《通信原理》課程教學改革探討

張春梅，劉澤良

（1.空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安；2.九江學院 電子工程學院，江西 九江）

伴隨著云計算、大數據、5G、物聯網等新技術的發展，我國正在向智能化社會轉變，而通信是智能化社會的核心成員，《通信原理》課程的教學方法和教學模式需要密切跟蹤時代的步伐，以新工科的教學理念培養、塑造未來人才，以滿足國家對通信專業方面人才的需求。

《通信原理》是一門承上啟下的課程。承上：它的前置課程比較多，比如《信號與系統》《數字信號分析》《概率論》《線性代數》《隨機信號分析》《電路分析》等課程，知識面廣，綜合程度高。啟下：為后續課程《現代DSP技術》《光纖通信》《現代交換技術》《計算機通信網》《通信網絡》等奠定良好的、扎實的地基。總而言之，《通信原理》課程是從基礎過渡到專業、理論過渡到應用的橋梁和紐帶，對學生綜合應用能力的培養起著至關重要的作用[1]。

通過對《通信原理》的系統學習，學生能夠掌握通信的基本方法和基本應用；熟悉模擬通信系統、數字通信系統的組成以及各組成部分的功能；熟練掌握通信系統性能分析方法以及提高系統性能的措施，培養學生綜合應用能力。

《通信原理》課程涉及的專業課程比較多，尤其是《隨機過程》這一章節內容，本身作為一門專業基礎課學習就是學生“頭疼”的課程，在《通信原理》課程中占據4~6課時，理論授課課時不能占用太多，否則通信原理部分內容課時不夠用，但是如果理論授課課時太少，又會影響后續章節內容的學習。數字帶通傳輸系統這一章中分析噪聲的數字特征還會用到希爾伯特變換，在此之前，學生也沒有接觸過希爾伯特變換，此外還會用到傅里葉變換等等。總之，《通信原理》公式多，推導復雜并且難于理解，因此出現了一系列問題，比如：學生學習積極性不足，師生缺乏互動性等問題，傳統的以教師為中心的教學模式無法適應新時代人才培養的需求，新工科的提出，為《通信原理》課程的教學改革提供了方向[2]。

論文從教學內容的優化、線上學習的具體應用、新技術的引入以及思政與專業課的結合方面進行了改革實踐。

一 優化教學內容

如何調動學生渴望知識的興趣呢？如何促進老師和學生的互動性呢？如何提升課堂教學效果呢？如何使學生摒棄掉老師是照本宣科呢？如何.......？回答是優化教學內容，但是如何優化教學內容呢？

優化教學內容時，老師應該克服一些自身的和外在的困難：（1）習慣了以教師為中心的傳統教學方式的思維模式，沒有做好教學改革的思想準備，導致教學方法單一、陳舊、落后；（2）教材框架的約束、照本宣科、多媒體課件教材化；（3）忽略學生在教學中主觀能動性；（4）沒有重視學生綜合能力的培養；（5）忽視了學生的學習興趣對學習的促進作用；（6）課程內容沒有跟上時代步伐，沒有進行更新。本文結合《通信原理》詳細介紹[3]。

通信原理課程選用的教材是樊昌信和曹麗娜老師編寫的《通信原理》（第7版），該教材共有13章，課程內容豐富，理論抽象，如何把知識講清楚，使學生理解、掌握并且熟練應用是許多通信課程老師探索的目標。

學生前期已經學習了《數字信號處理》和《隨機信號分析》兩門課程，確知信號（第二章）和隨機過程（第三章）內容與后續的數字基帶傳輸系統（第六章）和數字帶通傳輸系統（第七章）內容緊密相關，同時課時有限，因此將確知信號和隨機過程的相關內容融入到第六章和第七章進行講解。

模擬調制系統（第五章）內容的線性調制原理（第一節）和線性調制系統的抗噪聲性能（第二節）融合在一起，形成4個模塊：AM模塊、DSB模塊、SSB模塊和VSB模塊，每個模塊包括原理和抗噪聲性能兩部分內容，教師精講前兩個模塊，后兩個模塊由學生分享內容、討論[4]。

第六章數字基帶傳輸系統內容比較多，數字基帶信號和基帶傳輸的常用碼型內容聯系比較緊密，適合組合在一起進行學習。頻譜特性涉及到隨機信號分析和數字信號處理兩門課的知識點，內容難度系數比較大，可以進行一次專題授課。數字基帶信號傳輸與碼間串擾和無碼間串擾的基帶傳輸特性內容組合在一起，基帶傳輸系統的抗噪聲性能這部分內容留到第九章數字信號的最佳接收內容學習后，由學生通過多媒體演示、分享、討論這部分內容。眼圖（第六節）和部分響應和時域均衡（第七節）內容組合在一起。

數字帶通傳輸系統這部分內容也要進行重組。將調制原理和抗噪聲性能形成一個整體，按照ASK模塊、FSK模塊、PSK模塊、DPSK模塊、多進制數字調制模塊進行教學，教師精講前兩個模塊，后兩個模塊和前兩個模塊的分析方法類似，教師主要講解其中的差別，具體實現方法、完成方式留做大作業，學生利用課余實踐或者自習時間完成，可以充分利用學堂在線、中國大學慕課、百度文庫、知網、維普、萬方等資源查閱資源，進而提高學生獨立分析問題的能力[5]。

教學不能完全按照教材的框架進行教學，但是也要注意通過教學內容重組，并不是簡單地將教學內容拆分、機械性地組合在一起，而是要以培養目標為導向、緊貼實際應用、結合科研，把相互關聯的知識點有機地結合在一起，重組時不限于本章知識點，可以跨越章節之間、甚至是專業課之間，摒棄了照本宣科，突破了教材體系，使學生不再有“我們是按照課本講的，我隨時可以自學”的想法，極大地激發了學生學習的濃厚興趣，進而提高課堂教學效果。

二 線上學習

傳統的教學方式以教師為中心，板書為主，后來進入到多媒體教學方式，但是總的來說，都是以教師為中心的教學方式，各大高校、老師探索的翻轉式課堂、對分課堂、雨課堂等實際上都可以歸為探索以教師為主導、以學生為主體的教學方式，也就是以學生為中心的教學方式。近幾年探索線上教學、線下教學、線上與線下混合教學方式的教師越來越多，希望在教學效果方面有所突破，經過幾期學生的實踐，《通信原理》與“網絡+教育”的結合，學生的學習效果有了明顯的提升。

確知信號（第二章）內容屬于《數字信號處理》課程理論范疇，這部分內容作為一門獨立的專業基礎課需要40~60學時，隨機過程（第三章）內容屬于《隨機信號分析》課程理論范疇，一般課時是30~40，而《通信原理》課程是40~60學時，因此，老師無法給這兩章內容分大量的課時。《數字信號處理》和于《隨機信號分析》這兩門課是《通信原理》的先修課程，如果考慮已經修過，直接進入到《通信原理》的教學中，學生后面章節內容的學習就會受阻。因為《數字信號處理》《隨機信號分析》和《通信原理》屬于同學期的課程，學生剛學完沒多久，還沒有完全消化、理解所有的知識點，突然之間要把這兩門課程應用到《通信原理》中，對學生的挑戰性偏大，另外學生之間的差別也比較大，因此探索好的教學方法至關重要。

隨著互聯網的日臻成熟，為“網絡+教育”的教學模式提供了開放的空間。2013年，香港科技大學、北京大學、清華大學等高校開展網絡課程，這意味著進入了中國教育教學領域。從2013年到2019年，經過六年的發展，我國已有1.25萬門慕課，學習人數超過2億。這種教學模式打破教與學的時空界限，進而改變了課堂教學方式。MOOC的發展與成熟解決了《通信原理》學時不夠和內容多的矛盾[6]。

根據《數字信號處理》和《隨機信號分析》的實際情況，所以第二章和第三章內容采用線上模式進行學習。目前我國的在線教學平臺比較多，教學資源都非常豐富，學生可以自由選擇平臺進行學習。我們推薦的平臺是中國大學mooc平臺，推薦的《隨機信號分析》課程是北京理工大學宋承天老師主講的《隨機信號分析》，跟《通信原理》第三章隨機過程的內容比較匹配；推薦的《數字信號處理》課程是電子科技大學朱學勇等老師主講的《數字信號處理》。

《通信原理》開課前，教師每周通過微信群或者微信公眾號下發學習任務，學生利用自習、課外時間完成老師布置的任務，在獨立學習過程中，可能會和許多難點“相遇”，做好記錄，并通過事先建好的微信群在群內和老師、同學一起討論，爭取在《通信原理》開課前，將所有的問題都一一消滅。此外，確知信號內容線上學習部分需要在課程開課之前完成。通過線上學習對線下教學的輔助，解決了課程內容多、課時不夠的矛盾，同時也培養了學生獨立學習、思考的能力。

對于其他章節的內容采用對分課堂的形式。把一半的時間交給老師，由老師講授；一半的時間交給學生，以討論方式進行學習。對分課堂實現了講授和討論的分離，對分課堂能夠提升學生獨立學習能力；培養學生發現問題、提出問題、分析問題和解決實際問題的能力；促進學生創造性思維的形成；提高課堂教學效果[7]。

三 與時俱進，增加新技術

《通信原理》教材比較多，以基本原理為主，內容滯后于日新月異的通信技術。為了使《通信原理》教學內容不與時代脫節，教師需要密切關注、跟蹤、思考通信新技術以及國內國際一流大學的先進教學經驗和科研成果，把前沿技術、科研熱點、最新的科技成果融入到課堂教學中，激發學生的求知欲；拓展學生的知識面；積極探索將理論與通信的過去、現在、未來發展聯系在一起，將理論應用于通信工程的實現方法[8]。

將新技術融入到《通信原理》中，主要有兩種方式：（1）將新成果合理加入到教學中，嫦娥五號任務最重要的目標就是“采樣返回”，這里的“采樣”和信源編碼（第10章）中的采樣是否是一回事，進而引入了“鉆取”和“表取”兩種采樣方式，并且進行簡要說明，最終將新技術、新成果融入到教學中。在信道（第4章）中，介紹信道的分類，特點時，介紹藍牙方面的技術。這種教學方法會打破教師長期以來的習慣的教學內容，對教師的挑戰比較大，需要一段時間的積累。（2）以新技術專題講座的方式介紹新概念、新理論。比如：物聯網、5G、云計算、大數據等。

四 加入思政環節

在第一章緒論介紹古代通信時，通過視頻展示周幽王烽火戲諸侯的故事，讓學生體會先進的通信工具，也需要具有雄心抱負、具有領導才能等的人使用它，才能最大的發揮其功能；古代的通信工具雖然比較簡陋落后，但是在當時的年代中發揮了重要的戰略意義，體現了古代人的智慧，并延伸到當代通信，使學生堅信自己能夠、有能力服務社會；講述蘇武牧羊的故事，學生討論蘇武牧羊的精神體現，通過討論互動，使學生體會愛國主義情懷，下定決心為中華民族的騰飛和世界經濟的發展獻出自己的滿腔熱情。通信系統有可靠性、有效性、適應性、經濟性等性能指標，對于可靠性和有效性指標，類似于魚和熊掌不可兼得，引入辯證法中的矛盾關系，不能只關注一種性能指標的提高，防止木桶效應，根據實際情況，選擇最優方案。通信技術是在線課程強有力的保證，由此引入5G技術，使學生感受到通信技術的重要性，增強學生的民族自豪感，樹立科技報國的使命感，并為實現中國夢而努力學習。

在第三章隨機過程介紹各態歷經性時，引入一般和特殊哲學關系。在介紹維納-辛欽定理時，引入1914年阿爾伯特·愛因斯坦的一份簡短的備忘錄里闡述的想法但并未給出證明，指出機遇可遇不可求，思想的火花可能一閃而逝[9]。

在第四章信道中，介紹信道的定義、分類時，引入華人科學家高錕在光纖通信方面作出的巨大貢獻，介紹光纖打開了人類進入光導新紀元的大門，增強學生的專業認同感、激發學生的使命擔當感。

在第六章數字基帶傳輸系統介紹編碼時，引入莫爾斯的成長經歷。通過莫爾斯的經歷告訴學生：（1）莫爾斯雖然早期是一名畫家，但他憑借著一份興趣，一份執著，揭開了人類通信史新的一頁，作為通信專業的學生，我們更有實力去投身到科技興國的建設中。（2）莫爾斯的成功不是一個人努力的結果，使學生明白團結協作的精神。（3）有了思想的火花，應該想辦法讓它燃燒起來，敢想敢做，付諸實踐，在歷史的車輪中，就可能會有你的作品[10]。

五 結語

論文介紹了《通信原理》教學中存在的問題，探討了開展通信原理教學的可行性方法，并在課程的教學中注入了新理論，同時挖掘課程中的思政元素，使思政和專業課密切結合在一起。