新工科背景下《通信原理》課程教學改革與實踐

黃飛 張琳

摘要：《通信原理》是電子信息工程、通信工程等相關專業的核心課程，新工科背景下的課程建設對該門課程的教學提出了更高的要求。針對《通信原理》課程概念抽象、知識系統性強的特點，結合應用型人才素質培養的需求，探討了教學內容、教學手段、教學方式、實踐教學等多方面的改革思路，旨在將枯燥的理論知識轉化為具有工程應用背景的實際問題，培養學生的應用能力，更好地適應通信行業的發展。

關鍵詞：通信原理;教學改革;應用型人才

引言

《通信原理》是電子信息工程、通信工程等專業的核心課程，闡述了信息傳輸和處理的基本原理和技術方法，具有很強的理論指導性和實踐性，是構建信息化社會的重要理論基礎。結合現代社會對電信、通信專業畢業生專業技能和崗位能力的要求以及宿州學院“應用型”的辦學定位，本文從工程應用的角度，在理論教學、實踐教學等方面進行了課程教學改革的探討和實踐。

1? 教學現狀分析

在《通信原理》的實際教學中，存在以下問題：

首先，該課程對學生的數學基礎要求較高，頻繁應用的數學知識讓學生在學習過程中產生了畏難情緒;同時，課程概念抽象，知識點分散在各個先修課程當中。學習過程中不斷的回顧各個知識點，不僅打亂了教師的授課節奏，也給學生帶來很大的學習負擔。

其次，授課理念陳舊，方式單一。教學手段主要是PPT結合板書，但是在PPT的使用上，觀念仍然很落后，PPT大段地羅列書本上的概念公式，失去了PPT信息豐富，生動直觀的特點;授課方式也以填鴨式的教學為主，學生被動的接受，教學效果不夠理想。

再次，理論知識與實際應用脫節。課程大多數內容理論性較強，缺少直觀的應用層面上的演示，學生學習興趣不高;沒有具體實例注解的理論公式，給學生的記憶和理解帶來難度^[3]。

最后，實踐教學手段單一。雖然在通信原理的實踐教學中安排了充足的課時，但大多數實驗都是基于實驗箱的驗證性實驗，學生只需根據指導書按部就班的完成實驗步驟，得到預期的結果，學生處于被動學習狀態，失去了實踐教學的真正意義。

2? 理論教學改革

針對上述問題，本文從培養應用型人才的目標出發，在教學內容，教學手段，教學方法、實踐教學等方面探索改革措施，旨在將枯燥的理論知識轉化為具有工程應用背景的實際問題，鍛煉學生發現和解決實際問題的能力，提高學生的綜合素質和創新能力。

2.1 教學內容改革

目前高校的通信原理教學偏重理論技術的闡述，但這并不符合應用型高校的實際情況。與研究型高校不同，應用型高校更加注重學生應用能力和專業技能的培養，為此授課教師應在實際教學中根據本專業學生的知識接受水平，合理地且有所側重地安排教學內容，將理論知識同實際應用緊密地結合起來。

以樊昌信版本的《通信原理》為例，全書13章200多個知識點，鑒于學時的限制，不能全部覆蓋。因此，可以將通信原理的核心內容提煉為“信源編碼、信道編碼、調制、解調”四個主體模塊。一方面，這四個模塊基本包涵了通信系統的性能要求：高速、安全、可靠;另一方面，這四個模塊和日常生活中的應用聯系最為緊密，也是當前通信方向研究熱度最高的領域。例如，音頻和視頻數據壓縮屬于信源編碼范疇，網絡安全編碼屬于信道編碼，以生活中的實例作為課堂教學的重要補充，將理論技術用一種更加直觀具體、更加貼近生活的形式展現給學生。

緊隨通信技術前沿發展方向，與時俱進地調整教學內容。根據現代通信系統數字化的發展趨勢，以數字通信作為教學主體，重點講述數字通信系統的構成模塊和分析方法，削減模擬通信的教學所占比重。同時，關注通信領域的最新動態，將新理念、新技術、新成果融入課堂教學中，如量子通信、第五代移動通信技術等，開拓學生的眼界，幫助他們與今后的研究深造或者工作崗位盡快接軌。另外，在具體教學內容的講解中，弱化公式推導，重視知識的系統應用，重點闡述其在系統中發揮的作用。

2.2 現代化教學手段應用

相比較于傳統板書教學，多媒體課件教學節省了大量的板書時間，形式上更加豐富靈活，已經逐漸成為高校教學的主要手段。

首先，優秀的多媒體課件應將理論知識直觀形象的呈現給學生，避免大段的文字描述，以表格、圖像和動畫作為教學內容的主要載體。比如信號的時域和頻域變化，在具體講解時涉及到高數中的傅立葉無窮級數，即使有板書上的公式推導，學生對“任何周期函數都可以由不同頻率的正弦波疊加生成”這一概念仍然一知半解，這也導致后續內容學習效果的不理想。為了幫助學生更好的理解，我們可以利用Flash動畫表示周期矩形波的傅立葉級數展開。動態的顯示若干個不同頻率正弦波疊加而成的合成波，隨著疊加正弦波的個數的增加，合成波的頻率分量越來越多，合成波的波形也越來越接近周期矩形波，圖形的展示比枯燥的公式推導更有說服力。

其次，借助SystemView和Matlab等通信仿真軟件，在課堂教學中建立一個可以對通信系統建模仿真的動態交互式平臺。學生在建模仿真的過程中，利用其可視化的特點觀察通信系統各個模塊的運行過程，分析模塊的功能作用。仿真現象和教學內容緊密聯系且相互印證，可以幫助學生加深理解，提高學習效率。

2.3 任務驅動教學法

傳統的教學方法注重基礎知識的積累和過程的循序漸進，但完全遵循教材內容的照本宣科式教學方法在課堂氣氛的調動，以及激發學生的學習興趣上效果不甚理想。在教學中不斷嘗試新的教學方法，如案例教學、啟發互動式教學、情景教學等，從學生的反饋上來看，任務驅動式的教學方法取得了較好的效果。教師根據教學要求，提出具有實際應用價值，符合學生認知水平的任務，將教學內容巧妙的隱藏在任務中。學生分析任務需求，提出解決方案，在教師的指導下邊學邊做完成任務。完成任務的渴望驅動學生在理論和實踐兩方面建構了教師設計的學習內容。

以“模擬信號的數字傳輸”這一章節的教學為例，作者在具體講授之前，提出了一個問題“生活中常用的攝像頭和麥克風采集的信號都是模擬信號，那么模擬信號在數字系統中傳輸首先需要解決什么問題？”，從而引出模數轉換模塊，并將該模塊功能的實現作為任務布置。在教師和學生共同解決任務的過程中，引導學生查閱抽樣、量化、編碼方面的資料。最重要的是適時地講解奈奎斯特頻率，十三折線編碼準則等學生完成任務時急需的理論知識，學生邊學邊做，在任務中充分的認識到所學知識的實際意義，更好的激發他們的學習熱情。雖然不是每一個學生完成的解決方案都有應用價值，教師仍要鼓勵學生仿真實施自己的設計，并對每一個方案評價總結，充分肯定學生的工作。

任務驅動教學法教學目標明確，圍繞任務的需求構筑學生的知識體系，在教學內容上刪繁就簡，弱化理論的系統性，注重內容的實用性。更重要的是，任務驅動的教學法打破了傳統教學中理論和實踐相脫節的局面，以工作內容為中心，實現理論與實踐的一體化。

3? 分層次設計實踐教學

通信原理課程理論性強，概念抽象，如果僅以課堂教學為主，會導致學生對知識的理解不夠深入，所學內容不能靈活應用，其教學效果大打折扣。為此制定培養計劃時，在通信原理的教學中規定了相當比重的實踐教學，但是也存在著實驗內容少，實驗手段落后等問題，而且絕大部分實驗為驗證性實驗，學生自主學習能力和創新能力得不到鍛煉。針對這一問題，本文提出分層次設計實踐教學的改革思路。

3.1 以通信實驗箱為基礎，驗證理論概念，加深學生理解。及時的在理論學習后，安排學生操作相應的驗證性實驗，保證實驗課和理論教學的同步。實驗現象和理論知識的相互印證有助于學生更快更牢固的掌握相關知識。同時，在實驗過程中，教師應避免學生機械地重復指導書的步驟，注意引導學生對實驗過程產生自我的思考。比如信號源頻率的選擇對實驗結果有何影響，某個模塊參數的變化會怎樣改變信號波形。鼓勵學生在實驗中脫離指導書，自行連接元器件，設置系統模塊來驗證自己的思考和疑問。

3.2 開設通信方面的課程設計，鍛煉設計通信系統的能力。在課程設計中開設基于仿真軟件的綜合設計性實驗，這是對實踐教學一個重要的補充。在理論學習和驗證性實驗完成后，學生對通信系統各個模塊有了基本的認知，讓學生按照具體通信環境的性能要求，使用System View或者Matlab軟件設計仿真一個通信系統。設計性實驗幫助學生融會貫通信源編碼、信道編碼、調制解調等多項技術，加深對通信系統整體模型的掌握和思考，也提高了學生實際應用的能力。

3.3 引入通信類的畢業設計，培養學生專業技能和崗位能力。通信實驗箱的實驗只有硬件設計，課程設計中的仿真只有軟件設計，因此在電子類專業的畢業設計中加入軟硬件結合的通信系統設計十分有必要。這些畢業設計可以布置給一些學有余力，并且對通信技術有更深探索欲的學生。結合通信技術的發展趨勢，引導學生接觸更前沿、應用日益廣泛的FPGA技術和DSP技術。畢業設計基于FPGA或者DPS平臺可實現各種功能的通信系統，如基于DSP的以太網通信，基于DSP的無線通信，基于FPGA的OFDM通信。完成畢業設計的過程中，學生需要查閱資料、設計系統、搭建平臺、編寫代碼、仿真調試、焊接實物等，還要撰寫畢業設計說明。這樣一個完整的項目開發的流程有效地培養了學生的專業技能和崗位能力。

通過多年的探索和學生反饋，我們逐步建立了一個包含驗證、仿真、設計等多層次內容的通信原理實踐教學體系。在實踐教學中，我們堅持理論和實踐相結合，驗證性實驗和設計性實驗相結合，硬件平臺和軟件平臺相結合;注重激發學生的求知欲，鍛煉學生解決問題的能力和創新能力，為學生日后的研究深造或工作打下良好的基礎。

4? 總結

作者在通信原理的教學中實踐了多方面的改革措施，教學質量和學生反饋上表明都取得了不錯的效果。特別是課堂上仿真軟件的直觀演示和多層次實踐教學的設計，不僅加強了學生專業理論知識的掌握，還培養了學生通信系統設計、硬件模塊搭建、軟件仿真調試等專業技能，以適應當前通信行業對本科畢業生專業能力的要求。

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基金項目：

1.新工科背景下電子信息工程專業應用型人才培養課程體系優化研究（szxy2021jyxm31）。

2.大數據背景下應用型高校教師培訓模式研究（202101055043）。

3.新文科背景下地方應用型本科高校新聞學專業課程建設研究與實踐（szxy2020xwjy03）。

4.《新聞評論》課程思政改革實現路徑研究（szxy2020ksjy06）。

5.《新聞評論》省級示范課（2560）。

6.《新聞評論》課程思政改革實現路徑研究（2021jyxm1524）。

作者簡介：黃飛（1986-），男，漢族，安徽宿州人，宿州學院機械與電子工程學院，講師，博士研究生。研究方向：電子科學與技術。