基于CDIO工程理念的《通信原理》课程教学模式研究与实践

2020-11-12徐东辉刘国东韦素媛杨文可

电子元器件与信息技术 2020年8期

徐东辉，刘国东，韦素媛，杨文可

（1.火箭军工程大学302 教研室，陕西西安 710025；2.火箭军工程大学作战保障学院，陕西西安 710025）

0 引言

传统课程教学过程中存在教师以理论讲解理论，联系工程实践不紧密、学生系统性获取专业知识困难、缺乏实际解决工程项目的能力等问题。如何运用新教育理念进行课程教学模式改革，培养满足产业界需求，具有职业素质和专业能力的信息类工程人才是当下必须解决的现实问题。

1 课程特点

《通信原理》课程是我校生长干部学历教育阶段，信息类专业的一门必修工程技术基础课程。既要求学员系统掌握信号，信道及噪声，模拟信号的调制与解调，数字信号的基带传输，数字信号的频带传输，模拟信号的数字传输，多路复用与数字复接，同步原理，差错控制编码和伪随机序列与应用等内容，又要学员及时了解掌握现代通信有关技术，对于培养学员掌综合运用所学知识，具备创新精神和对新技术、新环境的适应能力，从事信息传输领域的应用研究具有重要作用。

课程具有三大特点：一是内容丰富、概念抽象，课程主要讲授信号编码与传输原理与技术，许多概念、现象，无形无像，看不见、摸不着，学员理解难度大[1]；二是原理复杂、理论性强，既要讲解发送、接收、信道等过程性原理，又包括编码、调制、解调、差错控制与检测等方法行内容，还要讲清楚模块设计、电路组成等系统性原理，多重逻辑交织，教员讲授难度大；三是应用广泛、学用结合，作为多专业的公共工程技术基础课程，如何在课堂教学中针对本专业特色和需求，实现学用结合，也对教员教学实施提出挑战。

2 教学设计

采用传统教学手段和方法难以突出课程特色，因此运用CDIO工程教育理念开展教学。CDIO工程教育理念是构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）四个环节过程，是由麻省理工学院等跨国研究结构经过四年的探索研究得到的创新成果[2]。CDIO是一种基于项目的研究型教学方法，坚持以“学生为中心，教员为主导”，重在学员能力的培养。使《通信原理》的授课活动在CDIO模式框架内进行是本文研究的主要内容，通过基于项目的学习，激发学生的积极性，增强学生解决问题与研发的能力，以及团队工作和沟通能力，教学设计分为理论内容教学设计和实训内容教学设计两部分。

2.1 理论教学内容设计

（1）课程教学中构思环节主要突出面向授课对象构建内容框架，建立课程MAP图，突出信息传输和数字通信系统；（2）设计环节主要以工程应用为牵引，以信息传输过程为主线设计教学内容；（3）实施环节注重行业标准、技术规范解析，强化学员工程思维，通过横向比较，拒绝内容重复；（4）运作环节主要突出运用实践教学加速学员知识转化，加深现实理解应用。

基于以上分析，课程教学设计中按照信号在通信系统中的传输过程这一主线，将课程内容划分为模拟通信系统、数字通信系统、模拟信号数字化和综合实验等四大模块，注重概念提炼，避免大量数学推导、突出基本原理讲解、关键技术分析、具体方法实现和实际应用结合。理论教学内容设计如图1所示。

2.2 实训教学内容设计

依据CDIO构思、设计、实施到运作的工程教育理念，秉承理论与实践教学并行开展，相辅相成的要求，基于通信技术实验室的创新实训平台、结合通信系统仿真软件（Matlab、System View和LabView)、自编配套“通信原理仿真与实训教程”，设计了理论教学与实践项目有机结合实训教学内容体系。依据信号的传输流程，遵循以项目为载体、以任务为驱动、以实训带动教学的学员技能培养思路，完成从“原理验证→仿真设计→综合创新”为目标的实训培养过程，使学生在由浅入深、由易到难的项目实训中理解通信基本原理、提升实践创新能力。依据课程特点，选取7组典型项目开展实训教学内容，如图2所示。

3 教学实践

课程教学实践过程是保证教学设计得以有效落实的关键环节，基于CDIO工程教育理念的《通信原理》教学过程是落实工程项目实践的一种有效方式。

3.1 理论内容教学过程

按照CDIO工程理念组织教学内容，在理论教学过程中教员通过梳理和明确项目模块中所涉及的理论知识点，并借助课堂教学帮助学员完成所需知识的学习和储备。通过将学员划分项目小组协作完成任务，通过小组讨论，制定项目计划、技术方案、实施步骤、电路设计和实现算法等具体项目内容，锻炼学员合作意识、团队意识[3]。项目小组长作为第一责任人，负责项目进度掌握、成员根据安排分别完成电路搭建、程序编写和测试验证等任务，实现由理论研究到项目产品的转变。对项目完成情况进行合理评价和客观反馈，判断是否达到任务要求，完成项目报告撰写，并指定专人进行成果汇报，总结经验进行推广。

3.2 实训内容教学过程

《通信原理》课程实训内容主要借助硬件平台和软件仿真，实现从“原理验证→仿真设计→综合创新”，将理论知识与实践操作有机结合，锻炼学员的创新意识和探究意识[4]。硬件平台实训项目，由于学员可利用所学的电路设计知识进行实际通信系统的设计与应用，更利于学员动手能力和综合设计能力的培养，相比软件仿真更易培养学生的工程实施和创新能力，但成本更高，灵活性较低[5]。软件仿真作为硬件设计的有效补充，学员可利用其强大的人机交互界面搭建通信系统，实现动态仿真。软件仿真需要学员具备较强的抽象理解能力，通过编程语言和图像化方式进行相关通信系统模型的设计和计算，并能使学员可清晰观察信号传输整个过程中不同节点的波形或频谱变化。

通过CDIO模式下《通信原理》课程教学实践，既能够帮助学员完成不同学期所学各相关课程理论知识的整合和联系，又能够帮助使其树立通信工程的系统性概念，充分理解通信系统的工作原理，并学会借助硬件实验平台和仿真软件完成对通信工程技术问题的实际解决[6]。

4 考核评价

科学合理的考核方式对于激发学员的学习积极性、促进课程教学效果的提升至关重要。基于CDIO工程理念的教学模式考核评价过程贯穿整个教学过程[7]。评价方式也由原来的单纯教员打分改为由学员自评、互评、教员评价和同行专家评议相结合的方式。教员引导学员对各小组从“构思→设计→实现→运作”四个环节完成课程项目的表现进行综合考核[8]。各小组之间通过交流互评，引导学员反思、总结和改进，巩固学员对通信原理、典型系统、信号传输的理解与应用，培养学员综合应用、系统构建、调控技能及团队协作能力。

整个考核评价过程中关注对学员实践创新能力，系统构建与调控能力的考核，注重结合理论知识考察、项目方案计划、项目调试验证、成果展示及总结报告等方面对小组成员给出总体评价与意见建议。考核评价的多样化也促进学习方式的多样化，更利于建立和完善评价系统，保证教学效果的有效落实。