新工科背景下《通信原理》教學改革的研究

熊水平

（河池學院，廣西 河池 546300）

為了適應科技改革、產業(yè)更新以及新經濟背景下培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越人才所做出的工程教育重大改革與戰(zhàn)略方針，我國應用型本科院校提出了“新工科”理念。新工科理念是指將各個領域學科交叉與融合的實踐教學方式，是工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的著力點，是對傳統(tǒng)工程專業(yè)的改革及創(chuàng)新，其目的是可以服務地方產業(yè)轉型和經濟發(fā)展。河池學院自2004年專升為本科院校以來，學校一直以培養(yǎng)應用型人才為目標，圍繞地方經濟發(fā)展，開設了電子工程、電氣工程等電子類相關專業(yè)，服務于地方電子設備相關企業(yè)。為了培養(yǎng)電子類應用型人才，學校在“通信原理”課程等相關核心課程的教學內容、教學手段、課程設計等方面，進行了改革，注重理論知識與實踐教學相結合。

1 《通信原理》教學現(xiàn)狀

目前，許多本科院校在通信原理實際教學過程中，仍主要演示PPT教學為主、黑板書寫為輔的傳統(tǒng)教學方式。教學內容側重于通信原理相關數學公式推導以及傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的理論分析，內容比較枯燥乏味，實驗內容主要以基礎實驗箱為主，僅能滿足學生驗證性實驗。通信原理課程內容多且抽象，學習難度大，授課內容與高速發(fā)展的通信技術不同步，大部分知識點與當前通信技術的發(fā)展和應用脫節(jié)，這樣就難以激發(fā)學生的學習動力。加之學生前期基礎課程如高等數學、信號與系統(tǒng)等課程學習不扎實，學生對知識理解困難，學習積極性也受到打擊，難以有效保障對學生專業(yè)素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)。這樣就很難培養(yǎng)出新工科背景下應用型人才，因此，應用型人才培養(yǎng)方案要加強實踐技能的培養(yǎng)。

2 《通信原理》教學改革的方法

鑒于“通信原理”課程的重要作用，針對新工科背景下應用型人才的培養(yǎng)特點，基于目前存在的問題，《通信原理》課程應該在課程體系、教學內容、教學方式及實驗教學等方面進行改革。

2.1 《通信原理》教學大綱修訂

為了滿足廣西、珠三角區(qū)域經濟建設需要，服務地方電子信息行業(yè)中小企業(yè)發(fā)展需求，具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，具有扎實的電子信息工程領域相關專業(yè)知識，能夠勝任區(qū)域中小企業(yè)中電子信息單元、系統(tǒng)功能模塊的設計與應用開發(fā)、系統(tǒng)集成、生產組織管理、運行維護等方面的工作，能夠成長為技術骨干、項目管理骨干等高素質應用型人才根據電子類行業(yè)需求制定人相應的才培養(yǎng)方案，從而設計教學思路。人才培養(yǎng)目標建立電子類專業(yè)學生的畢業(yè)要求指標點，教學目標要與畢業(yè)要求之間要應有明確的對應關系。其中，通信原理課程有三個教學目標。

課程思政目標：培養(yǎng)學生的國家、民族和專業(yè)的自豪感；培養(yǎng)學生的科學思維和工程意識；鼓勵學生科學鉆研，勇于動腦的精神。

知識目標：（1）理解通信原理的基本概念；能將數學、自然科學、工程科學的語言工具用于電子信息科學與工程領域相關工程問題的表述。能夠將相關知識和數學模型方法用于推演、分析電子信息科學與工程專業(yè)復雜工程問題。（2）掌握通信原理的基本理論；能認識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。能運用基本原理，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結論。（3）掌握通信原理的基本分析方法；能夠根據實驗方案構建實驗系統(tǒng)，安全地開展實驗，科學地采集實驗數據。了解電子信息科學與工程專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。（4）養(yǎng)成終身學習的習慣；能在社會發(fā)展的大背景下，認識到自主和終身學習的必要性。具有自主學習的能力，包括技術理解力，凝練綜述能力和提出問題的能力等，能夠適應行業(yè)及社會的發(fā)展變化。

能力目標：（1）能夠理通信原理的基本概念；能夠運用相關的數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識，針對電子信息科學與工程領域具體的問題建立數學模型并求解。能夠將相關知識和數學模型方法用于電子信息科學與工程領域復雜工程問題解決方案的比較與綜合。（2）能夠掌握通信原理的基本理論；能運用相關科學原理，識別和判斷電子信息科學與工程領域復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)。能基于相關科學原理和數學模型方法正確表達電子信息科學與工程領域復雜工程問題。（3）夠掌握通信原理的基本方法；能夠基于科學原理，通過文獻研究，調研和分析解決電子信息科學與工程領域復雜工程問題的方案。能夠選擇與使用恰當的儀器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對電子信息科學與工程領域復雜工程問題進行分析、計算與設計。（4）能夠擁有終身學習的能力。

2.2 優(yōu)化適用于新工科背景下《通信原理》教學內容

通過《通信原理》課程教學，學生掌握了確知信號的頻域、時域性質、隨機過程及噪聲信號、信道特點、各種模擬調制與解調原理及抗噪聲性能、數字基帶信號、碼型變換、數字基帶信號傳輸特性；其次，掌握典型通信系統(tǒng)的組成、工作原理、性能特點、基本分析方法、工程計算方法和實驗技能，為進一步學習后續(xù)課程奠定扎實的基礎；再次，通過軟硬結合、同步實踐的方式，鍛煉學生的抽象思維能力、提高學生實際分析和解決問題能力、培養(yǎng)設計運用能力；最后，通過問題探究、小組討論的形式培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神、引導學生的創(chuàng)新精神，從而培養(yǎng)學生具有深度挖掘通信新技術前沿陣地、探索能力。教學過程中開展課程思政教育，對全面教書育人起到良好的促進作用，從課程地位和內容引入，學情分析及教師要求入手，為工科專業(yè)課程教學提供改革思路和實踐經驗。

根據以上教學目的，首先要教材優(yōu)化，目前，國家級規(guī)劃的《通信原理》優(yōu)秀教材比較多，該類教材編寫內容非常嚴謹而又系統(tǒng)，因此更適用于研究型的大學使用。而針對應用型本科高校的教材較少，因此針對應用型人才培養(yǎng)需要授課老師根據學生的實際情況對通信原理教材的內容進行適當的增減調整，使授課內容與學校人才培養(yǎng)目標和方向更加相適應；其次，核心內容需要調整，《通信原理》課程內容主要覆蓋了通信原理的基本定理、信道的分類、模擬和數字通信系統(tǒng)的調制傳輸系統(tǒng)、信源和信道編碼等。信號與系統(tǒng)是通信原理的先修專業(yè)課程，另外涉及概率論與數理統(tǒng)計、高等數學等相關數學課程，因此在本課程授課之前，要求通信原理授課教師與先修課程的教師之間增加交流，從而了解學生對以上幾門相關先修課程掌握情況，從而可以保證《通信原理》課程的教學質量。最后，通過解析課程框架，優(yōu)化《通信原理》教學內容，教師應在把握學科體系課程的整體脈絡的基礎上，從而了解學生有關基礎知識的掌握情況，做到有的放矢地進行教學，從而提高教學效率，達到更好的教學效果。同時要將《通信原理》授課內容與比較前沿通信技術的發(fā)展相結合，并且通信原理的教學內容要涉及相關新理論、新技術、新成果乃至學科最新發(fā)展熱點。

2.3 制定適用于應用型本科《通信原理》的教學方式

教學方式有多種，如傳統(tǒng)的多媒體教學、現(xiàn)在使用線上與線下混合教學，另外還有翻滾式教學等多種方法，因此授課老師可以兼顧以上教學方法，針對具體內容實施啟發(fā)式教學，加強師生互動環(huán)節(jié)，提高學生學習主動性和能動性。學生掌握知識點、解決實際應用的能力，引導學生將所學到的知識來解決工程應用問題。啟發(fā)學生將理論知識聯(lián)系實踐，增強學生對通信理論和專業(yè)知識的學習興趣；同時結合虛擬仿真技術輔助教學，依托虛擬仿真平臺，以虛擬化的多元路徑學習為標志及借助現(xiàn)代教育技術如慕課、微課等多種教學方法為核心。在教學過程中通過引導學生自主學習，進而提升學生自學能力及解決問題能力，同時教學團隊制定了以下幾種具體教學方式：（1）利用雨課堂、PowerPoint等軟件設計“引導―教學―實訓―拓展”一體化的教學課件，建設用于課堂、課后、期中、期末測試的課程題庫；（2）設計《通信原理》課程技能訓練專用硬件，并設計與教學內容同步的實訓任務，編寫《通信原理》實踐同步指導書；（3）根據人才培養(yǎng)方案修訂教學大綱，設計新的課程考核評價標準；（4）利用藍墨云、雨課堂、超星平臺等發(fā)布教學資料、收集學生學習狀況的反饋信息。以上軟、硬件資源已在電子信息工程專業(yè)2018級、2019級教學過程中投入使用，且授課效果良好，得到了學生的好評。

2.4 制定適用于應用型本科《通信原理》的實驗教學方案

《通信原理》是門理論與實踐相結合的課程，因此實驗教學是非常重要的一個環(huán)節(jié)，實驗教學分為傳統(tǒng)實驗教學和開放實驗教學兩部分。在傳統(tǒng)實驗教學中完成大概占40%的驗證型實驗教學，在開放型實驗教學完成30%的綜合型、15%設計型實驗及15%的創(chuàng)新型實驗。創(chuàng)新型實驗內容是非常重要，通信技術日新月異，這就要求通信原理實驗的教學跟上前沿通信技術的發(fā)展。在講授通信原理理論知識時可以通過演示信號調制與解調等波形加強學生對抽象概念及公式理解。同時，課后布置適量的課程設計，學生通過思考、編程、實驗方案設計等，進一步提高學生動手能力，提高學生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力。提高學生的科研能力和創(chuàng)新能力，促進學生的全面發(fā)展，從而達到工科背景下應用型人才培養(yǎng)。

2.5 加強校企合作，深化教學改革

高等教育實踐證明，產學結合、校企合作是應用型人才培養(yǎng)的重要途徑和有效平臺。通過校企合作以多種方式建立校外實踐教學基地。教師可以去企業(yè)進行學習培訓，同時校企合作單位安排具有研發(fā)能力的工程技術人員到學校授課，校外技術人員上課注重實際教學。同時，通過校企合作可以將應用在企業(yè)最新的通信技術引入到課堂教學，使學生在學校就可以接受企業(yè)工程師培訓，達到資源共享。另外，通過校企合作，實施定向培養(yǎng)，提高學生就業(yè)水平。合理安排學生在校學習內容和企業(yè)掛職學習環(huán)節(jié)，對學生實行“雙師雙能型”教育，專業(yè)任課教師可以去合作企業(yè)培訓，培養(yǎng)“雙師雙能型”教師，從而真正實現(xiàn)學校與企業(yè)的無縫連接，適應通信技術迅猛發(fā)展的形勢。

3 將思政元素融入《通信原理》教學

課程思政建設是以習近平新時代中國特色社會主義思想和“三全育人”思想為指導，推崇主流價值觀；以本地民族文化、蠶桑產業(yè)發(fā)展為切入點，增強學生服務祖國、服務廣西地方建設的責任感；在專業(yè)課程教學中貫穿“立德樹人”的理念，凝聚學生的價值認同，實現(xiàn)專業(yè)課程教學和思政教育同向同行。

教學團隊反復開展“理論研討―資源設計―教學實施―評價調整”課程實踐，挖掘學科文化、發(fā)揮課程特色、深度解析課程內容，融入工科精神和社會主義核心價值觀等思政元素，使專業(yè)課程內容與“思政”有機地融合、內化。《通信原理》課程以概率論與數理統(tǒng)計、信號與系統(tǒng)等課程為先導，以通信系統(tǒng)工程為背景，以課程教師和項目導師為主導、學生為主體，建設高素質教育隊伍；采用視頻互動教學、案例教學、微課教學等多種學生喜聞樂見的形式，通過多樣化教學方式將思政教學潛移默化地融入各個環(huán)節(jié)，豐富思政教育的內容和載體，教學中培養(yǎng)學生樹立正確價值觀與積極人生觀。

因此，在課程思政建設過程中，依靠“任課教師+學科競賽導師+項目導師”的教學團隊、重構的教學目標和教學內容、以本地民族文化、蠶桑產業(yè)發(fā)展為切入點，采用“第一課堂+第二課堂+企業(yè)”的聯(lián)動培養(yǎng)方式，確切落實“全員育人、全程育人、全方位育人”的要求。在具體授課過程做到：（1）加強課程教學團隊建設，提升教育理念與教學水平，提高育人效果。教師是提升“課程思政”教學質量的決定性要素。授課教師、實驗員、學科競賽導師、項目導師等參與育人工作；開展針對性、示范性的“課程思政”教學指導，建設高素質教育隊伍，提升教師課程思政建設的主動性，教師的言傳和身教相結合，將思政元素自然地融入課程，增加學生的真實體驗，力求達到沉浸式的育人效果；（2）重構教學目標，深度解析教學內容，提取思政元素。在《通信原理》課程大綱原有知識、能力教學目標基礎上，增加課程總體思政目標，增加每章的情感態(tài)度和價值目標。

4 總結

加強理論與實驗教學環(huán)節(jié)，重視理論與實踐教學相結合作用及融入思政元素是促進《通信原理》課程教學改革的重要手段。同時《通信原理》課程中學生應用能力的培養(yǎng)是一個長期、綜合培養(yǎng)的過程。應用型人才的培養(yǎng)模式還要不斷地探索，學科之間也是相互關聯(lián)，相輔相成的，通信原理課程的培養(yǎng)模式，同樣適用于其他學科專業(yè)課程的建設，因此，對通信原理課程教學改革具有一定的實踐應用價值和推廣價值。通信原理課程的學習，對通信及電子專業(yè)的后續(xù)課程學習起著至關重要的作用。