《數字通信原理》線上線下混合式教學模式探究

秦聰

（渭南師范學院計算機學院，陜西渭南 714099）

隨著網絡技術的不斷發展，線上教育發展迅速，數量和應用規模居世界首位，疫情的發生促進了線上教育的進一步發展。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020 年）》中提出“加快教育信息化進程”，促進信息技術與教育教學的全面深度融合。《教育信息化2.0 行動計劃》提出建成“互聯網+教育”大平臺，努力構建“互聯網+”條件下的人才培養新模式[1]。通信網絡技術的廣泛引用，線上學習方式已被學習者普遍接受，線上線下混合式教學應運而生。混合式教學方式不僅保留了傳統教學的優勢，可以針對重難點面對面教學，還增加了線上教學的優點，可以跨越時間、空間的限制，學習者可以通過線上學習，隨時隨地獲取知識，無疑提高了學習效率、增強了學習效果。

《數字通信原理》課程是電子、信息、通信專業一門必修的專業基礎課，主要講授現代通信系統的基本原理、基本性能和基本分析方法，培養學生熟悉通信系統的基本構成，了解通信系統的技術指標及改善系統性能的一些基本技術措施，掌握模擬通信和數字通信系統信息傳輸的基本原理和分析方法。

對于信息安全專業的學生，通過《數字通信原理》的學習，可以成為從事計算機、通信、電子商務、電子政務、電子金融等領域的信息安全高級專門人才。具有全面的信息安全專業知識，使得學生有較寬的知識面和進一步發展的基本能力。但對于信息安全專業的學生，面臨前期知識儲備不足、很多概念難以理解等問題，線上線下混合式教學將傳統面授的真實與在線教學的便捷有機結合[2]，既可以通過線上布置課前作業彌補學生前期知識不足的缺點，又可以將以教師講解為主的傳統課堂變成高效的課堂討論交流，此外還可以在《數字通信原理》實驗過程中通過線上交流實時解決問題。因此將線上和線下結合混合教學，成為《數字通信原理》課堂教育信息化的最佳方式。

一、數字通信原理線上線下混合教學的可行性

（一）信息技術的發展

互聯網時代，信息技術不斷發展，從當初的“科技是第一生產力”到如今“創新是引領發展的第一動力”，信息技術在各行各業發揮巨大的作用。特別是對教育行業，信息技術走進課堂，為教育變革帶來了新的源泉。信息技術和電子設備的發展為線上教學提供便利條件，極大地豐富了課堂教學內容、活躍了教學氣氛。線上教學雖然有很多優點，但面臨學習效率不高、不能實時反饋解決問題等缺點，依然不能完全替代線下教學。因此，只有將兩種形式進行結合才能保證教育行業的高質量發展，而信息技術的發展就是保證線上線下教學模式發展的基礎。

（二）國家政策的支持

為深入貫徹黨的十九屆四中、五中、六中全會和全國教育大會精神，認真落實《中國教育現代化2035》和全國基礎教育會議部署要求，充分發揮信息技術對推進教育現代化的重要作用，在深入總結新冠肺炎疫情防控期間大規模在線教育寶貴經驗的基礎上，教育部等部門制定了一系列線上教育教學資源的規劃。將信息技術在教育教學中的融合應用作為推進“教育+互聯網”、深化基礎教育育人方式改革、加快推進教育現代化的重大戰略工程，加強系統謀劃，加大工作力度。完善線上教育教學資源建設與應用保障體系，提高基礎教育應對重大突發事件能力；積極推進教育服務供給方式變革，更好地服務課堂教學，服務學生自主學習，滿足人民群眾新時代教育需求，縮小城鄉教育差距，大力促進教育公平，全面提高基礎教育質量，加快推進教育現代化。雖然這并不是針對高等院校，但部分同樣適用于高等院校，與此同時也反映了國家對線上教育的重視。

（三）網課平臺的發展

隨著信息技術的不斷發展，線上教學也應運而生。越來越多教育企業和教培機構開始拓展線上業務，抓住線上直播這一風口，高速發展。一方面越來越多的網絡教學平臺開始出現，比如中國大學MOOC、云班課，還有騰訊視頻、釘釘等，這些網絡教學平臺隨著手機的普及得到了越來越廣泛的應用和推廣。另一方面在線教育平臺可以提供豐富的教學、督學工具，比如直播、視頻、音頻、圖文、專欄、訓練營、互動社群、問答、作業打卡、考試測評。此外，在線教育模式可以突破時間和地域的限制，借助互聯網工具，將優質教育資源共享給不同地區的用戶，提升教學效率等。這些都為線上線下教學模式提供了平臺基礎和資源基礎。

（四）學校內部條件的支持

線上教學得到了學校各方面的支持，學校教務處針對線上教學采取了相應措施，保證線上教學的順利開展。學校各學院積極組織教師進行教學模式改革，提高自己的教學質量，比如建設專業的網絡教學平臺，組織教師進行網絡教學培訓，組織教師進行線上教學經驗分享等。教師也積極參與線上教學各項培訓，進行線上線下混合教學設計，實時溝通交流線上教學經驗。

（五）學習者的特征

從學生角度來說，他們在知識基礎方面，具備計算機網絡等相關基礎知識；在能力基礎方面，具有較強的實踐操作能力,很容易運用matlab仿真軟件，對數字調制方式2ASK、2FSK及2PSK進行仿真驗證；在行為習慣方面，對于數字調制過程的細節、性能分析沒有了解，但樂于通過手機等信息化手段學習新知識。

二、當前課程教學面臨的主要問題

《數字通信原理》課程作為信息安全專業的專業選修課，涉及數字信號的基帶傳輸、模擬調制解調、數字調制解調、定時與同步、數字信號的最佳接收等，是一門對前期知識儲備有要求、理論和實驗相結合的課程，所涉及的概念多、內容多、應用性強。

（一）課時少教學內容多的沖突

《數字通信原理》包括認識數字通信系統、信道與噪聲、通信系統有效性傳輸、通信系統可靠性傳輸、數字信號的基帶傳輸、模擬調制與解調、數字調制解調、定時與同步、數字信號的最佳接收、典型數字通信技術，合計10個模塊[3]，課程總學時為32（理論）+16（實驗）。作為信息安全專業的選修課，雖然以實用性為出發點、理論夠用為原則，除去計算機網絡課程中已介紹的信道與噪聲，但是依然需要在32個學時講解9個模塊，每個模塊最少4小節、最多高達8小節，這對教師提出了很高的要求，在有限的時間完成所有模塊的講解，使學生對數字通信系統形成完整的知識結構。

（二）學生前期知識儲備不足

對于信息安全專業的學生，《數字通信原理》作為專業選修課，在大三上半學期開設，且在知識基礎方面對前置課程有要求。第一，信道與噪聲這一模塊需要學生具備計算機網絡等相關基礎知識。第二，數字信號的基帶傳輸、數字調制解調等模塊，需要學生熟悉信號系統中的傅里葉變換、功率譜、頻譜等基礎知識，這對學生理解調制信號的帶寬分析和解調誤碼率分析非常重要。第三，《數字通信原理》實驗課程以matlab仿真驗證為主，需要學生對matlab仿真軟件有所了解。面對這樣的知識基礎要求，學生除具備計算機網絡知識外，信號與系統和matlab軟件完全沒有接觸。

（三）驗證性實驗多，學生不理解仿真過程

實驗課程主要依托實驗平臺，以仿真性驗證居多，9個模塊，每個模塊分為4到8小節，但是只有16個學時。學生在實驗課上被動接受知識，缺乏主動積極性，更多關注仿真結果是否正確，對于仿真代碼如何實現并不關心，更談不上理解仿真過程。此外，在實驗過程中會遇到各種各樣的問題，一個小細節會導致錯誤仿真結果，但出錯點很難排查，如果問題不能及時有效解決，學生學習興趣會大幅下降。

三、線上線下混合式教學實施過程

針對課時少教學內容多、前期知識儲備不足、實驗課堂學生不理解仿真過程等問題，提出線上線下混合的教學模式。混合式教學中，線上的教學不是整個教學活動的輔助或錦上添花，而是教學的必備活動，線下的教學不是傳統課堂教學活動的照搬，而是基于線上的前期學習成果而開展得更加深入的教學活動[4]。混合教學模式分為課前探索、課中導學、課后拓展3環節，混合教學模式各環節中，教師和學生活動見表1。本文以數字通信原理第7章數字調制與解調為例進行混合教學設計。

表1 混合教學模式教學活動

（一）課前探索

課前探索環節分為兩步，第一步，在理論課前將線上自主學習內容以文檔或PPT的方式上傳至資源模塊，包括推送數字調制解調基本概念、分類，信號與系統相關知識儲備；在實驗課前，上傳matlab軟件的基本介紹，為加強課前學習效果，對不同調制方式的仿真結果進行展示。該階段主要完成資源的推送，監督學生自主學習，及時公布學生資源的瀏覽時間。第二步，開設討論活動。線上建立討論活動，名稱為認識數字調制與解調。學生自學完在線資源后，進行自主測試、回答客觀問題（選擇、判斷），老師獎勵前5名回答正確的學生。該階段，學生自身沒有掌握調制解調的具體實現方法，只是了解了數字調制解調的概念、分類及仿真結果展示，但是為課堂講解調制解調方法、性能分析，打下良好的基礎。

（二）課中導學

課中導學分為三步。第一步，預習檢查。利用隨機選人方式，答對不給分，答錯扣除相應分數，由于分數的刺激，學生課前預習效率大大提高，改善過去學生對預習內容不理會，上課一問三不知的尷尬現象。第二步，問題驅動。數字調制解調過程比較枯燥，如果單純靠老師講授，學生學習效果并不理想。采用問題驅動，學生通過課堂以練代講，學生為主體，教師為主導。教授學生繪制不同調制方式關鍵點波形進行實操。第三步，重難點實施探究。針對教學重點——不同調制方式關鍵點波形繪制，開展師生探究。該環節教師指導和講解的比例較大，摒棄了傳統講授環節，先拋出問題，避免了滿堂灌，使學生在一步步錦囊提示中自主思考。舉例來說，提出問題1：2ASK調制中，載波的哪個參量在變化？變化的可能有幾種？此問題相對簡單，學生通過搶答方式作答。又如，提出問題2：二進制絕對相移和相對相移的區別是什么？聯系又是什么？此問題相對復雜，學生通過錦囊提示搶答作答。錦囊1:絕對碼和相對碼的區別是什么；錦囊2：二進制相對相移是否可以通過相對碼對載波進行相位調制得到。

（三）課后拓展

課后拓展可以分為三部分。首先，在線上進行討論，建立名稱為“數字調制解調”討論組，完成學生學習實時反饋，掌握學生學習進度，實時解決學生理論和實驗課堂的問題；其次，采用小組任務方式，仿真驗證二進制絕對相移鍵控和相對相移的區別，任務設置后采用師評+互評的方式，重點評析二者的差別；最后，實施知識提升和拓展，通過線上資源推送。

四、評價機制

在傳統教學模式中，終結性考試往往是決定學生最終成績的關鍵，但學生的知識、能力、素養都是在教學過程中逐漸累積和逐步形成的，因此在教學全過程對學生進行過程性評價，既有利于學生對自身學習狀態的準確定位，也有利于教師對學員整體學習情況和個體學習差異的掌控，確保良好的教學效果[5]，有效地建立內容多元化的評價方式。課程最終成績不再由期末考試 “一錘定音”，由過程性考核成績與期末成績按照一定比例構成[6]。其中過程評價分為課前探索、課中導學、課后探索三階段。在課前探索階段，根據學生線上資源學習時間和回答課前問題，給出相應分數。在課中導學階段，首先通過提問方式檢查學生課前預習情況，并以答對不給分、答錯扣分為原則。其次針對重難點問題進行課堂討論，以提問方式掌握學生學習成果，并給予相應的分數刺激。在課后拓展階段，一方面在線上建立討論組，并以活躍度為參考，給予相應分數激勵，另一方面根據瀏覽拓展資源時間，給出相應分數，具體每一部分的占比如圖1所示。

圖1 課程成績比例

五、結束語

本文對《數字通信原理》課程中面臨的主要問題、如何進行線上線下混合教學設計等問題進行探究，并以數字調制解調教學內容為例，進行混合教學設計。充分合理利用多種信息化技術，簡化原理學習，強化能力訓練，激發學習興趣。課前課中課后系統設計，摒棄滿堂灌，抓住關鍵、解決重難點，提高教學活動效率。教學活動全過程考核，多元化評價，全面真實反映學生學習情況，提高考核評價科學性。此外，為了保證混合式教學的實施效果，一方面需要加強資源建設，實時更新線上資源，保證知識的先進性，另一方面需要加強師資培訓，增強教師混合式教學技能。