通信原理理論和實踐教學改革

鄒麗

摘? 要 針對通信原理理論和實踐教學分別進行改革。理論教學改革將通信系統實際應用場景帶入課堂講授，增強學生學習效果;采用線上線下結合教學模式，調動學生學習積極性，使學生成為最終受益者。實踐教學改革采用新的實驗平臺，可實現虛擬仿真和遠程連接硬件設備進行系統設計，從而提升學生動手能力，激發學生學習動力。

關鍵詞 通信原理;教學改革;理論教學;實踐教學;混合式教

學;實驗軟件;MATLAB

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）18-0092-03

Theoretical and Practical Teaching Reformation of Communi-cation Principle//ZOU Li

Abstract In this paper， the reform of theoretical and practical tea-ching in communication principle is presented. The theoretical tea-ching reforms are carried out with two parts. One is that the actual application scenarios of the communication system is brought into

the classroom teaching. And the online and offline teaching model is

adopted， which enhances the learning effect of students and make

students become the ultimate beneficiaries. Practical teaching reforms

adopts a new experimental platform， which can realize virtual simu-lation and remote control of connected hardware devices for actual system development and design， which greatly improves students practical ability and stimulates students learning motivation.

Key words communication principle; teaching reform; theoretical? teaching; practical teaching; blended leaning; experimental software;

MATLAB

0? 前言

通信原理課程是通信、電子、信息領域最重要的專業基礎課程之一，是通信工程等專業的標志性課程。該課程也是信息與通信工程學科研究生入學考試專業課程之一，占有重要的教學地位。課程內容主要涉及信息的物理傳輸，以各種調制技術的分析作為主線，緊緊圍繞通信系統的有效性和可靠性這對矛盾進行分析，對各種通信系統的性能指標進行評價與比較。該課程作為通信工程專業的核心與標志性課程，有較強的理論基礎性和工程應用特點。它涉及的知識面寬、概念多，并要求具有一定的數學基礎。同時，該課程也是公認的“老師難教、學生難學、考試難過”的“三難”課程[1]。

通信原理主要涉及信息量的計算、信息的物理傳輸理論與技術。通信技術過去幾十年中不斷發展，在此基礎上陸續形成通信的理論體系[2]。本課程以各種調制技術的分析作為主線，輔以信號的接收和同步技術，緊緊圍繞通信系統的有效性和可靠性性能指標進行分析，對各種通信系統的性能指標進行分析與計算。

筆者教授通信原理課程時間已有十幾年，每年都會對該課程的教學質量進行分析，對教學效果進行總結，提高通信原理課程的教學質量，進一步改進教學成果，培養學生科學的想象力、空間思維能力和對科學的求知欲，促進學生形成嚴密的邏輯思維能力，形成對通信原理的親切感，體會數字通信技術與實際生活的聯系。近年來，南通大學通信原理課程組進行了通信原理課程理論與實踐教學改革，本文在總結教學實踐經驗的基礎上對改革進行探討。

1? 通信原理教學現狀

1.1? 理論教學現狀

目前的通信原理理論教學普遍在學生層面和教師層面存在問題。

1.1.1? 學生層面? 學生對通信原理理論課程學習缺乏興趣，學習動力不足，學習比較吃力。究其原因，一是該課程理論性強，先修課程掌握要求高，比如信號與系統和概率論，這兩門課程數學理論很強，內容量大，導致學生在先修課程上掌握不牢固，所以在學習本課程時感覺吃力，學習積極性不高;二是本課程本身概念多，并且概念都比較抽象，學生不容易理解，不明白通信原理和實際中的通信有什么關聯。

1.1.1? 教師層面? 教師對通信原理課程教學比較單一，主要是PPT課件和板書推導理論計算。2012年，教育部提出“厚基礎、寬口徑、廣適應”的人才培養模式[3]，同時由于學科建設需要，通信原理課程理論教學學時大大壓縮，由原來的104學時壓縮到只有64學時，幾乎砍掉一半學時，但內容量還是這么多。因此，教師基本都是拼命趕課程進度，一堂課的教學內容非常多，導致學生不容易吸收理解。

1.2? 實踐教學現狀

目前的通信原理實踐教學基本都是利用現成的通信原理實驗箱，讓學生做一些和理論課程相關的驗證性實驗，難度系數低，沒有任何創新思維，剝奪了學生獨立自主研究的機會。因此，教師和學生都不愿花多少時間和精力在實踐教學上。這種現象使得人才培養中學生的動手能力大大減弱，從而把通信原理理論教學與實踐教學分隔開來，收不到理想的教學效果。

2? 理論教學改革

對通信原理理論課程教學改革可以從教學內容改革、教學方法改革和教學手段改革三個方面進行。

2.1? 教學內容改革

通信原理理論教學學時目前安排為64學時，在64學時中要學習的理論基礎內容包括信息量及其度量、系統有效性和可靠性概念、隨機過程、信道容量，還要系統學習模擬通信系統、數字基帶傳輸系統、數字帶通傳輸系統、新型數字帶通系統、最佳接收機、信源編碼和同步。內容量很大，理論性極強，數學推導多。

針對這些問題，準備將理論性知識作為重點內容，在講解理論知識時加入其實際應用場景和實例。例如：講模擬調制時，可以以調幅廣播和調頻廣播的實際應用為例，給學生闡述模擬調制的應用;在講模擬通信系統抗噪聲性能時，可以做幾段音頻信號，分別是沒有噪聲、有噪聲和經過濾波處理的音頻信號，讓學生感受抗噪聲的重要性;在講數字帶通傳輸系統2ASK調制時，可以引入實際應用，用圖片形式展示給學生，比如汽車的遙控鑰匙和車輪傳感器信號都是使用的2ASK調制原理，增強學生對該知識點的掌握;在講信號量化時，通過語音信號的MATLAB仿真圖讓學生有直觀了解。圖1和圖2就是實際課堂上展示給學生的一段音樂波形受噪聲干擾和“南通大學”語音信號經過量化前后對比仿真圖效果。

同時，在課堂上盡量少進行數學理論推導，畢竟是工科專業，不是理科專業，對于通信原理的學習主要是能把原理搞清楚，在實踐中能運用理論結果解決實際問題，這樣學生學起來也會相對輕松，課時也就沒有那么趕了。

2.2? 教學方式改革

通信原理課程教學以往都是以在教室上課這種單一的教學方式進行，教師講授，學生聽講。這種方式單調枯燥，學生學習比較被動，不能發揮主觀能動性。因此，對教學方式進行改革，采用線上線下混合式教學方式。

申報的通信原理在線課程項目已經拍攝了通信原理視頻，將各章主要內容進行提煉濃縮，拍成視頻并放在中國大學慕課網上，這樣一來，學生就可以先通過觀看在線視頻預習和自學通信原理基本理論。在網上每一章都有單元測驗試題，基本都是和視頻內容相關的基本題型，同時還有簡述題，學生可以進行互評打分，這樣可以增強學生的自主學習能力。

線下進行課堂教學，可以根據學生網上自學情況有針對性地進行教學，簡單的理論知識就可以不講了，重點講一些難點知識點，并結合實際應用場景講述，對提升性試題就可以放在線下教室進行講解。同時可以組織討論課，讓學生對學過的某個知識點進行小組討論，然后每組安排學生上講臺講述，比如：模擬線性調制各種方法的特點，以及與模擬非線性調制比較，各自優缺點;數字調制各種方法的特點及其抗噪聲性能。這些討論可以增強學生的學習積極性，加深學生對該知識點的掌握。

3? 實踐教學改革

南通大學原來線下只有一間實驗室是做通信原理實驗的，而且實驗箱有限，加上多年使用有損壞，因此，一次實驗只能滿足二十幾個學生，班級多的需要分批次分時間做，極大地浪費了教師和學生的時間。針對目前通信原理實驗課程使用單一的通信原理實驗箱，實驗步驟固定，沒有創新改進的空間的狀況，采購一套電子信息虛擬仿真與在線實境實驗軟件。

電子信息虛擬仿真與在線實境實驗軟件專門針對電子信息類專業的課程實驗，將瀏覽器、本地服務器、云服務器、硬件平臺等有機結合，構建虛擬仿真與在線實境實驗相結合的實驗體系，創新性地實現了“虛實結合、軟硬結合”的現代通信課程實驗教學新理念。該軟件設計了虛擬仿真實驗、本地在線實境實驗、遠程在線實境實驗三種實驗模式，改變了時間和空間對實驗的限制，讓學生可以隨時隨地做實驗，有助于學生個性化發展，培養學習能力、實踐能力和創新能力，非常適合電子信息類相關課程的實驗，其中就包括通信原理課程實驗。

利用這個實驗平臺實現實時仿真，基于本地服務器和云服務器通過MATLAB實時仿真各種波形數據，將其以軟件界面呈現，實時性好。教師將幾個主要章節里的系統設計成相應實驗要求，讓學生自己去搭建系統仿真平臺，并自己通過MATLAB軟件編程實現系統仿真結果，同時可以進行虛實結合、軟硬件結合的實驗。學生可以在自己的電腦上或者機房電腦上編寫程序，然后遠程連接訪問無線電硬件平臺，實現無線收發信號傳輸功能，其效果和本地硬件實驗完全一樣。這樣的實驗模式可以不受時間、地點等因素制約，靈活方便。

圖3展示的是整個實驗所包含的虛擬仿真平臺、真實硬件，用于遠程訪問，線下示波器可以用來觀測虛擬遠程端口回傳的波形，實驗效果比線下實驗好。圖4給出了在虛擬仿真平臺由學生自主編寫的AM調制程序代碼，學生可以把此代碼封裝在一個模塊里，進行系統搭建，設置仿真參數，得出實驗仿真圖。這樣可以激發學生的自主學習能力，真正實現將理論知識應用于實踐。圖5是教師管理實驗界面，教師可以設置不同難度系數的實驗，也可以將實驗設置為純虛擬仿真或者虛擬仿真與遠程硬件連接起來，實現真實硬件實驗效果。

4? 結語

通信原理是高校通信、電子、信息專業非常重要的一門專業基礎核心課。通信原理課程的教學目的是讓學生掌握通信原理相關知識，并將通信相關原理應用于后續專業課的學習，比如移動通信、通信網原理與協議、數字通信等。因此，如何高效教學就成為通信原理課程組所有教師面臨的主要問題。本文所提出的通信原理理論和實踐教學改革收到很好的教學效果，今后還會進一步評估和改進，力求將通信原理課程教學做得更好，讓更多學生受益。■

參考文獻

[1]李巍，朱家偉.基于線上線下混合模式的“通信原理”課程教學改革研究[J].無線互聯科技，2019，16（19）：5-7.

[2]王曉玲，胡劍凌.基于多元智能理論的通信原理實驗教學改革研究[J].湖南郵電職業技術學院學報，2015，14（4）：

147-151.

[3]尹慧敏，胡曉麗，郭瑞鵑，等.基于課時壓縮環境下的《過程控制系統》課程教學改革的探討[J].農業信息網絡，

2015（10）：126-128.