新知識或檢驗自己的知識點掌握情況， 在教學組織方式上，75.94%的學員喜歡上述在線課堂教學組織方式，17.49%的學員選擇了學習已有公開MOOC 的形式，4.35%的學員選擇不看視頻自學，2.23%選擇其他。也就是說絕大多數學員認可我們提出的學習效果導向下的“網絡課程+辦公平臺線上交流”SPOC 翻轉課堂新模式。

2 線上綜合實驗新設計

通信原理課程是一門與實際應用聯系緊密的課程，實驗部分是課程教學的重要組成部分，旨在進一步提煉理論和聯系應用， 加深學生對課程內容的理解和掌握，為今后從事相關領域的工作打下基礎。 課程實驗分為3 個層次：驗證性實驗、綜合性實驗、創新性實驗。 在以往的線下教學過程中，學員可以依托大學的國家級虛擬仿真實驗教學中心， 完成豐富的實驗內容。 但是此次疫情的出現，使得課程組對實驗內容的“上線”展開了全新的設計,部分實驗報告如圖4 所示。

圖4 部分實驗報告

2.1 驗證性實驗

該類實驗是對課程當中每個獨立知識點的驗證，如AM 調制、AMI 編碼規則、2DPSK 差分相干解調、ΔM 編碼等。該類實驗對理解課程內容十分重要，但實現相對簡單，學員通過直觀觀察即可驗證教材上的理論。 教員隨作業布置， 要求學員利用MATLAB、Simulink 等相關軟件自行實現。

2.2 綜合性實驗

該類實驗是對多個獨立知識點的綜合運用，考察學員知識串聯、綜合運用的能力。 課程組教員專門設計的多個實驗串聯了若干章知識內容，例如：實驗二2FSK 的解調實驗， 要求學員編程實現信號的調制和解調、添加噪聲模擬信道傳輸、分析不同信噪比下的抗噪聲性能、 分析不同信噪比條件下的信道容量等，涵蓋了教材上第4、6、7 章的信道容量、 調制解調、門限效應、誤碼率性能等多個知識點。 學員利用翻轉課堂時間交流實驗結果。

2.3 創新性實驗

該類實驗為培養學生的創新意識而設，主要面向學有余力的學員，作為附加加分項。 選取課程當中的開放性內容，由學生自由探索，例如：除了教材上的方法外MSK 還有那些非相干解調方法？ 有哪些提升性能的手段？ 要求學員從原理論證、方案設計和模擬仿真幾個環節著手，既培養學生的創新意識，又鍛煉學生分析問題和動手實踐的能力。這一部分實驗往往會展現學員創新思維的閃光點， 如2015 級學員王鵬改進傳統1 bit 差分相干解調算法獲得了接近理論極限的好結果， 課程組教員指導其總結成果形成論文，獲得了同行專家的認可，已被發表在《通信學報》上，并被EI 檢索。

3 在線作業考核新探索

為了掌握學員對知識點的學習情況，以及是否達到進入下一模塊學習的要求，有必要通過作業考核等形式檢驗知識牢固度和學習效果。課程組教員依照課程重難點布置課后作業或設計單元測試題作為考核。線上測試體現了傳統紙質測試不可替代的優勢。

3.1 橫跨時空，考核靈活

學生在線考核不受時空限制，具有更大的自由度和靈活性，隨時隨地在有網絡的環境下即可完成。 圖5 為手機提交作業的界面， 學員可采用手寫拍照、計算機仿真等多種形式提交，教員在后臺能及時查閱學員提交的作業并進行批改。 從實際操作結果來看，相比于傳統課堂教學條件， 學員能夠完成一些難度更大、綜合性更強的大作業，這實際上得益于學員居家隔離時間上的自由度以及具備大塊、 集中的學習時間，這也對后續課程開展有所啟示。

圖5 手機提交作業界面

3.2 反饋及時，適時調整

學員的考試內容直接提交到服務器后，服務器程序對考試內容客觀題部分進行統計、判別、匯總、統計等處理后，立即以頁面、電郵等方式對考試結果進行反饋，如圖6 所示。在學習過程中，及時地反饋有助于學員了解自己的優缺點， 以便更快地調整學習策略、方法和進度等。 而且，各題答題用時、準確率、未提交名單等信息教員一目了然，也可以幫助教員把握學員的掌握情況。

3.3 易于儲存，查詢方便

傳統測試的大量紙質文檔難于長時間存儲，而在線測試結果是數字化的，可以很方便地在線或離線保存。 方便學員、教員進行學習成果對照，如前測、后測對照，知識點遺忘對照等，甚至可以根據測驗結果生成各種報告或圖表， 直觀地反映學生學習變化的趨勢。從而為教師或學生制訂教學計劃和教學策略提供了依據。

圖6 網絡提交、批改作業

3.4 結果保密，保護自尊

因為學生是通過網絡獨立考核，用時、結果只有自己和老師知道，并對其他人保密。 消除了部分學員在常規考場的緊張心理對考核結果的影響，避免了遇到害怕答錯而不敢作答的障礙。

4 結語

面臨疫情，為響應教育部“停課不停教、不停學”的號令， 針對傳統課堂教學不能照搬上線的實際問題，課程組提出了以教學效果為導向的SPOC 翻轉課堂新模式，給出了線上綜合實驗新設計并開展了在線作業考核新探索，形成了新的錄播微課與直播授課結合、線上交流與線下考核結合的混合翻轉課堂教學模式。在教學過程中通過教學質量的過程控制與考核達到提高教學質量的目標。 實踐結果表明，新方法激發了學生的學習積極性，提升了參與度，取得了很好的教學效果。