“通信原理”教学中OBE理念的探索与实践

李红岩

【摘 要】基于学习产出的教育模式是工程教育认证的核心理念，本文通过具体的实例，探索了“通信原理”课堂教学中OBE理念的应用，在实践中发现以OBE理念为导向设计课堂教学内容，能够启发学生的工程探索意识，增强学生运用数学知识解决复杂工程问题的能力。

【关键词】通信原理；教学；OBE

在我院电子信息工程专业的培养方案中，通信原理课程是一门重要的专业基础课，对培养学生通信理论分析与综合应用能力有着非常重要的作用。该课程是一门综合性较强的专业基础课，它系统地运用了高等数学、概率论、随机过程、线性代数等专业数学知识，以及信号与系统、数字信号处理等分析方法，重点讲授点到点通信系统的基本知识框架。通过本课程的学习，应该理解点到点通信系统的基本理论和基本规律，掌握通信系统模型化分析的思维方法；培养学生运用数学工具分析通信系统的抽象思维能力、总结归纳能力和严谨求实的科学作风；了解通信领域的前沿发展现状和趋势；为进一步从事通信领域具体工作打下必要的基础；培养学生自主学习和终身学习的意识，使其具有不断学习、适应发展的能力。

工程教育认证是来源于国外的教育质量评价制度，目前是国际通行的高校工程专业进行质量评价评估的重要手段，基于此可以实现工程教育领域各国之间的互相认可。开展工程教育认证，能够推进高校工程类专业的国际化，增强本校工程专业在国际上的竞争力，并能够保证工科毕业生的质量，对我国高等教育和工程教育的进展有着重要意义。

通过学习工程认证的核心理念和认证考核标准，本文作者反思了“通信原理”课程的课堂教学中存在的问题，主要包括以下几点：1）在当前的教学大纲中，每一章节的教学目标大多设定为学生对重要概念和重要通信理论的识记和理解，而没有考虑学生在学习和掌握某个知识点的过程中如何提高分析、解决复杂工程问题的能力的；2）在教学内容的安排和组织方面，侧重于数学公式的推导或计算，对公式提出的背景、公式隐含的物理意义缺乏深刻的讲解和剖析，导致学生知其然而不知其所以然，甚至有些数学程度差的学生可能因为公式推导的障碍而失去对这门课的学习兴趣；3）课堂教学的主体仍然是老师，上课以老师讲学生听为主，过于强调教学内容编排的逻辑性和完整性，而没有对学生学习新知识时的接受能力和易于接受的方式进行考量分析，在讲解一些重点难点知识时由于缺少学生的积极参与而效果不佳；4）为了帮助学生巩固所学知识，通常布置一定量的课后习题，要求学生完成作业。但课外作业的目的仍然是考查学生对重要知识点的理解、识记或计算能力，缺乏生动的能调动起学生学习积极性，启发学生创造性的课外练习。总之，当前的通信原理课堂教学中还存在较多的问题，这些问题的存在不利于提高学生分析解决复杂工程问题的能力，因此亟待引入新的教学理念和教学方法。

基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）是工程教育认证的核心理念，学习产出定义要可操作化和具体化，在工程教育认证标准中详细定义了毕业生预期学习产出，即毕业要求。为了达到认证标准中设定的毕业要求，需要将毕业要求分解到各门课程中，在教学中综合体现并最终达成毕业要求。依据毕业要求，我院设定“通信原理”课程对毕业要求的支撑体现在：“掌握电子信息工程专业核心知识，并能够用于解决复杂工程问题。能够针对具体的电子信息工程问题选择合适的数学模型，并达到适当的正确性和可用性要求。能够针对所选模型的正确性进行严谨推理，并给出解”。本文以最佳接收为例，对“通信原理”教学中OBE理念进行了有益的探索与实践。

一个通信系统的优劣很大程序上取决于接收系统的性能，数字接收技术的优劣直接影响系统的误码率，最佳接收理论是以接收问题作为研究对象，研究从噪声中如何最好地提取有用信号。在通信原理课程中最佳接收是需要学生重点掌握的内容。以OBE理念为指导，本文从以下几个方面进行了课堂教学内容和方法的探索与实践。

1 锻炼学生利用随机过程和概率论知识分析解决通信复杂工程问题的能力

在通信理论分析中经常用到随机过程和概率论知识。因此有必要让学生体会到。提出问题，直接给出解决方案，即最佳接收机原路框图，要求学生自学解决方案的推导过程。对于推导过程的难点给予帮助。启发学生认识到带噪声的数字信号的接收，实质上是一个对随机信号进行统计接收问题，或者说信号接收过程是一个统计判决过程。因此应从随机过程和概率论的观点对数字通信系统进行建模和分析。要求学生总结解决问题的思路，体会数学理论是如何解决工程问题的。

2 锻炼学生利用信号与系统知识解决通信复杂工程问题的能力

信号与系统的思想和方法在通信原理中大量应用，从系统设计的角度启发另一种解决问题的思路，即从最佳接收的概念出发，设计匹配滤波器实现最佳接收。这种方案不需要对信号进行复杂的概率统计公式推导，而是从信号和系统的角度进行分析，设计出匹配滤波器的传输函数。在实际教学中，直接给出匹配滤波器的传输函数，要求学生运用信号与系统课程所学知识自己尝试推导。

3 锻炼学生总结和归纳的能力

引导学生对比分析两种最佳接收解决方案的异同点。相同点是：通过公式推导证明匹配滤波法和相关接收法完全等效，都能实现系统最小误码率，都是最佳接收方法。不同点是：相关接收法能够推出理论数字信号接收误码率的最佳（最小可能）值，从最佳接收机的误码率公式可以得到启发，即在信号能量和噪声环境不变的情况下，误码率大小由发送信号波形之间的相关度决定，这一结论可以指导工程设计，即对发送信号码元波形集进行设计，使得集合中各波形两两之间的相关系数最小，能够取得最小的误码率。匹配滤波接收法的最大输出信噪比和信号波形无关，只决定于信号能量与噪声功率谱密度之比，所以这种匹配滤波法对于任何一种数字信号波形都适用，不论是基带数字信号还是已调数字信号。匹配滤波器传输特性与信号频谱有关，而信号频谱的幅频特性通常不为常数，因此匹配滤波器的幅度特性通常是不理想的，信号通过匹配滤波器会产生严重的波形失真。因为匹配滤波器会使传输波形产生严重的失真，所以它不能用于模拟信号的接收。

本文通过具体的实例，探索了“通信原理”课堂教学中OBE理念的应用，在实践中发现以OBE理念为导向设计课堂教学内容，能够启发学生的工程探索意识，增强学生运用数学知识解决复杂工程问题的能力。

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