課堂教學(xué)改革背景下無線通信課程引導(dǎo)式教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

周 曉，王成優(yōu)，王小利，李光明，張 亮

（山東大學(xué) 機(jī)電與信息工程學(xué)院，山東 威海 264209）

無線通信（以下簡稱“本課程”）作為電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程等相關(guān)專業(yè)的核心課程，在本科生的培養(yǎng)中具有重要的地位和作用。本課程旨在讓學(xué)生建立完整的通信理論體系，熟練掌握通信的基礎(chǔ)知識(shí)與概念。伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)日新月異，所需要的高科技人才要有更強(qiáng)的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐能力，因此，學(xué)生需要做到學(xué)以致用，增強(qiáng)其應(yīng)用和工程實(shí)踐能力[1]。無線通信課程作為一門基礎(chǔ)的綜合課程，涉及多個(gè)領(lǐng)域，綜合性強(qiáng)，拓展面廣，為后續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)[2-3]。本課程的發(fā)展歷程已經(jīng)持續(xù)了多年，對(duì)于通信領(lǐng)域具有極為重要的意義。伴隨著5G 的商用和6G 的進(jìn)一步發(fā)展，其中的內(nèi)容也在不斷地更新迭代。不僅如此，新時(shí)代下課程的學(xué)科交叉、人工智能背景下的無線通信[4]、物聯(lián)網(wǎng)背景下的無線通信[5]和全英課程[6]等推動(dòng)無線通信課程的發(fā)展，并充實(shí)其內(nèi)容，但也因此，所對(duì)應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)工具均需要不斷地更新和完善。

技術(shù)和知識(shí)的更新必然也會(huì)帶來新的問題。因此，需要我們抓住機(jī)遇和問題，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，使這門課程可以囊括更多的新知識(shí)，并更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的能力[7-8]。因此，需要持續(xù)關(guān)注無線通信技術(shù)的最新發(fā)展，及時(shí)更新課程內(nèi)容，采用更靈活多樣的教學(xué)方法，如實(shí)踐項(xiàng)目、案例研究等，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。此外，也可以引入與產(chǎn)業(yè)界合作的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目，了解實(shí)際應(yīng)用情況，提高其解決實(shí)際問題的能力。綜上所述，我們需要持續(xù)關(guān)注無線通信課程的發(fā)展，幫助學(xué)生了解前沿，并將所學(xué)運(yùn)用到實(shí)踐上，通過不斷更新和改進(jìn)教學(xué)的方法，培養(yǎng)出新時(shí)代通信領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。

一 課程教學(xué)面臨的問題

通過調(diào)研與教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，目前無線通信課程的教學(xué)中主要存在以下不足。

課程理論和公式復(fù)雜繁多且理解困難。無線通信領(lǐng)域涉及非常廣的知識(shí)面，并且有些知識(shí)抽象難懂。學(xué)生在面對(duì)大量抽象、枯燥的理論和數(shù)學(xué)公式時(shí)，會(huì)很難抓住重點(diǎn)，學(xué)生對(duì)遇到許多相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)也會(huì)有遺忘問題。

教學(xué)內(nèi)容缺乏前沿技術(shù)。由于無線通信技術(shù)的前沿性和快速變化，每隔十年左右就會(huì)出現(xiàn)新一代無線通信技術(shù)，這要求教學(xué)必須緊跟技術(shù)的步伐，否則就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法跟上前沿技術(shù)發(fā)展的問題。

理論與實(shí)踐結(jié)合差。課程的理論內(nèi)容是實(shí)際通信和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，而實(shí)際通信系統(tǒng)和應(yīng)用案例是課程技術(shù)內(nèi)容的有效展示和必要補(bǔ)充，因此不能只關(guān)注課程理論內(nèi)容而忽略培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。目前，學(xué)生存在很難將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的問題。

二 無線通信教學(xué)改革方案

在課堂教學(xué)的改革背景下，為深化課堂改革，構(gòu)建高效課堂，要始終以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求和興趣愛好，構(gòu)建富有啟發(fā)性和趣味性的教學(xué)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生打好扎實(shí)基礎(chǔ)，了解前沿技術(shù)，并能將理論與實(shí)踐相結(jié)合。在課堂中引導(dǎo)學(xué)生積極自主地掌握所學(xué)無線通信基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)概念和理論有深刻地認(rèn)識(shí)并能熟練運(yùn)用。緊密關(guān)注無線通信前沿方向的發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生去了解6G 等新發(fā)展的技術(shù)，并交流討論，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的能力，將最新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際通信系統(tǒng)應(yīng)用案例融入到課程中來，彌補(bǔ)理論和實(shí)踐之間的脫節(jié)現(xiàn)象。為學(xué)生展示無線通信實(shí)驗(yàn)過程，加深對(duì)概念的理解，并令學(xué)生自主合作完成仿真模擬，培養(yǎng)其動(dòng)手實(shí)踐能力。期末考核采取多樣形式，注重過程考核，讓學(xué)生能真正掌握并應(yīng)用本課程所學(xué)到的知識(shí)。本文提出的整體改革方案如圖1 所示。

圖1 無線通信教學(xué)改革整體方案

（一）加強(qiáng)學(xué)生對(duì)無線通信理論基礎(chǔ)的引導(dǎo)與培養(yǎng)

無線通信課程涉及大量抽象、枯燥的理論和公式，缺乏一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和理解能力，導(dǎo)致對(duì)無線通信這門課程的學(xué)習(xí)感到吃力。在教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)和無線通信知識(shí)的理解，將抽象、難懂的概念具象化，并穿插相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的講解，引入互動(dòng)式學(xué)習(xí)和教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)無線通信知識(shí)的深層次理解。讓學(xué)生從課程中開拓前沿科技視野，培養(yǎng)足夠扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和通信工程師素養(yǎng)。因此，針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)無線通信課程時(shí)遇到的困難，需要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和培養(yǎng)。

為了學(xué)生能夠更好地理解和掌握本課程中抽象復(fù)雜的理論和公式，提高學(xué)習(xí)效率，改善教學(xué)效果，對(duì)無線通信課程的理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，改革的具體內(nèi)容如下。

1）引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)并回憶課程相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)。在本課程中，繁多且精細(xì)的理論知識(shí)會(huì)讓學(xué)生在課堂中很難完全理解，所以需要學(xué)生課前預(yù)習(xí)。本課程包含許多相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，比如微積分、線性代數(shù)和復(fù)變函數(shù)等。學(xué)生對(duì)此難免會(huì)有遺忘，可以配合穿插數(shù)學(xué)知識(shí)的講解，并在課前打印相關(guān)數(shù)學(xué)資料給學(xué)生，讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)，在課堂上更容易深刻理解所學(xué)內(nèi)容，防止因?yàn)閿?shù)學(xué)知識(shí)的遺漏導(dǎo)致理解出現(xiàn)偏差，影響后續(xù)教學(xué)。

2）利用先進(jìn)工具引導(dǎo)學(xué)生理解無線通信知識(shí)。在教學(xué)模式上需充分利用學(xué)校配備的現(xiàn)代化多媒體教育技術(shù)工具和形象的道具模型如交互式電子黑板、玻璃幕墻、數(shù)學(xué)模型等。制作圖文并茂、易于理解的課件內(nèi)容或者選擇合適的道具模型，與講解形成良好的配合，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解無線通信的概念，更容易抽繁化簡，加深理解。

3）引導(dǎo)學(xué)生在日常生活中強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)習(xí)近距離無線通信系統(tǒng)時(shí)，可以讓學(xué)生思考藍(lán)牙通信系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)日常生活中的汽車無鑰匙開門功能的，讓學(xué)生搞清楚在生活中的汽車無線免接聽藍(lán)牙電話系統(tǒng)也是短距離無線通信系統(tǒng)在實(shí)際通信工程中的應(yīng)用。這樣就更加強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí)與日常生活實(shí)際相關(guān)的通信工程背景結(jié)合的能力，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，打好無線通信知識(shí)的基礎(chǔ)，做到學(xué)有所長，學(xué)以致用。

（二）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)當(dāng)前先進(jìn)6G 技術(shù)的了解和學(xué)習(xí)

由于無線通信技術(shù)的前沿性和快速變化，每隔十年左右就會(huì)出現(xiàn)新一代無線通信技術(shù)，這要求教學(xué)必須緊跟技術(shù)的步伐，否則就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法跟上前沿技術(shù)的發(fā)展和掌握最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)[9]。不緊跟前沿容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)無法適應(yīng)新需求、無法解決實(shí)際問題和喪失競(jìng)爭力等問題。因此，需要及時(shí)更新課程內(nèi)容，將最新一代的6G 無線通信技術(shù)知識(shí)融入到課程中，與已有的知識(shí)相關(guān)聯(lián)，以便讓學(xué)生掌握最新的通信技術(shù)和前沿方向，達(dá)到教學(xué)與最新的技術(shù)同步發(fā)展的目的。我們定期監(jiān)測(cè)和分析最新的無線通信技術(shù)趨勢(shì)和發(fā)展方向，引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)6G 等新技術(shù)的了解與學(xué)習(xí)，提高競(jìng)爭力和解決實(shí)際問題的能力。具體的改革內(nèi)容如下。

1）引導(dǎo)學(xué)生研讀最新無線通信資料。跟蹤無線通信的最新發(fā)展趨勢(shì)，不定期地給學(xué)生打印一些輔助的課程資料，在課堂上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研讀，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生自主查閱最新資料的能力。學(xué)生通過深入調(diào)研和總結(jié)整理后，能夠?qū)o線通信理論進(jìn)行歸納總結(jié)、仿真驗(yàn)證，培養(yǎng)復(fù)合型、開放型的無線通信專業(yè)人才。

連上了年紀(jì)的人都會(huì)這樣抱怨：光電效應(yīng)有什么用？三角函數(shù)真扯淡？立定跳遠(yuǎn)好干嗎？為什么要學(xué)這些沒用的東西？有時(shí)他們是焦灼的父母，在質(zhì)疑教育制度，而我，只覺啼笑皆非。

2）雙語教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生了解前沿。目前所接觸的前沿內(nèi)容大多以英語呈現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生雙語學(xué)習(xí)的能力[10]。應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)通信專業(yè)英語，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。另外，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生閱讀若干最新英文論文，參加前沿的學(xué)術(shù)講座，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)與歸納外文文獻(xiàn)蘊(yùn)含的通信數(shù)學(xué)與通信技術(shù)原理能力。

3）引導(dǎo)學(xué)生匯報(bào)總結(jié)前沿內(nèi)容。利用翻轉(zhuǎn)式教學(xué)方法，讓學(xué)生自主合作進(jìn)行講解，將歸納總結(jié)的內(nèi)容制作成PPT 與班級(jí)內(nèi)其他同學(xué)分享討論，使學(xué)生的掌握更加深刻，提高學(xué)生課堂參與度。將其中精華部分的總結(jié)作為新教學(xué)材料，來更新無線通信實(shí)踐教學(xué)，使師生共同擴(kuò)大知識(shí)面，提高學(xué)生查詢和吸收最新知識(shí)的能力。

（三）增強(qiáng)學(xué)生的理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力

增強(qiáng)學(xué)生的無線通信理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力是現(xiàn)代教育的一項(xiàng)重要任務(wù)。在課程教學(xué)中需要做到理論和實(shí)踐并重，課程理論知識(shí)是基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用是課程內(nèi)容必要補(bǔ)充[11]。只有理論知識(shí)的學(xué)習(xí)會(huì)讓學(xué)生脫離現(xiàn)實(shí)，無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求。在培養(yǎng)學(xué)生的過程中將傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)自信和創(chuàng)新精神。這不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果、促進(jìn)創(chuàng)新，還可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)融合，增強(qiáng)學(xué)生的無線通信理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力以更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需求，培養(yǎng)學(xué)生成為具備實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的專業(yè)人才。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐能力，彌補(bǔ)理論和實(shí)踐之間的脫節(jié)現(xiàn)象，提高學(xué)生的實(shí)用能力和應(yīng)用水平，我們采取了如下措施。

1）加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)實(shí)用案例的引入。將最新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際通信系統(tǒng)應(yīng)用案例融入到課程中來，彌補(bǔ)理論和實(shí)踐之間的脫節(jié)現(xiàn)象。提供實(shí)際通信系統(tǒng)應(yīng)用案例的案例研究，以幫助學(xué)生了解這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式和效果。與學(xué)生共同調(diào)研無線通信系統(tǒng)應(yīng)用的案例研究，在課堂上講解相關(guān)實(shí)例，并與相對(duì)應(yīng)的課程基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)合。課后，學(xué)生需調(diào)研相關(guān)案例，撰寫相關(guān)調(diào)研報(bào)告內(nèi)容包括案例內(nèi)容、涉及基礎(chǔ)無線通信知識(shí)、有何啟發(fā)和優(yōu)缺點(diǎn)等。展示優(yōu)秀調(diào)研報(bào)告和案例供其他學(xué)生學(xué)習(xí)。

2）增加實(shí)踐和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在課程中，引入相關(guān)的仿真軟件或硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生能夠模擬和實(shí)踐無線通信系統(tǒng)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，培養(yǎng)其動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，使課程更具前沿應(yīng)用和工程實(shí)踐特點(diǎn)。為學(xué)生展示真實(shí)的無線通信系統(tǒng)，并引導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的模擬仿真，鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)踐知識(shí)的動(dòng)手能力。讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行實(shí)踐，訓(xùn)練多個(gè)學(xué)生間的團(tuán)隊(duì)合作能力，通過仿真結(jié)果檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的真正掌握程度，以及學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過程中體現(xiàn)出的創(chuàng)新能力。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)更加容易理解和掌握相關(guān)的理論知識(shí)，從而提高其學(xué)習(xí)效果。

3）引導(dǎo)學(xué)生積極參與科研項(xiàng)目。鼓勵(lì)學(xué)生參加與無線通信相關(guān)的實(shí)習(xí)或科研項(xiàng)目。學(xué)生可以接觸到最新的無線通信技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，了解實(shí)際應(yīng)用中的需求和挑戰(zhàn)。這種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的無線通信理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，還有助于順利地步入職業(yè)領(lǐng)域。

（四）多方位綜合考核方式改革

當(dāng)前的無線通信課程的教學(xué)往往以本課程的期末成績?yōu)橹鳎狈?duì)學(xué)生的過程考核。需要特別關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)無線通信知識(shí)的掌握能力和學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，避免學(xué)生只在考前進(jìn)行死記硬背的突擊。這門課程不僅要教授相關(guān)的無線通信知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力，從而使學(xué)生在將來能夠更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

無線通信課程總成績考核占比采用過程考核（50%）+期末成績（50%）。過程考核提高比重，加強(qiáng)過程考核，重視平時(shí)學(xué)生對(duì)于無線通信知識(shí)的掌握能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中打牢基礎(chǔ)。期末考試是考查學(xué)生對(duì)無線通信理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用能力的重要手段。期末考試內(nèi)容除基礎(chǔ)的常規(guī)題目外，還需包括部分開放性綜合性題目，設(shè)立非標(biāo)準(zhǔn)答案，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和主觀能動(dòng)性。過程考核可以體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力。如圖2 所示，可以將過程考核分別設(shè)置為測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、出勤、PPT 匯報(bào)和調(diào)研報(bào)告，分別賦予25%、25%、20%、15%和15%的比重。測(cè)驗(yàn)和作業(yè)的內(nèi)容是課本中的無線通信知識(shí)，目的讓學(xué)生打牢基礎(chǔ)知識(shí)；PPT匯報(bào)的內(nèi)容來自前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)和調(diào)研的內(nèi)容，目的是加強(qiáng)學(xué)生競(jìng)爭力和創(chuàng)新能力；調(diào)研報(bào)告的內(nèi)容是應(yīng)用實(shí)踐案例，目的是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和專業(yè)認(rèn)知。從多個(gè)角度出發(fā)，采用多方位的綜合考核方式，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)過程考核，更全面地反應(yīng)學(xué)生的能力和潛力。

圖2 過程考核占比

三 結(jié)束語

以學(xué)生發(fā)展為中心，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求與能力發(fā)展需要。本文在課堂教學(xué)的改革背景下旨在將啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)理念引入課堂教學(xué)。針對(duì)無線通信課程概念難理解且需要相對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)知識(shí)問題，本項(xiàng)目利用圖文模型配合講解，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，可以熟練掌握并能舉一反三，靈活運(yùn)用。本課程發(fā)展速度快，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為使學(xué)生掌握最新的無線通信知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并查閱最新6G 等知識(shí)，提高學(xué)生查閱能力并培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。本課程基礎(chǔ)理論知識(shí)較多，為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與理論相結(jié)合的能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用案例并在課后自主完成模擬仿真，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力。本文提出了注重過程考核的多方位綜合考核方式，在平時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的過程考核，提高學(xué)生對(duì)無線通信知識(shí)的掌握能力，注重對(duì)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。本文所提出的教學(xué)改革將為學(xué)生的綜合能力提升和個(gè)性化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為新時(shí)代通信領(lǐng)域的優(yōu)秀人才培養(yǎng)作出貢獻(xiàn)。這種啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)理念的應(yīng)用在無線通信課程中將為其他高校的課程教學(xué)提供參考和借鑒。通過持續(xù)不斷的探索和創(chuàng)新，為學(xué)生在通信領(lǐng)域的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。