STEAM理念下的通信系统设计与仿真教学改革探索

冯彩英　赵艳

【摘  要】针对“通信系统设计与仿真”课程在传统教学中存在的问题。鉴于该课程是一门多学科交叉的综合性课程这一独有的特点，对该门课程进行教学模式改革。本文以STAEM教育理念为依托，以项目学习为主要学习方式，对教学内容考虑模块化设计，每个模块都由浅入深，以需求学理论、以实践为主导，引导学生运用跨学科思维解决实际问题。从而提高学生的通信系统设计与仿真学习成果。

【关键词】STEAM理念;教学改革;项目学习;模块化设计;跨学科思维

中国分类号：TP301        文献标志码：A

0 引言

国内各高校对通信系统设计仿真這门课的讲授大多以理论和仿真为主，没有让学生从项目及硬件层次上实现通信系统中的基带传输、信源编译码、信道编译码、数字调制解调等技术。欧美国家各院校的培养是采用STEAM教育，通过项目化教学方法来完成的，实现了从培养简单学科素养到综合素养的转变，实现了培养项目学习的能力。本文针对“通信系统设计与仿真”课程的特点及在传统教学中存在的问题，探索STEAM理念下的该课程教学改革思路。

1 STEAM教育理念

STEAM课程是美国政府主导的以科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）为核心的课程，STEAM教育以项目学习为主要学习方式，学习者通过项目学习来完成学业，同时获得创新能力的培养[1-2]。科学技术的进步深刻地影响着科学教育（STEAM）的发展，新媒体联盟首次发布的《2012-2017科学教育技术前瞻》[3]正是以科学技术发展为切入点研究美国的科学教育。本文以STEAM理念为指导，改进传统的教学模式。

2通信系统设计与仿真课程特点

信息时代的快速发展和人才的紧缺促使通信工程专业成为理工专业里的翘楚。5G时代的技术革命使通信企业对通信工程专业的人才提出了新的要求。“通信系统设计与仿真”[4-5]。

该课程以通信系统的基本理论为基础，主要讲述通信系统中的基带传输、信源编译码、信道编译码、数字调制解调等技术。传统教学一般运用MATLAB仿真软件对通信系统进行仿真设计，使学生加深对通信基本理论及通信系统基本工作原理的掌握和理解。但该课程教仍然存在很多问题，一是教学内容涉及面广，没有模块化设计;二是教学目标不够贴合市场，没有完全做到以学生为中心，对学生专业技术、应用能力、团队协作交流能力、系统工程分析能力和自我提升能力的培养目标不完善;三是教学策略比较单一传统，未采用多种教学策略来调动学生的学习积极性;四是理论课时过多，过于侧重理论课的讲解，对学生实践能力和创新能力的培养不够。

为适应当前市场对通信从业者需具备综合实践能力的要求，需对“通信系统设计与仿真”课程进行教学改革，改变传统的培养模式及教学理念，注重实践教学，从而培养学生分析问题、解决问题的能力及创新能力，培养学生应用和设计新的通信系统的能力。

3 STEAM理念下的通信系统设计与仿真教学改革思路

根据该门课程的特点及传统教学模式存在的不足，对本门课程的改革思路基于STEAM理念[6]，从市场需求的通信系统设计人才培养目标出发，构建通信系统设计学习成果，进而确定教学内容、教学方法等。学生的培养需要从通信系统设计与仿真课程的实施，达成通信系统设计与仿真学习成果，使培养的学生能够满足企业通信系统设计人才的需求，这是一种反向建设和正向培养的过程。

（1）教学模式上的创新。首先分析目前社会对通信系统设计与仿真人才的需求，确定通信系统设计与仿真的人才培养目标，制定通信系统设计与仿真课程培养目标，构建BOPPPS教学设计模式。

（2）教学内容上的创新。鉴于该课程是一门多学科交叉的综合性课程这一独有的特点，以STAEM教育理念为依托，考虑模块化设计，内容尽可能全面，每个模块都由浅入深，以项目学习为主要学习方式，以需求学理论、以实践为主导，引导学生完成理论学习和实践锻炼，使学生通过项目学习来完成学业，让学生能够采用不同的平台（MATLAB仿真、Simulink建模、DSP实现、FPGA实现等）进行通信系统设计项目的开发。

（3）教学策略多样化。以STAEM教育理念为依托，以项目学习为主要学习方式，学习者通过项目学习来完成学业，获得知识与技能，期间同时获得创新能力的培养。同时采用PBL学习、CBL学习、合作学习、讨论学习等方法。

（4）成果评价标准多元化。改变传统的成果评价标准，采用多元和梯次的评价标准，评价强调达成学习成果的内涵和个人的学习进步，淡化学生之间的比较。根据每个学生能达到教育要求的程度，赋予从不熟练到优秀不同的评定等级，进行针对性评价。

（5）实验手段的创新。在实验环节，传统的教学活动主要采用MATLAB仿真工具对通信系统进行仿真和分析，学生无法了解硬件相关的知识，而且人机交互不友好。因此为提高学生实践及创新能力，在实验教学中，在MATLAB仿真的基础上，应用DSP集成开发环境—CCS调试程序，通过SEED-DTK5502试验箱对基带传输、信源编译码、信道编译码、数字调制解调等技术进行实现，从而提高学生解决复杂工程问题的能力。

4 结论

针对“通信系统设计与仿真”课程的特点，为适应当前市场对通信从业者需具备综合实践能力的要求，基于STEAM教育理念，改变传统的培养模式及教学方法，注重实践教学，从而培养学生分析问题、解决问题的能力及创新能力，培养学生应用和设计新的通信系统的能力。

参考文献：

[1]Guy André Boy.From STEM to STEAM：toward a human-centred education，creativity & learning thinking[C].European Conference on Cognitive Ergonomics.2013.

[2]李小涛，高海燕，邹佳人，et al.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志，v.34;No.232（1）：30-38.

[3]李睿.支持美国科学教育发展的新技术——基于《2012-2017科学教育技术前瞻》分析[J].远程教育杂志（3）：31-37.

[4]张天骐，曹建玲，任智，et al.“通信系统仿真”课程创新模式探索[J].科学咨询，2013，000（034）：151-152.

[5]王雅宁.基于System View的“通信系统仿真”教学改革研究[J].科技信息，2011（03）：28-29.

[6]李秀燕，叶兴梅，陈赐海.STEAM教育理念在高校课堂的引入与实践[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2019（3）.

基金项目：

2019年校级教育教学改革研究与实践项目（2019JGXM25）.

作者简介：

冯彩英（1987-），女，河南商丘人，硕士，主要从事计算智能与模式识别研究.

赵艳（1988-），女，河南商丘人，硕士，主要从事计算机图像处理研究.

（作者单位：商丘工学院  信息与电子工程学院）