應用型與創新型人才培養背景下通信原理課程混合式教學模式探索與實踐

胥田田　雷錫騫　秦玉娟　金慧

關鍵詞：通信原理；教學模式；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0160-03

1 引言

通信原理是電子信息類專業的專業基礎課和眾多院校研究生入學考試必考科目。隨著現代信息化技術的迅速發展及社會對人才培養的需求，課程作為人才培養的核心要素，通信原理課程開設過程中，團隊以信息化建設為手段，引入慕課、學堂在線等優質課程資源，逐步完善教學資源；以“老帶新”、研討、觀摩等形式探討課程“做什么、怎么做、誰來做”等問題；建立網絡平臺，探索線上線下混合教學模式，在日常教學中充分利用各項教育資源，達到課程提質創新、促進學生德智體美勞全面發展的目的。在原有教學內容的基礎上，各研究者基于課程特點融合信息化教育，保留傳統教學的優勢，從教學目標、教學內容、教學方法等方面進行改革，培養學生創新意識、分析解決通信領域工程問題的應用能力。

2 通信原理課程教學現狀

傳統教學方式重教師主導教、輕學生自主學，擬制了學生發揮主觀能動性，不利于啟迪、激發學生的創新思維，阻礙學生創新意識和實踐能力的形成，缺乏更高層次的創新提升，在步入工作崗位后很難將所學知識與行業應用聯系起來，從而缺少解決實際工程項目的能力，“翻轉課堂”等模式提高了學生自主有效的學習能力[1]。通信原理課程理論性強、概念抽象、公式復雜，授課過程中學生對所學內容難直觀理解、難以學以致用，易失去學習興趣與動力，雨課堂、智慧課堂等現代化技術手段的加入，潛移默化提升學生積極創新、工程實踐、團隊協作能力[2-3]。通信原理實驗課程可通過實驗箱或仿真平臺開展，前者的硬件電路固化在內部箱內，學生難以通過硬件電路連線和示波器調試掌握實驗原理，導致學生實驗和理論脫節，形成似學非學、似懂非懂的學習狀態；同時，因時間、區域的影響，基于硬件平臺的實驗教學資源面向學生開放時受到限制，且實驗設備的升級、擴展及后續維護成本較高。實際進行中可將虛擬仿真和硬件電路同時開展，兩者相輔相成加強了學生創新思維方法和綜合應用能力的培養[4-6]。針對不同專業、課程學時、學情等參差不齊的情況，引入BOPPPS、CDIO等模型開展教學，在教學模式、教學方式、教學目標、教學評價等角度進行優化調整，注重學生學習興趣、團隊協作意識的培養，取得學生工程應用、創新能力提高的學習成果[7-9]。課程依據專業人才培養方案，立足教學內容巧融思政元素，規劃線上線下學時分配，明確各單元教學目標與要求，掌握學情，調整教學過程。

3 混合式教學模式探索與實踐

3.1 優化教學內容，巧融思政元素

教學內容補充通信行業發展前沿技術，面向應用，以微課等形式融入無線協同通信、量子通信等技術的研究現狀，結合教學方式，營造良好學習氛圍，引導學生自主學習；充分運用開物云、雨課堂等進行導學，課堂中用實例引入課程的前期知識，引導學生梳理已學知識點并對待學內容有初步的了解，同時持續在課堂中以微課、科學家故事、時政熱點等形式融入思政元素，豐富思政教育內容和載體，加強課堂教學效果。課程教學內容從理論分析、工程實踐、創新應用三個方面層層遞進，課內理論教學中弱化推導，強化實踐、創新能力培養過程，實踐教學采用兩條分支、三種方式，分支包括實驗與課程設計等實踐環節，三種方式一是基于儀器設備開展實際實驗，二是利用Matlab軟件進行仿真研究，三是結合e-Labsim仿真平臺設計通信仿真系統；課外工程實踐中教師參與課題研究并引入教學，引導學生自主學習與動手實踐。擴充題庫，根據題目將題型設置為基礎題、提升題、綜合應用題，便于學生在學習過程中根據自身學習情況，逐步、有序推進課程學習。教師授課過程中歸納匯總每一單元教學內容的思維導圖，引導學生更進一步明確學習內容，系統、有框架地學習課程。

3.2 調整教學模式，校企協同育人

課程充分利用省級實驗教學示范中心、ICT產教融合創新基地等優勢，促進高校與社會教育資源有力互動，為實現應用型、創新型人才的培養奠定基礎。探索線上線下混合教學模式，采用線上教學時，通過學生自主方式進行線上學習，學生課前自主探索、教師課中適當引導、師生課后拓展交流；通過微視頻、PPT課件，使用多媒體和板書結合組織線下教學，在教學中引入翻轉課堂、分組討論、知識競賽等，多樣化開展理論、實踐教學。已開展多學期的網絡輔助教學，通過學校開物云、雨課堂等平臺推送教學視頻片段，課件、講義、實驗指導書，按照課前、課中、課后的形式開展教學，進行在線作業、測驗、輔導答疑和小組討論等，結合師生評價進行實時質量監督。課程采用混合式教學模式如圖1所示。

3.3 改進教學方式，以學生為中心

借助雨課堂、開物云等平臺，混合教學過程，師生教學活動明確，實現從課堂“單向傳輸”到“單向引導+雙向溝通+多方互動”的轉變進行翻轉課堂、小組討論、知識競賽等，學生學習主動、目的明確，符合當代以互聯網為平臺、線上線下同步學習等先進新型教育理念。利用Matlab開發教學輔助平臺，以波形的形式直觀展示課程重點和難點，演示抽樣定理等的驗證過程；運用e-Labsim仿真平臺設計通信仿真系統，實現數字調制解調等，提升實踐環節教學質量，銜接理論與實踐內容。如在知識競賽環節，教師設計知識競賽方案、學生按照4～5人自行組隊，題型設置必答題、搶答題、冒險題，增加學生的學習興趣、學習動力、學習積極性及團隊協作能力。課程組織進行知識競賽流程框圖如圖2所示。

3.4 新型考核方式，增加不確定性

多樣化考核方式全面、隨機，激發學生主動學習意識。與教學方式、教學模式相輔相成，涵蓋教學內容，借助雨課堂、開物云等網絡教學平臺，結合新型教學方式，考核方式采用“過程+末考”的形式，過程側重反映學生的平時學習狀況，除上述兩項平時成績構成因素以外，可以將預習、問題討論、翻轉課堂、單元測試等加入考核范疇，新元素以互聯網、手機等為載體，順應時代變化，同時增加學生學習的趣味性。作業、課堂測驗等實時教學監督、師生評價反饋，便于持續改進，優化閉環教學，多樣化考核方式各環節所占比例如圖3所示。

4 以“無碼間串擾基帶傳輸特性”為例，探索實施混合式教學模式

通信原理課程要求主講教師立足教學內容有序開展課程教學。教師通過講解奈奎斯特第一準則，以微課形式講述科學家奈奎斯特的奮斗歷程，培養學生嚴謹科學態度、勇敢探索未知、積極追求真理、攀登知識高峰的工匠精神，具備嚴謹縝密的科學思維和堅持不懈的科學精神，促進學生創新意識、知識遷移、工程應用的統一。

1） 課前預習檢查：教師在雨課堂發布少量題目進行前測試，題目內容與所學內容和待學內容相關，以選擇或判斷的形式查看學生對常見基帶傳輸碼型的編碼規則、信息傳輸過程中造成誤碼因素的掌握及理解情況，在了解知識點內化的情況下同時實現學生考勤工作，替換傳統教學過程中的“點名”環節，提高教學效率。

2） 課中引導：一是引導學生明確學習目標，分析碼間串擾產生的情況（遇到問題）；二是引導學生掌握學習方法，分析消除碼間串擾的原理（分析問題）；三是引導學生理解無碼間串擾的理論基礎，復雜公式簡單化，得到無碼間串擾的時域、頻域條件（解決問題）；四是引導學生將知識點掌握吸收，學會判斷抽樣點上能否實現無碼間串擾的過程（課堂測驗）；五是引導學生理論聯系實際，分析理想基帶傳輸特性存在的問題，以實際中可實現的升余弦滾降系統為例（知識延伸），為學生展現解決工程問題的流程，引導學生從設計準則出發，具備全面發現、思考、解決問題的工程思維和不斷優化系統的工程設計能力；六是結合Matlab、e-Labsim仿真平臺通過實驗手段方便地估計系統性能，掌握眼圖的測量過程，引導學生體會“實踐是檢驗真理的唯一標準”，將理論與實踐充分結合（參與式學習）；七是引導學生歸納總結，融會貫通，強化并應用知識點。

3） 課后拓展：教師提出問題，給學生安排任務，一是綜合已學知識，思考碼間串擾造成的誤碼能否徹底消除？在理想低通系統中，存在難以實現，且沖激響應尾巴振幅大、收斂慢、對定時要求嚴格的情況；升余弦滾降系統可以克服以上缺點，但是以犧牲頻帶利用率為前提，兩者不能適應高速傳輸的發展；是否存在具備兩者優點的系統？二是查閱開物云平臺資料，學生根據問題，聯系實際、查閱資料初步學習均衡技術，部分響應系統，并將學習情況反饋授課教師，便于教師“有序、有理、有據”、學生有目標地開展課程教學。

5 教學改革成效和反思

經過三年的教學改革，學生的綜合能力不斷提高，教師的教學素養也在持續改進。學生滿意度評價：經過對學生進行課程問卷調查，學生對改革的參與度、滿意度較好，結合新型信息化教學手段，學生表現積極、反映良好，評教結果優秀。

考核結果對比評價：通過對2018、2019、2020三屆學生統計通信原理課程平均分，知識傳授的初步成效分別體現為71.7、72.05、74.26，學生綜合考試成績逐年提升。目前課程改革還需要更進一步的創新與應用，教師主導、學生主動，在保證課程教學效果的同時，更簡潔地梳理教學內容，培養創新意識、提高應用能力，促進不同學生的全面發展。

1） 每節課教學目標需要完善，以學習目標引導學生明確學習要求、鍛煉思維模式。

2） 每節課重難點需要進一步簡化推導過程，針對不同學生的理解程度，優化教學案例，采用類比教學日?；绞?，促進學生的直觀理解，避免“不懂、不會、不想”的惡性循環。

3） 思政案例、工程應用實例等不夠豐富，限制學生科學素養、工程思維等能力的培養。

4） 在小組討論、知識競賽等團隊合作任務中，部分學生參與度不高，教師需進一步完善任務要求、調整任務內容，理論聯系實際，充分調動學生的積極性。

6 結束語

通信原理知識點較多、較雜，對高等數學、信號與系統等課程的學習基礎要求較高，團隊分析課程特點及存在問題，掌握學情，提出基于應用型、創新型人才培養背景下混合式教學模式，以學生為中心，持續改進教學過程，引導學生有目標、有方法、有條理地進行課程學習。通過優化課程教學評價體系，教師實時掌握學生學習狀態，線上線下結合引導學生理論聯系實踐，提高學生創新意識與工程思維。多樣化教學手段調動學生學習積極性，鍛煉學生團隊協作能力，實現合理閉環教學，并在日常課程建設和課程教學中落實應用。