《通信原理》课程教学改革探讨

2022-03-17张春梅刘泽良

教育现代化 2022年24期

张春梅，刘泽良

（1.空军工程大学防空反导学院，陕西西安；2.九江学院电子工程学院，江西九江）

伴随着云计算、大数据、5G、物联网等新技术的发展，我国正在向智能化社会转变，而通信是智能化社会的核心成员，《通信原理》课程的教学方法和教学模式需要密切跟踪时代的步伐，以新工科的教学理念培养、塑造未来人才，以满足国家对通信专业方面人才的需求。

《通信原理》是一门承上启下的课程。承上：它的前置课程比较多，比如《信号与系统》《数字信号分析》《概率论》《线性代数》《随机信号分析》《电路分析》等课程，知识面广，综合程度高。启下：为后续课程《现代DSP技术》《光纤通信》《现代交换技术》《计算机通信网》《通信网络》等奠定良好的、扎实的地基。总而言之，《通信原理》课程是从基础过渡到专业、理论过渡到应用的桥梁和纽带，对学生综合应用能力的培养起着至关重要的作用[1]。

通过对《通信原理》的系统学习，学生能够掌握通信的基本方法和基本应用；熟悉模拟通信系统、数字通信系统的组成以及各组成部分的功能；熟练掌握通信系统性能分析方法以及提高系统性能的措施，培养学生综合应用能力。

《通信原理》课程涉及的专业课程比较多，尤其是《随机过程》这一章节内容，本身作为一门专业基础课学习就是学生“头疼”的课程，在《通信原理》课程中占据4~6课时，理论授课课时不能占用太多，否则通信原理部分内容课时不够用，但是如果理论授课课时太少，又会影响后续章节内容的学习。数字带通传输系统这一章中分析噪声的数字特征还会用到希尔伯特变换，在此之前，学生也没有接触过希尔伯特变换，此外还会用到傅里叶变换等等。总之，《通信原理》公式多，推导复杂并且难于理解，因此出现了一系列问题，比如：学生学习积极性不足，师生缺乏互动性等问题，传统的以教师为中心的教学模式无法适应新时代人才培养的需求，新工科的提出，为《通信原理》课程的教学改革提供了方向[2]。

论文从教学内容的优化、线上学习的具体应用、新技术的引入以及思政与专业课的结合方面进行了改革实践。

一优化教学内容

如何调动学生渴望知识的兴趣呢？如何促进老师和学生的互动性呢？如何提升课堂教学效果呢？如何使学生摒弃掉老师是照本宣科呢？如何.......？回答是优化教学内容，但是如何优化教学内容呢？

优化教学内容时，老师应该克服一些自身的和外在的困难：（1）习惯了以教师为中心的传统教学方式的思维模式，没有做好教学改革的思想准备，导致教学方法单一、陈旧、落后；（2）教材框架的约束、照本宣科、多媒体课件教材化；（3）忽略学生在教学中主观能动性；（4）没有重视学生综合能力的培养；（5）忽视了学生的学习兴趣对学习的促进作用；（6）课程内容没有跟上时代步伐，没有进行更新。本文结合《通信原理》详细介绍[3]。

通信原理课程选用的教材是樊昌信和曹丽娜老师编写的《通信原理》（第7版），该教材共有13章，课程内容丰富，理论抽象，如何把知识讲清楚，使学生理解、掌握并且熟练应用是许多通信课程老师探索的目标。

学生前期已经学习了《数字信号处理》和《随机信号分析》两门课程，确知信号（第二章）和随机过程（第三章）内容与后续的数字基带传输系统（第六章）和数字带通传输系统（第七章）内容紧密相关，同时课时有限，因此将确知信号和随机过程的相关内容融入到第六章和第七章进行讲解。

模拟调制系统（第五章）内容的线性调制原理（第一节）和线性调制系统的抗噪声性能（第二节）融合在一起，形成4个模块：AM模块、DSB模块、SSB模块和VSB模块，每个模块包括原理和抗噪声性能两部分内容，教师精讲前两个模块，后两个模块由学生分享内容、讨论[4]。

第六章数字基带传输系统内容比较多，数字基带信号和基带传输的常用码型内容联系比较紧密，适合组合在一起进行学习。频谱特性涉及到随机信号分析和数字信号处理两门课的知识点，内容难度系数比较大，可以进行一次专题授课。数字基带信号传输与码间串扰和无码间串扰的基带传输特性内容组合在一起，基带传输系统的抗噪声性能这部分内容留到第九章数字信号的最佳接收内容学习后，由学生通过多媒体演示、分享、讨论这部分内容。眼图（第六节）和部分响应和时域均衡（第七节）内容组合在一起。

数字带通传输系统这部分内容也要进行重组。将调制原理和抗噪声性能形成一个整体，按照ASK模块、FSK模块、PSK模块、DPSK模块、多进制数字调制模块进行教学，教师精讲前两个模块，后两个模块和前两个模块的分析方法类似，教师主要讲解其中的差别，具体实现方法、完成方式留做大作业，学生利用课余实践或者自习时间完成，可以充分利用学堂在线、中国大学慕课、百度文库、知网、维普、万方等资源查阅资源，进而提高学生独立分析问题的能力[5]。

教学不能完全按照教材的框架进行教学，但是也要注意通过教学内容重组，并不是简单地将教学内容拆分、机械性地组合在一起，而是要以培养目标为导向、紧贴实际应用、结合科研，把相互关联的知识点有机地结合在一起，重组时不限于本章知识点，可以跨越章节之间、甚至是专业课之间，摒弃了照本宣科，突破了教材体系，使学生不再有“我们是按照课本讲的，我随时可以自学”的想法，极大地激发了学生学习的浓厚兴趣，进而提高课堂教学效果。

二线上学习

传统的教学方式以教师为中心，板书为主，后来进入到多媒体教学方式，但是总的来说，都是以教师为中心的教学方式，各大高校、老师探索的翻转式课堂、对分课堂、雨课堂等实际上都可以归为探索以教师为主导、以学生为主体的教学方式，也就是以学生为中心的教学方式。近几年探索线上教学、线下教学、线上与线下混合教学方式的教师越来越多，希望在教学效果方面有所突破，经过几期学生的实践，《通信原理》与“网络+教育”的结合，学生的学习效果有了明显的提升。

确知信号（第二章）内容属于《数字信号处理》课程理论范畴，这部分内容作为一门独立的专业基础课需要40~60学时，随机过程（第三章）内容属于《随机信号分析》课程理论范畴，一般课时是30~40，而《通信原理》课程是40~60学时，因此，老师无法给这两章内容分大量的课时。《数字信号处理》和于《随机信号分析》这两门课是《通信原理》的先修课程，如果考虑已经修过，直接进入到《通信原理》的教学中，学生后面章节内容的学习就会受阻。因为《数字信号处理》《随机信号分析》和《通信原理》属于同学期的课程，学生刚学完没多久，还没有完全消化、理解所有的知识点，突然之间要把这两门课程应用到《通信原理》中，对学生的挑战性偏大，另外学生之间的差别也比较大，因此探索好的教学方法至关重要。

随着互联网的日臻成熟，为“网络+教育”的教学模式提供了开放的空间。2013年，香港科技大学、北京大学、清华大学等高校开展网络课程，这意味着进入了中国教育教学领域。从2013年到2019年，经过六年的发展，我国已有1.25万门慕课，学习人数超过2亿。这种教学模式打破教与学的时空界限，进而改变了课堂教学方式。MOOC的发展与成熟解决了《通信原理》学时不够和内容多的矛盾[6]。

根据《数字信号处理》和《随机信号分析》的实际情况，所以第二章和第三章内容采用线上模式进行学习。目前我国的在线教学平台比较多，教学资源都非常丰富，学生可以自由选择平台进行学习。我们推荐的平台是中国大学mooc平台，推荐的《随机信号分析》课程是北京理工大学宋承天老师主讲的《随机信号分析》，跟《通信原理》第三章随机过程的内容比较匹配；推荐的《数字信号处理》课程是电子科技大学朱学勇等老师主讲的《数字信号处理》。

《通信原理》开课前，教师每周通过微信群或者微信公众号下发学习任务，学生利用自习、课外时间完成老师布置的任务，在独立学习过程中，可能会和许多难点“相遇”，做好记录，并通过事先建好的微信群在群内和老师、同学一起讨论，争取在《通信原理》开课前，将所有的问题都一一消灭。此外，确知信号内容线上学习部分需要在课程开课之前完成。通过线上学习对线下教学的辅助，解决了课程内容多、课时不够的矛盾，同时也培养了学生独立学习、思考的能力。

对于其他章节的内容采用对分课堂的形式。把一半的时间交给老师，由老师讲授；一半的时间交给学生，以讨论方式进行学习。对分课堂实现了讲授和讨论的分离，对分课堂能够提升学生独立学习能力；培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决实际问题的能力；促进学生创造性思维的形成；提高课堂教学效果[7]。

三与时俱进，增加新技术

《通信原理》教材比较多，以基本原理为主，内容滞后于日新月异的通信技术。为了使《通信原理》教学内容不与时代脱节，教师需要密切关注、跟踪、思考通信新技术以及国内国际一流大学的先进教学经验和科研成果，把前沿技术、科研热点、最新的科技成果融入到课堂教学中，激发学生的求知欲；拓展学生的知识面；积极探索将理论与通信的过去、现在、未来发展联系在一起，将理论应用于通信工程的实现方法[8]。

将新技术融入到《通信原理》中，主要有两种方式：（1）将新成果合理加入到教学中，嫦娥五号任务最重要的目标就是“采样返回”，这里的“采样”和信源编码（第10章）中的采样是否是一回事，进而引入了“钻取”和“表取”两种采样方式，并且进行简要说明，最终将新技术、新成果融入到教学中。在信道（第4章）中，介绍信道的分类，特点时，介绍蓝牙方面的技术。这种教学方法会打破教师长期以来的习惯的教学内容，对教师的挑战比较大，需要一段时间的积累。（2）以新技术专题讲座的方式介绍新概念、新理论。比如：物联网、5G、云计算、大数据等。

四加入思政环节

在第一章绪论介绍古代通信时，通过视频展示周幽王烽火戏诸侯的故事，让学生体会先进的通信工具，也需要具有雄心抱负、具有领导才能等的人使用它，才能最大的发挥其功能；古代的通信工具虽然比较简陋落后，但是在当时的年代中发挥了重要的战略意义，体现了古代人的智慧，并延伸到当代通信，使学生坚信自己能够、有能力服务社会；讲述苏武牧羊的故事，学生讨论苏武牧羊的精神体现，通过讨论互动，使学生体会爱国主义情怀，下定决心为中华民族的腾飞和世界经济的发展献出自己的满腔热情。通信系统有可靠性、有效性、适应性、经济性等性能指标，对于可靠性和有效性指标，类似于鱼和熊掌不可兼得，引入辩证法中的矛盾关系，不能只关注一种性能指标的提高，防止木桶效应，根据实际情况，选择最优方案。通信技术是在线课程强有力的保证，由此引入5G技术，使学生感受到通信技术的重要性，增强学生的民族自豪感，树立科技报国的使命感，并为实现中国梦而努力学习。

在第三章随机过程介绍各态历经性时，引入一般和特殊哲学关系。在介绍维纳-辛钦定理时，引入1914年阿尔伯特·爱因斯坦的一份简短的备忘录里阐述的想法但并未给出证明，指出机遇可遇不可求，思想的火花可能一闪而逝[9]。

在第四章信道中，介绍信道的定义、分类时，引入华人科学家高锟在光纤通信方面作出的巨大贡献，介绍光纤打开了人类进入光导新纪元的大门，增强学生的专业认同感、激发学生的使命担当感。

在第六章数字基带传输系统介绍编码时，引入莫尔斯的成长经历。通过莫尔斯的经历告诉学生：（1）莫尔斯虽然早期是一名画家，但他凭借着一份兴趣，一份执着，揭开了人类通信史新的一页，作为通信专业的学生，我们更有实力去投身到科技兴国的建设中。（2）莫尔斯的成功不是一个人努力的结果，使学生明白团结协作的精神。（3）有了思想的火花，应该想办法让它燃烧起来，敢想敢做，付诸实践，在历史的车轮中，就可能会有你的作品[10]。