应用型本科高校通信原理课程教学方法改革

2023-02-28王玲玲尹爱兵

现代信息科技 2023年20期

王玲玲　尹爱兵

摘要：通信原理是电子信息学科的主干专业基础课，其涉及的基本理论和基本方法在现代通信技术中被广泛应用。为进一步提高教学效果，培养创新性通信技术人才，分析了传统通信原理教学的不足，从理论教学、实践教学和考核方式三个方面进行改革。教学内容与时俱进，重难点知识形象化，建立配套线上课程；充分利用实验增强学生实践能力，成立创新兴趣小组；多角度评价学生的学习效果，增加创新能力和实践能力考核比重。经实践教学表明，该方法提高了学生学习兴趣，能够有效地帮助学生掌握课程主要内容，同时促进了具有创新精神和实践能力的综合性人才培养。

关键词：应用型本科；通信原理；教学改革；创新能力

中图分类号：TP39；G434 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）20-0173-04

Teaching Methods Reform for the Course of Communication Principles in Application-oriented Undergraduate Colleges

WANG Lingling， YIN Aibing

（School of Electronic and Electrical Engineering， Anhui Wenda University of Information Engineering， Hefei 231201， China）

Abstract： Communication principle is the main professional basic course of electronic information discipline， and the basic theories and methods involved are widely used in modern communication technology. In order to further improve the teaching effect and cultivate innovative communication technology talents， this paper analyzes the defects of traditional communication principle teaching， reformed from three aspects： theoretical teaching， practical teaching and assessment methods. The teaching content should keep pace with the times， visualize the key and difficult knowledge， and establish the supporting online courses. It makes full use of experiments to enhance students' practical abilities， establishes innovation interest groups， evaluates the learning effects from multiple perspectives， and increases the proportion of innovative ability and practical ability assessment. The practical teaching shows that this method improves students' learning interest， can effectively help students master the main content of the course and promote the cultivation of comprehensive talents with innovative spirit and practical ability.

Keywords： application-oriented undergraduate; communication principle; teaching reform; innovation ability

0 引言

當今社会正通过数字化转型向万物互联、万物感知和万物智能的智能化时代转变[1，2]，这离不开人工智能、物联网、大数据及云计算等技术的快速发展和应用，而通信技术作为其中坚力量做出了重要的贡献[3]。时代与新技术的发展为通信技术注入了新的知识和生命，同时也对高等院校的通信课程提出了更新、更高的要求[4，5]。

通信原理课程是电子信息与通信工程的一门主干专业基础课，主要内容包括模拟通信和数字通信两大部分，其涉及的基本理论和方法在现代通信技术中被广泛应用[6]。因此，通信原理课程对于培养通信技术人才意义重大。而当前通信原理教学不同程度地存在一些问题[7]：1）教学过程以教师为中心，学生学习较为被动，缺乏学习主动性和积极性；2）教学内容跟不上信息技术发展的步伐，授课方式单一；3）对学生创新能力培养的针对性不足，学生理论联系实际的能力较差。这些问题导致了学生对通信原理基本知识与基本分析方法难以深入理解与掌握，对其在现代通信技术中发挥的理论与方法指导作用不够清楚，应用理论解决实际问题的能力欠缺，不利于创新应用型人才的培养。因此，通信原理课程改革是十分迫切且必要的。

本文将从理论教学、实践教学与考核方式三个方面就应用型本科高校通信原理课程改革进行探讨，总结自身教学经验，同时博采众长，给出以下思考。

1 理论教学改革

1.1 依据时代发展合理取舍教学内容

通信原理的先修课程有信号与系统、随机过程、概率论等，对理论基础要求较高，且大部分电子信息与通信工程的本科生并没有系统接触过随机过程这一课程；其次，通信原理物理概念抽象，综合性高，数学推导烦琐。为贴合应用型本科高校人才培养定位，通信原理中的随机信号与噪声分析部分更应注重理论知识的理解与其在后续章节中的应用，不应过多花费精力在理论的论证上。

此外，紧跟时代发展的需求，精简模拟通信内容，突出数字通信，将课程中的理论知识与前沿技术相结合，能够帮助学生更好地理解知识点，使学生产生浓厚的学习兴趣，也为学生展现了学以致用的典范。如在介绍香农公式时，要传输固定大小的信息量，在通道条件不好时，可以用带宽换信噪比，即扩频通信CDMA的传输原理；若带宽有限，可以信噪比换带宽，采用多进制多电平多星座图的多进制调制方式，如256QAM；也可以时间换信噪比，如在深空通信中，一般采用太阳能电池板供电，发射功率有限，经过几万里的传输距离，信噪比极低，可以增加传输时间，以完成信息量的传输。一个香农公式可以带来这么多的工程应用，理论联系实际，提高学生的学习兴趣。

1.2 重难点知识形象化

通信原理中有些概念比较抽象，要真正理解有一定困难，比如码间串扰及码间串扰消除的条件。无码间串扰的时域条件为基带系统冲激回应除t = 0时取值不为零外，其他抽样时刻t = kTb上的抽样值均为零，即无码间串扰的充要条件是h（t）仅在本码元的抽样时刻有最大值，而在其他码元的抽样时刻均为零。这好比在一个教室里，老师提出一个问题，要同学们按座号依次回答，同学们正相互讨论问题，是存在噪音和干扰的，而当老师叫到某位同学回答时，其他同学应保持安静、无干扰状态[8]。借助于生活中的体验来形象化地理解通信原理中的困难知识点，减轻了学生负担，使理论知识的理解与掌握更深刻。

在信源编码中A律13折线PCM编译码是一个重要知识点。将课本相关内容提炼成图1的数轴，图中Δ=1/2 048，为一个最小量化单位。数轴上清楚地列出了0—1每一段的長度、起始电平和量化间隔，将A律13折线的压扩特性完全地体现了出来，借助于这个数轴形象化的表达使琐碎知识点的记忆变得简单，再解PCM编码、译码题目及计算量化误差都会变得轻松，难以出错。

1.3 建立供学生自主预习、复习及测验的在线课程

理论教学的同时建立配套的在线课程，包括所有章节知识点、教案及各类学习资料，可将在线的优质教学资源或教师本人提前录制好的教学视频放置在对应章节供学生自主使用，同时可在线上发布课后作业，教师可指定在线完成或提交纸质版作业。每章结束创建章节测验试题库，客观题可在系统设置好答案，系统自动批改，主观题教师自行批改，章节测验可以帮助学生及时查验自身知识掌握情况，以便做好查缺补漏。图2为通信原理章节知识点、作业库与章节测验。

1.4 利用在线教学平台丰富课堂互动

在线教学平台互动形式多样，题目形式有选择、填空、判断、投票、讨论、问卷、随堂练习等，教师将每节课的主要知识点提炼出来再编排成各种不同的题型，学生可以抢答，教师也可以利用随机选人或指定学生参与回答。教师随时查看所有学生的参与情况和作答正确率，及时掌握学生知识的薄弱点及时巩固。此外，教师可以提前设定题目的积分，学生参与得越多，回答越准确得分就越高，学生也可以随时查看自己获得的积分，积分作为课堂表现的一个依据，将被统计进期末成绩，这无疑会调动学生的参与热情，从而促进课堂教学的效果。图3为课堂互动的一些展示。

2 实践教学改革

2.1 充分利用实验增强学生实践能力

通信原理实验围绕抽样定理、数字基带传输系统、数字频带传输系统、信源编译码、信道编译码、同步技术等基本内容展开，涵盖了理论课几乎所有的主要内容。实验形式多样，有验证性实验、综合性实验，还有一些如汉明编码、卷积码的开放性实验。如何充分利用实验资源，增强、巩固理论知识消解，从而进一步发掘学生的创新能力与实践兴趣？

1）正确对待基础性实验，不可因其看似简单就按部就班做完了之，带着一颗主动思考和探索的心，在实验中“知其然，知其所以然”，善于发现与总结，理论课上遗留的一些疑问或许就在实验课上豁然开朗了。如，在PCM编译码实验中，编码时钟为64 kHz与128 kHz时，同一模拟信号的PCM编码数据是不一样的，如图4和图5所示。因为编码时钟为64 kHz时，一帧中只能容纳1路信号，编码时钟为128 kHz

时，一帧中能容纳2路信号，实验中仅提供了一路信号，故当编码时钟为128 kHz时仅占用了一帧中的一半时隙，观察两组编码数据就明白了时分复用的意义，这即是知识间的融会贯通。

2）教师开动脑筋，在基础性实验的基础上逐渐开设有创新性和设计性的开放性实验，如码分复用解复用实验，汉明码、交织码、循环码编译码与纠错能力实验等。码分复用是发送端用各不相同的、相互（准）正交的扩频码调制发送信号，接收端利用码型正交性，通过解扩，从混合信号中解调出相应的信号。在理解原理的基础上，可以根据实验条件先在Matlab/Simulink上进行仿真，完成不同扩频码的扩频与解扩，然后进行扩频码调制进行码分复用与解调完成信号恢复，有了仿真数据再利用实验箱组合各模块进行理论和实践的验证与反复磨合。这一过程可以让学生的能力得到尽情发挥，专业设计性较强，对学生综合实践能力培养有极大的促进作用。

2.2 成立创新兴趣小组

鼓励学生成立创新兴趣小组，每组3～5人，围绕调制&解调、信源编码&译码、信道编码&译码、同步技术、复用技术等通信原理课程主要内容，学生可依据个人兴趣和知识积累来选择题目。教师制定课题基本的设计任务，每组在查阅相关的经典参考文献和一些最新参考文献基础上完成基本的设计任务，有能力者可进行功能扩展，如进行对比实验和性能优化。兴趣小组最终成果要能够进行演示，形成设计报告，进行答辩，设计突出的小组可以将成果整理成论文进行发表。表1列出了一些任务课题，可供参考。通过创新兴趣小组，锻炼了学生的编程能力、解决实际问题的能力以及团队协作能力。开放性实验及创新兴趣小组的工作积累也会为学生以后的毕业论文提供更多的选择，使优秀的学生能够站在更高的知识水平写出高质量论文，也会以后工作选择打下扎实的基础。

3 考核方式改革

期末考核方式以笔试为主，卷面成绩占比一般为总成绩的60%。此外，通信原理课程考核采用多因子加权综合评定法，建立多元有效、可评可测的全过程智慧教学效果[9，10]。在课程教学环节中，提前预习、课后复习、出勤、课堂表现、作业、期中测验等都应制定不同的评价指标纳入期末考核环节，从多个角度来评价学生的学习效果。同时，增加创新能力和实践应用能力考核的比重，将学生在开放性实验及创新兴趣小组的日常表现和考核结果纳入最终成绩的认定当中并适当提高相应的比重，激发学生在创新能力锻炼和实践应用能力锻炼上的兴趣，适当增加学习压力，促使学生既综合全面地掌握通信原理课程基本原理、基本方法和基本应用，更在实践和创新能力上成为一名名副其实的综合性人才。

4 结论

本文以应用型本科高校为依托，对通信原理课程的理论教学、实践教学与考核方式改革进行了探讨与尝试。与时俱进，依据通信技术发展合理取舍教学内容；重难点知识形象化；建立配套在线课程，做好预习、复习和课堂互动；充分利用实验增强学生实践能力；成立创新兴趣小组；多角度评价学生学习效果，提高创新能力和实践应用能力考核比重。通信原理课程通过多方位的教学改革与实践，取得了良好的成效，教学内容更加合理，线上线下教学系统相互补充，满足了学生的多样化学习需求；注重理论与实践结合，突出了学生的学习主体地位，培养了学生的综合素质与自主学习、探索精神。

综上，本文所提出的一系列改革方法有助于激发学生学习兴趣，提高通信原理学习效果，同时强化了创新实践教育，促进了人才培养质量的提高。本研究对应用型本科高校电子信息类通信原理课程的教学有一定的指导价值，但仍存在不足，在以后的教学过程中仍要不断地探索更为学生有益的教学方法，不断提高自身素养和教学水平。

参考文献：

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[6] 張会生.通信原理：第2版 [M].北京：高等教育出版社，2017.

[7] 杨小凤.通信原理课程教学改革与实践 [J].高师理科学刊，2017，37（1）：95-97.

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[10] 刘冀琼，冯帅.多维度立体式线上线下混合教学创新研究——基于阜阳师范大学运筹学课程的探索与实践 [J].内蒙古农业大学学报：社会科学版，2022，24（1）：27-32.