“通信原理”融入混沌線上教學(xué)模式研究

張洋 芮國勝 毛忠陽 劉錫國 田文飚

[摘 要] 作為疫情這個(gè)特殊時(shí)期的重要舉措，各式各樣的線上教學(xué)方式如雨后春筍般發(fā)展起來，新的教學(xué)時(shí)代拉開了帷幕，但需要看到的是，線上教學(xué)方式欠缺了最核心也是最重要的環(huán)節(jié)——激發(fā)學(xué)生潛能和熱情的部分，學(xué)生對(duì)線上學(xué)習(xí)多惰性、少動(dòng)力。因此，基于學(xué)生學(xué)習(xí)“動(dòng)力不減、效果優(yōu)異”的準(zhǔn)則，提出將科研中的混沌機(jī)理融入線上特殊教學(xué)環(huán)境的“二位一體”教學(xué)模式，并通過60人次的“通信原理”疫情線上教學(xué)作為試點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果證明“二位一體”教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生潛能、提升教學(xué)效果方面具有顯著的作用，同時(shí)也為線上教學(xué)的發(fā)展提供了重要借鑒。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)方式;特殊時(shí)期;混沌機(jī)理;線上教學(xué);潛能激發(fā)

[基金項(xiàng)目] 2017—2020年度國家自然科學(xué)基金“微弱暫態(tài)信號(hào)的混沌高效檢測(cè)方法研究”（61671016）;2015—2018年度國家自然科學(xué)基金“基于壓縮感知的蒸發(fā)波導(dǎo)時(shí)空態(tài)勢(shì)獲取方法研究”（41476089）;2017—2019年度國家自然科學(xué)基金“陣發(fā)蒸發(fā)波導(dǎo)的非均勻壓縮感知及重構(gòu)方法研究”（41606117）

[作者簡介] 張 洋（1983—），男，山東煙臺(tái)人，博士，海軍航空大學(xué)講師，主要從事現(xiàn)代通信技術(shù)、混沌、非線性濾波研究;芮國勝（1968—），男，江蘇南京人，博士，海軍航空大學(xué)教授，主要從事現(xiàn)代通信技術(shù)、小波、非線性濾波研究。

[中圖分類號(hào)] G642 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）29-0053-04 ? ?[收稿日期] 2021-04-05

一、引言

“教學(xué)隨著環(huán)境來”，疫情給人類帶來災(zāi)難的同時(shí)也帶來了新的頭腦變革，傳統(tǒng)的教育教學(xué)結(jié)構(gòu)面臨新的挑戰(zhàn)，線上教學(xué)方式也不僅僅局限于慕課、微課等經(jīng)典表現(xiàn)，而是以更具實(shí)時(shí)性的網(wǎng)課、平臺(tái)形式展現(xiàn)在教師及學(xué)生面前，進(jìn)步是明顯的，但同時(shí)這種實(shí)時(shí)性的表現(xiàn)形式也帶來了一些問題和矛盾，比如：（1）缺少教師和必要監(jiān)控機(jī)制的線上教學(xué)，如何保證學(xué)生學(xué)習(xí)自律性的問題;（2）線上面對(duì)面的互動(dòng)如何達(dá)到與線下傳統(tǒng)互動(dòng)同樣甚至更優(yōu)教學(xué)效果的問題;（3）對(duì)于理論性很強(qiáng)的課程教學(xué)內(nèi)容，枯燥與惰性并存時(shí)，如何保證學(xué)習(xí)效率的問題。上述三點(diǎn)其實(shí)可以歸于一個(gè)共有的點(diǎn)，那就是如何至少確保學(xué)生在線上教學(xué)過程中“動(dòng)力不減、熱情不退、效果維持”，這也是特殊時(shí)期線上教學(xué)面臨的新的挑戰(zhàn)。

與相對(duì)論、量子力學(xué)同為21世紀(jì)三大重要理論的混沌非線性動(dòng)力學(xué)[ 1-6 ]，擁有100多年的發(fā)展歷史，近年來在弱信號(hào)檢測(cè)的優(yōu)異表現(xiàn)使得人們眼前一亮，將其應(yīng)用到遙感、探測(cè)、信號(hào)估計(jì)、通信檢測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，同樣的，混沌在教育教學(xué)[ 7-10 ]中也可以發(fā)光發(fā)熱，發(fā)揮其特殊的優(yōu)越性。

二、“通信原理”課程特性和混沌融入

“通信原理”是一門主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代模擬通信、數(shù)字通信等信息傳輸理論的課程，可使學(xué)生深刻理解通信的定義、機(jī)理、分析方法和有關(guān)通信系統(tǒng)的重要結(jié)論，了解通信系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)過程，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)，為學(xué)習(xí)通信新理論、新技術(shù)打下必要的知識(shí)和思想基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力及科學(xué)的思維方法，從而培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)代通信技術(shù)大發(fā)展的創(chuàng)新人才。

混沌是用各種片段化的方式逐步實(shí)現(xiàn)激勵(lì)，最終達(dá)到質(zhì)變，從而實(shí)現(xiàn)“蝴蝶引發(fā)風(fēng)暴”這樣的效應(yīng)，而應(yīng)用在通信原理教學(xué)中就是將一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)“碎片化”“視頻化”“故事化”，而“通信原理”授課中的應(yīng)用教學(xué)視頻的制作過程對(duì)于每個(gè)課程組教師來說其實(shí)是很艱辛的。如何面對(duì)鏡頭流利講解通信知識(shí)，如何把原本45分鐘的課堂轉(zhuǎn)變成一段段幾分鐘的小案例、小故事和小知識(shí)點(diǎn)，并不是一件容易的事。正如混沌機(jī)理，無論是啟動(dòng)力、迭代間隔還是阻尼系數(shù)等每個(gè)細(xì)節(jié)都非常關(guān)鍵，只有形成系統(tǒng)才能發(fā)揮最大的作用，這也是線上線下聯(lián)動(dòng)所需要面臨的最大挑戰(zhàn)。在特殊時(shí)期共同努力的過程中，付出和收獲同樣多，此時(shí)課程的組織形式可能與以往大相徑庭，要打破原有知識(shí)點(diǎn)之間簡單的點(diǎn)、線、面關(guān)系，形成一種交叉鏈接的共鳴關(guān)系。通過教學(xué)變革和提升，能夠極大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和學(xué)習(xí)效率。

但是，新的教學(xué)方式變革不能僅是為了引發(fā)興趣變成一部趣味性網(wǎng)絡(luò)小說，還必須成為一門能夠?yàn)閷W(xué)生未來服務(wù)的、為將來崗位任職服務(wù)的過硬課程，“通信原理”絕對(duì)不能為了一味迎合學(xué)生需求而失去原則性所在，只有將每個(gè)學(xué)生都變成課程和知識(shí)的，才意味著課程教學(xué)變革真正的有效。同時(shí)，疫情使得各地教育不得不采取新型的措施，一定程度上增強(qiáng)了相互之間的競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)使很多教師和教育機(jī)構(gòu)迫不得已提出新的教育變革，不斷促使教師審時(shí)度勢(shì)，不斷調(diào)整自己的教學(xué)思路，真正用心思考新的教學(xué)妙招，對(duì)學(xué)生未來發(fā)展形成正的推動(dòng)力。

基于混沌機(jī)理的線上混沌激勵(lì)方法通過激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)原動(dòng)力，同時(shí)在線實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的各種學(xué)習(xí)行為和情感變化，從而形成各種待分析數(shù)據(jù)，課程組教師成員和分析人員則可以通過這些行為數(shù)據(jù)形成優(yōu)勝劣汰的教學(xué)思路，不斷更新自己的教學(xué)技術(shù)和教學(xué)手段，從而更好地促進(jìn)教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn)和發(fā)展進(jìn)步。

課程組還會(huì)為學(xué)生提供一份完整的知識(shí)點(diǎn)樹狀關(guān)系圖，除了必要的基礎(chǔ)知識(shí)外，學(xué)生可以自主根據(jù)樹圖的各個(gè)節(jié)點(diǎn)來學(xué)習(xí)各類知識(shí)點(diǎn)，并預(yù)先設(shè)置自身所期望的學(xué)習(xí)或指導(dǎo)時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)混沌機(jī)理自動(dòng)為學(xué)生生成課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，為每一名學(xué)生量身打造切實(shí)適合自己的通信課程。

三、“通信原理”課程思想

下面根據(jù)筆者所在課程組的“通信原理”的課程思想進(jìn)行具體分析，以便于具體針對(duì)課程分析混沌融入的方式。

1.該課程注重學(xué)生理論素質(zhì)的培養(yǎng)。“通信原理”課程理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多，涉及高等數(shù)學(xué)、隨機(jī)過程、天線與電波傳播、信號(hào)處理等內(nèi)容，教學(xué)過程中需強(qiáng)調(diào)通信系統(tǒng)自身的系統(tǒng)性和完整性，符合本學(xué)科的科學(xué)性，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用各種理論知識(shí)的方法，夯實(shí)通信專業(yè)基礎(chǔ)。