基于CDIO模式下的《现代通信原理》教学探究

2014-03-26张文昭

湖南科技学院学报 2014年5期

唐云张文昭

（湖南科技学院电子研究所，湖南永州 425199）

《现代通信原理》课程是高等院校电子信息类专业及通信工程专业本科生的一门必修专业基础课程，是主干课程之一。然而，该课程涵盖内容之多、知识面之广，涉及随机过程、复变函数与积分变换、信息论、信号与系统等多方面的知识，并且概念抽象、理论性强、原理复杂，学生在学习中往往感到吃力和乏味，缺乏学习兴趣，造成学习后劲与动力不足。因此，为了让学生更容易学好和更喜爱这门课程，把握现代通信原理，掌握必要的通信工程技能，必须从教师自身入手，从教学上予以探究，在教学内容、教学方法和考评方式上予以改革。笔者认为，运用CDIO大工程教育模式是探讨此课程教学改革的有效之法。

1 CDIO教育模式的内涵

CDIO教育模式是大学生应用能力培养的一种工程教育模式。CDIO是“构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）”四个词组的英文缩写，这四个词组有序地联在一起，其含义是指以产品研发到产品运行的生命周期为载体的工程人才培养教育模式[1]。这种教育模式是基于现代产业发展与人才能力对接的需求，于 2000年由美国麻省理工学院等四所高校联合研究而提出来的。它囊括了学生四个层面的能力培养：一是专业基础知识的把握能力，包括基础科学知识、核心工程基础知识、高级工程基础知识等；二是个人素质的拓展能力，包括发现问题、分析问题和解决问题、系统思维、个人技能和职业技能等；三是团队结构的合作能力，包括团队精神、交流沟通、兴趣指向、学识水平等；四是CDIO工程的理顺能力，包括外部和社会环境、企业与商业环境、构想与工程系统、设计与规划系统、实施与周期系统、运作与问题系统等。

CDIO教育模式的根本点是建立问题探究式学习方式。这种学习方式是以工程项目为平台，以实物为主线，倡导问题驱动性。也就是说，让学生在具体项目上自主地提出问题，找到解决问题的方法，形成合作、互动、追源、查因的探究式学习方式。这种问题探究式学习方式是通过工程项目的选取、情景氛围的创设、协作互动的开展，从而促使学生自觉地运用工程基础知识，有效组合个人、团队、环境等各种因素来实现的；是通过一种具体的情景模式，在准确理解、分析、判断问题的基础上打造出来的；是通过工程项目的具体制作，在纵横交错的多学科多维度融合的理论与实践活动中展开的。这种工程教育模式，不仅促进了理论知识的学习与企业实际项目的紧密结合，而且更是人才智慧的培养之窗。这种工程教育的人才培养理念在国际上获得了广泛的共识。

CDIO教育模式的核心路径是教学的实践性。这种教学模式最为关键的环节是以项目为学习中心。倡导在项目中“做”，在项目中“学”，在项目中激发学生的学习兴趣，在项目中提高学生解决实际问题的能力。这种教育模式，强调的是课程实验活动，是教师对工程项目的筛选与引导，是学生在实验活动中动手能力的培养。这一目标的实现过程，既需要理论的整合，又需要实验的支撑。也就是说，在实验的基础上把握理论，再在理论的整合上指导实践操作。这个过程的每一步都离不开教师“教”的实践与学生“学”的实践性。实践性是CDIO教育模式的核心所在。

2 传统通信原理教学模式存在的问题

《通信原理》是理论与实践性极强的一门课程。传统的教学模式存在的最大问题就是忽视了学生的实验与实践活动。具体表现为：教学活动中以理论阐释理论，以知识灌输替代自主思考，以考卷分数高低评价学习优劣。

（1）在课程教法上的理论与实践严重脱节

传统教学法是依据通信原理教材模块组织教学。其教材版本的设计，注重的只是理论学习，忽视了实验与实践环节。课堂上，教师依照教材往往花费课堂的全部时间去讲解基本概念，推导繁琐的数理公式，实际上是在以理论阐释理论。教师所传授的概念知识、公式推导和学生课后的练习，与通信原理课要解决的实际问题不配套、相脱离。通信原理课程的重点应该是运用数理结论、方法，设计出通信工程项目和项目流线。要达到这一目标，必须要依据形象的、实实在在的真实感知项目，让学生浸泡在通信原理的情境模式中，设法构造“想象”的真实；必须要运用具体实例，进行实验操作，分析结构、数据，得出原理。因此，如何将书本上的理论知识与实践应用联系起来，以实验过程得出理论结论，这才是最重要的。

（2）在知识传授上的教师与学生难以互动

传统教学法是教师的单向性。课堂上，教师只能依据教材单纯灌输通信工程的原理知识，学生只能是被动地去接受，根本发挥不了学生把握知识的积极性和主动性。美国教育家约翰·杜威（John Dowey.1859-1952）指出，在整个学校生活与教学中学生必须成为积极主动的参与者，而教师则是学生活动的协助者[2]。根据这一观点，这就需要教师将教学信息由“单工”传输方式转化为“全双工”传输方式。教师作为信源时，需要合理设计课堂、实验、作业，把教学内容搬移到学生最容易提取信息的“频带”上，尽量以递增的方式增加项目流程知识，借助信源的相关性，减少单向传输量。只有在实验操作中被理解的知识才是真正被译出的信息，这才成为学生自己的知识。否则，单向灌输的东西只是暂存在学生的存储区中。应充分利用实验室条件，尽量引导学生自己给出结论，教师循序渐进地追问为什么。这样，才可能达到开发学生学习智慧的目的。

（3）在学习评价上的不科学性导致人才培养目标的难以实现

正确而科学的学习评价方式，是实现人才培养目标的关键环节。评价学生学习课程的优劣，应根据不同的科目采取不同的评价法。传统的通信原理课程评价法只是单一的试卷考试法。这种统一的格式规范法，教师只看到了试卷分数的高低，则难以判断学生能力的强弱。通信原理这门课程应侧重学生应用能力的培养，应该采取考核评价方式。因为这门课程不只是知识的记忆，而是知识的应用。应设置通信工程项目，让学生在实验室具体操作中予以作答，从项目的构思、设计、实施、运行过程的最优化实践上来判断学生的学习能力和应用能力优劣。如何知道通信工程教师的“教学”方案是一个比较佳的设计？学生的学习能力与应用能力是否得到了提升？传统的笔试是难以评价出来的。在传统的教育背景下，学生几乎没有受到项目和团队工作的实际训练，导致高校人才培养和企业人才需求上的脱钩[4]。

3 CDIO理念下的现代通信原理教学改革构想

CDIO教育模式是大工程理念下的人才培养模式，是与产业发展相适应的人才能力培养的对接，是应用型人才培养的有效路径。现代通信原理课程是实现CDIO教育目标的纽带，其教学过程亟需改革。

（1）教学内容的改革

改革现代通信原理教学内容是 CDIO模式教育的首要任务。第一，应构建出一个连贯有序的通信方向课程体系。这个课程体系应遵循CDIO规则，按照工程项目全生命周期的要求，依据通信知识的全方向体系来组织“教”、组织“学”、组织“做”。在构建通信方向课程体系的过程中，特别要突出课程之间的关联性和专业的目标性来设计教学内容，避免不必要的重复。经我们充分讨论研究，通信方向课程体系如图1所示。

图1 通信方向的课程体系

（图中课程内容上方的数字代表开设的学期）

按照新组建的通信方向体系进行教学，既便于学生掌握通信知识之间的联系性，又便于学生运用通信知识解决综合性问题。同时更促使学生在不同典型模块比较中激发学习兴趣，建立起通信技术知识体系。

第二，精选典型模块，强化知识运用。依据通信方向的连贯性，在教学过程中，教师应以信号的传递流程为主线，精选出典型通信模块，逐步展开技术实现的分析，让学生在不同典型的通信模块中把握技术要领。

（2）教学方法与手段的改革

改革现代通信原理教学方法与手段是 CDIO模式教育的必然要求。第一，必须打造教学团队的工程实践能力。要把CDIO教育模式引入通信课程的教学当中，教师必须通过工程项目和典型通信技术案例等方法，将理论知识与企业实际项目关联起来，教师除了有系统的理论知识外，还要有相当丰富的工程实践经验。提升任课教师工程实践能力，学校应建立企业实践基地，鼓励任课教师利用寒暑假到对口单位参加工程实践。

第二，必须使理论教学与实验教学相得益彰。在课堂教学中，教师不仅要讲清通信理论的基本点，更要把课堂搬进实验室。在阐释有关通信理论时应充分利用实验室条件，穿插配套实验，如图2所示。