基于项目驱动的通信系统课程设计教学方法探索*

高宏峰，刘 伟，冀保峰，徐素莉

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471003)



基于项目驱动的通信系统课程设计教学方法探索*

高宏峰，刘 伟，冀保峰，徐素莉

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471003)

将项目驱动法应用于通信系统仿真的课程设计，项目涉及通信原理、信息论及数字信号处理等多门课程的内容。学生分成若干小组，每人负责一部分任务，通过自主学习应用课堂上学过的内容并完成设计。学生成绩按个人表现、团队表现及技术报告三方面给出。通过学生调查及与成绩对比表明，新方法不仅加深了学生对通信相关课程理论知识的理解，提高了学生分析与解决复杂问题能力，而且提高了学生沟通、团队协作等综合能力。

项目驱动；自主学习；通信系统

现代高等教育教学模式已经开始从传统的以教师为中心转向以学生为中心的模式[1-2]。以学生为中心的模式学习过程主要由学生来负责，学生要采取主动的方式获取知识，而不是仅靠听课。教师只是作为引导者与辅助者，为学生提供必要的帮助与手段以达到学习的目标。对学生掌握知识的程度的评定不能仅靠考试，而应该贯穿整个学习过程。学习效果的评价包括知识、个人综合能力，学习的目标就是提升这些能力。

项目驱动学习(project-based learning，PBL)[3-4]是以学生为中心的主动学习方法。PBL包含在一个特定场景中教师提出一个实际工程项目，要求学生自主设计并完成该项目。PBL所设置的项目包含多门课程。在老师指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理。信息收集、方案设计及实现都由学生自己负责。学生通过该项目的实施，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求[5]。

通信系统涉及到数字信号处理、通信原理、信息论等多门课程。这些课程理论性强，内容多，而且分散进行，实验内容也是针对课程模块。尽管这些课程关联度很高，但教学中单门课程仅对通信单一模块进行教学，实验内容也仅针对课程模块。学生仅靠课程很难将各课程内容有机融合。计算机仿真是对通信系统进行研究的有效手段。通过系统仿真可使学生建立各课程间的联系，了解通信新技术和各门课程中抽象的概念。在以往本课程的教学中，采用教师为学生准备资料、设计总体方案并指定功能的教学方法。实验时出现问题，则由老师负责答疑解决。这种传统教学方法，注重的是学生知识的掌握程度，不关心能力的培养。未来工程类课程应围绕能力培养，而不是传授知识，以应对未来竞争的环境。

本文以通信系统仿真课程设计为例，介绍了项目驱动法在电信专业课程中的应用。整个教学过程在自主学习的模式下进行。在教师的引导下，学生根据项目要求自主设计通信系统模块并对系统进行仿真。

1 项目内容

通信系统的框图如图1所示，主要包含信源编译码器、信道编译码器、信道及调制解调器组成。项目内容主要以MATLAB仿真平台提供的基本库函数为核心，完成一个无记忆调制解调和信道编译码通信系统仿真设计。要求给出整个通信系统的原理结构方案，完成系统的仿真流程框图。统计系统的解调错误概率和译码错误概率。

图1 通信系统模型

项目安排在大三的第1学期。项目安排在5周内完成，2～3人为一组，在本学期学校开设了通信原理、数字信号处理及信息论基础3门相关的必修课。在通信原理课程中，学生建立了调制、解调的概念，在数字信号处理中建立了滤波器、傅立叶变换等概念，在信息论与编码课程中建立了信源编码、信道及信道编码的概念。为了配合课程进度，项目安排在后半学期。表1为本项目与相关课程间的关系。

通信系统仿真之前，需要对项目进行充分分析，明确通信系统仿真的目标。根据项目内容，充分理解和掌握整个仿真过程所涉及的专业理论知识，以保证整个仿真过程和结果的正确性。由于学生对matlab语言没有接触过，在项目的准备阶段，引导学生对matlab基本程序设计进行学习。

表1 项目与课程关系

根据项目要求，将项目分成5个阶段：

1) 熟悉Matlab环境及程序设计；

2) 通信系统各模块设计与参数分解；

3) 调制、解调及均衡器模块、纠错码编译码的程序实现；

4) 通信系统综合仿真；

5) 结果分析及图表实现。

表2为项目各阶段任务及预期结果。

表2 项目各阶段的任务

2 基于项目驱动的教学方法

本项目采取以学生为中心的教学方法，即使学生充分参与，主动学习的方法。主动学习的核心在于学生在整个项目过程中的主动性与参与度，在课堂上使用这些方法对学生的学习能力产生重大的影响。在传统教学课堂中，学生被动接受知识，教师传授知识。在PBL中，学生从知识的吸收者变为问题的解决者，教师从知识的传授者转变为项目的引导者。教师需要创建鼓励学生创新的环境，通过提问与讨论的方式与学生积极沟通。

在本项目的实施中，教师始终起到引导作用。教师跟随学生的进度，指导每个阶段的工作，对出现的问题进行分析。鼓励学生主动探索，放弃以前被动等待的态度。

在项目中，学生分组进行，每人分配不同的任务与资源，这样既可以培养学生的独立工作能力，又加强学生的团队意识。项目初期，教师设定项目目标并发给每个学生。学生通过努力达到这些目标。在每个阶段，学生根据目标进行分析，提出满足设计要求的方案。每个阶段结束时，教师对实验结果进行检查，学生通过演示、答辩来展示本组完成的工作。

项目实现过程中，不再采用课堂授课的方法，而采用讨论的形式。所学的通信理论知识通过仿真进一步得到验证。学生在实践中对通信系统的问题重新思考、理解。学生在教师的引导下，通过发现问题、分析问题、解决问题，培养学生分析问题与解决问题的能力。

学生在最后上交技术报告，报告应反映小组各阶段使用方案、流程图、程序清单、结果分析。在报告完成过程中，学生对各阶段的内容进行总结，获得信息的能力及分析问题、解决问题的能力进一步提升。

本课程教学最终预期目标为：

1) 熟练掌握matlab的编程方法，提高软件编程能力；

2) 提高分析问题的能力，通过互联网等渠道查阅需要用到的知识；

3) 用多门课程知识描述通信系统设计总体方案；

4) 有能力计划与控制不同阶段的进度；

5) 有能力解决项目中出现的问题。

3 课程效果评价

课程效果按2个方面进行评价：学生课程成绩及学生对课程的满意度。

3.1 课程成绩评价

估计课程效果时，学生表现是广泛使用的质量评价方法。教师密切观察学生成绩变化情况，考核标准应与项目目标的达成度密切相关，目标达成度越高，分数越高。

学生成绩按3个方面来评价：个人成绩、小组成绩及技术报告成绩，分别占50%、25%、25%。个人成绩根据考勤、主动性、技术水平、团队协调能力及在各分项及系统演示中成员对小组项目的贡献。小组成绩根据小组是否完成给定的任务。技术报告包含每个阶段的任务，原理解释、实验结果、数据及分析。

图2为2013-2014学年与2014-2015学年学生成绩分布情况。2013-2014学年采用的办法为传统方法，2014-2015年采用项目驱动法。由图可以看出，与2013-2014年相比，2014-2015年学生成绩的优良率明显提高。

图2 2013-2014与2014-2015学年学生成绩分布

3.2 学生对课程评价

学生对课程评价采用匿名调查表形式。表3给出了项目的4个方面让学生选择满意度。满意度分为6个等级供学生选择：非常不满、不满意、基本满意、较满意、满意、非常满意。

图3为项目的满意度调查统计结果，90%的同学填写了调查表。图中分别列出了对项目的4个方面的统计数。从Q1到Q4，得到的结果类似。调查结果表明，80%以上同学对项目表示满意。

表3 学生对课程的评价

图3 项目的满意度调查统计结果

4 结论

本文给出了基于PBL的通信系统仿真课程设计的教学方法。在PBL教学模型下，学生自主完成基于matlab的通信系统设计，并对统计数据进行分析。仿真设计增强了学生对实际通信系统的认识及对通信相关课程的理论知识与实现方法的理解，提高了分析问题解决问题的能力。通过查阅资料及与同组人合作解决问题，提高了学生团队合作与沟通能力。通过学生成绩及满意度调查，该项目的实施达到了预定的目标。

[1] MMT Valdez,CIF Agreira,CM Ferreira.Lighting Design Course in an Electrical Engineering Program Using Problem-Based Learning[G].Eaeeie Conference,2009:1-6.

[2] H Aliakbarian,PJ Soh,S Farsi.Implementation of a Project-based Telecommunications Engineering Design Course[J].IEEE Transactions On Education,2014,57(1):25-33.

[3] U Meyer-Bäse,V Alonzo,A Meyer-Bäse,MS Pattichis,et al.An Undergraduate Course and Laboratory in Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays[J].IEEE Trans Educ,2010,53(4):638-645.

[4] DG Lamar,PF Miaja,M Arias,et al.Experiences in the Application of Project-based Learning in a Switching-mode Power Supplies Course[J].IEEE Trans Educ,2012,55(1):66-77.

[5] 蔡琴，张凯.项目驱动教学模式在软件工程教学中的应用[J].实验科学与技术,2014,12(4):175-179.

Research on the Teaching Method of the Communication System Course Design Based on Project Driven

Gao Hongfeng,Liu Wei,Ji Baofeng,Xu Suli

(SchoolofInformationEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,LuoyangHenan471003,China)

This paper presents the implementation of project-based communication system design course.This project consists of communication principles,information theory and coding,digital signal and processing curricula.Students work together in small groups.They are individually responsible for parts of tasks.They apply knowledge acquired from classes and design the system in active learning ways.Student's marks depend on personal performance,group performance and final reports.Learning effectiveness of the methodology is evaluated by student survey and student's mark.Through the PBL,student's understanding of related courses theory to communication is enhanced.Meanwhile,it improves the ability of students to analyze and solve the complex problems and the transversal skills such as communication and teamwork cooperation.

project driven; active learning; communication system

2016-07-06

河南科技大学教学改革项目(2015YBZD-004)

高宏峰(1966-)，女，河南洛阳人，教授，研究方向，移动通信，信号处理。

1674-4578(2016)05-0089-03

G642

A