新工科背景下《通信原理》教学改革的研究

熊水平

（河池学院，广西 河池 546300）

为了适应科技改革、产业更新以及新经济背景下培养多元化、创新型卓越人才所做出的工程教育重大改革与战略方针，我国应用型本科院校提出了“新工科”理念。新工科理念是指将各个领域学科交叉与融合的实践教学方式，是工程创新人才培养的着力点，是对传统工程专业的改革及创新，其目的是可以服务地方产业转型和经济发展。河池学院自2004年专升为本科院校以来，学校一直以培养应用型人才为目标，围绕地方经济发展，开设了电子工程、电气工程等电子类相关专业，服务于地方电子设备相关企业。为了培养电子类应用型人才，学校在“通信原理”课程等相关核心课程的教学内容、教学手段、课程设计等方面，进行了改革，注重理论知识与实践教学相结合。

1 《通信原理》教学现状

目前，许多本科院校在通信原理实际教学过程中，仍主要演示PPT教学为主、黑板书写为辅的传统教学方式。教学内容侧重于通信原理相关数学公式推导以及传统通信系统的理论分析，内容比较枯燥乏味，实验内容主要以基础实验箱为主，仅能满足学生验证性实验。通信原理课程内容多且抽象，学习难度大，授课内容与高速发展的通信技术不同步，大部分知识点与当前通信技术的发展和应用脱节，这样就难以激发学生的学习动力。加之学生前期基础课程如高等数学、信号与系统等课程学习不扎实，学生对知识理解困难，学习积极性也受到打击，难以有效保障对学生专业素养和能力的培养。这样就很难培养出新工科背景下应用型人才，因此，应用型人才培养方案要加强实践技能的培养。

2 《通信原理》教学改革的方法

鉴于“通信原理”课程的重要作用，针对新工科背景下应用型人才的培养特点，基于目前存在的问题，《通信原理》课程应该在课程体系、教学内容、教学方式及实验教学等方面进行改革。

2.1 《通信原理》教学大纲修订

为了满足广西、珠三角区域经济建设需要，服务地方电子信息行业中小企业发展需求，具有较强的工程实践能力和创新精神，具有扎实的电子信息工程领域相关专业知识，能够胜任区域中小企业中电子信息单元、系统功能模块的设计与应用开发、系统集成、生产组织管理、运行维护等方面的工作，能够成长为技术骨干、项目管理骨干等高素质应用型人才根据电子类行业需求制定人相应的才培养方案，从而设计教学思路。人才培养目标建立电子类专业学生的毕业要求指标点，教学目标要与毕业要求之间要应有明确的对应关系。其中，通信原理课程有三个教学目标。

课程思政目标：培养学生的国家、民族和专业的自豪感；培养学生的科学思维和工程意识；鼓励学生科学钻研，勇于动脑的精神。

知识目标：（1）理解通信原理的基本概念；能将数学、自然科学、工程科学的语言工具用于电子信息科学与工程领域相关工程问题的表述。能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析电子信息科学与工程专业复杂工程问题。（2）掌握通信原理的基本理论；能认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。能运用基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。（3）掌握通信原理的基本分析方法；能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，科学地采集实验数据。了解电子信息科学与工程专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。（4）养成终身学习的习惯；能在社会发展的大背景下，认识到自主和终身学习的必要性。具有自主学习的能力，包括技术理解力，凝练综述能力和提出问题的能力等，能够适应行业及社会的发展变化。

能力目标：（1）能够理通信原理的基本概念；能够运用相关的数学、自然科学、工程基础和专业知识，针对电子信息科学与工程领域具体的问题建立数学模型并求解。能够将相关知识和数学模型方法用于电子信息科学与工程领域复杂工程问题解决方案的比较与综合。（2）能够掌握通信原理的基本理论；能运用相关科学原理，识别和判断电子信息科学与工程领域复杂工程问题的关键环节。能基于相关科学原理和数学模型方法正确表达电子信息科学与工程领域复杂工程问题。（3）够掌握通信原理的基本方法；能够基于科学原理，通过文献研究，调研和分析解决电子信息科学与工程领域复杂工程问题的方案。能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对电子信息科学与工程领域复杂工程问题进行分析、计算与设计。（4）能够拥有终身学习的能力。

2.2 优化适用于新工科背景下《通信原理》教学内容

通过《通信原理》课程教学，学生掌握了确知信号的频域、时域性质、随机过程及噪声信号、信道特点、各种模拟调制与解调原理及抗噪声性能、数字基带信号、码型变换、数字基带信号传输特性；其次，掌握典型通信系统的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法、工程计算方法和实验技能，为进一步学习后续课程奠定扎实的基础；再次，通过软硬结合、同步实践的方式，锻炼学生的抽象思维能力、提高学生实际分析和解决问题能力、培养设计运用能力；最后，通过问题探究、小组讨论的形式培养学生的团队协作精神、引导学生的创新精神，从而培养学生具有深度挖掘通信新技术前沿阵地、探索能力。教学过程中开展课程思政教育，对全面教书育人起到良好的促进作用，从课程地位和内容引入，学情分析及教师要求入手，为工科专业课程教学提供改革思路和实践经验。

根据以上教学目的，首先要教材优化，目前，国家级规划的《通信原理》优秀教材比较多，该类教材编写内容非常严谨而又系统，因此更适用于研究型的大学使用。而针对应用型本科高校的教材较少，因此针对应用型人才培养需要授课老师根据学生的实际情况对通信原理教材的内容进行适当的增减调整，使授课内容与学校人才培养目标和方向更加相适应；其次，核心内容需要调整，《通信原理》课程内容主要覆盖了通信原理的基本定理、信道的分类、模拟和数字通信系统的调制传输系统、信源和信道编码等。信号与系统是通信原理的先修专业课程，另外涉及概率论与数理统计、高等数学等相关数学课程，因此在本课程授课之前，要求通信原理授课教师与先修课程的教师之间增加交流，从而了解学生对以上几门相关先修课程掌握情况，从而可以保证《通信原理》课程的教学质量。最后，通过解析课程框架，优化《通信原理》教学内容，教师应在把握学科体系课程的整体脉络的基础上，从而了解学生有关基础知识的掌握情况，做到有的放矢地进行教学，从而提高教学效率，达到更好的教学效果。同时要将《通信原理》授课内容与比较前沿通信技术的发展相结合，并且通信原理的教学内容要涉及相关新理论、新技术、新成果乃至学科最新发展热点。

2.3 制定适用于应用型本科《通信原理》的教学方式

教学方式有多种，如传统的多媒体教学、现在使用线上与线下混合教学，另外还有翻滚式教学等多种方法，因此授课老师可以兼顾以上教学方法，针对具体内容实施启发式教学，加强师生互动环节，提高学生学习主动性和能动性。学生掌握知识点、解决实际应用的能力，引导学生将所学到的知识来解决工程应用问题。启发学生将理论知识联系实践，增强学生对通信理论和专业知识的学习兴趣；同时结合虚拟仿真技术辅助教学，依托虚拟仿真平台，以虚拟化的多元路径学习为标志及借助现代教育技术如慕课、微课等多种教学方法为核心。在教学过程中通过引导学生自主学习，进而提升学生自学能力及解决问题能力，同时教学团队制定了以下几种具体教学方式：（1）利用雨课堂、PowerPoint等软件设计“引导―教学―实训―拓展”一体化的教学课件，建设用于课堂、课后、期中、期末测试的课程题库；（2）设计《通信原理》课程技能训练专用硬件，并设计与教学内容同步的实训任务，编写《通信原理》实践同步指导书；（3）根据人才培养方案修订教学大纲，设计新的课程考核评价标准；（4）利用蓝墨云、雨课堂、超星平台等发布教学资料、收集学生学习状况的反馈信息。以上软、硬件资源已在电子信息工程专业2018级、2019级教学过程中投入使用，且授课效果良好，得到了学生的好评。

2.4 制定适用于应用型本科《通信原理》的实验教学方案

《通信原理》是门理论与实践相结合的课程，因此实验教学是非常重要的一个环节，实验教学分为传统实验教学和开放实验教学两部分。在传统实验教学中完成大概占40%的验证型实验教学，在开放型实验教学完成30%的综合型、15%设计型实验及15%的创新型实验。创新型实验内容是非常重要，通信技术日新月异，这就要求通信原理实验的教学跟上前沿通信技术的发展。在讲授通信原理理论知识时可以通过演示信号调制与解调等波形加强学生对抽象概念及公式理解。同时，课后布置适量的课程设计，学生通过思考、编程、实验方案设计等，进一步提高学生动手能力，提高学生分析问题、解决问题的能力及创新能力。提高学生的科研能力和创新能力，促进学生的全面发展，从而达到工科背景下应用型人才培养。

2.5 加强校企合作，深化教学改革

高等教育实践证明，产学结合、校企合作是应用型人才培养的重要途径和有效平台。通过校企合作以多种方式建立校外实践教学基地。教师可以去企业进行学习培训，同时校企合作单位安排具有研发能力的工程技术人员到学校授课，校外技术人员上课注重实际教学。同时，通过校企合作可以将应用在企业最新的通信技术引入到课堂教学，使学生在学校就可以接受企业工程师培训，达到资源共享。另外，通过校企合作，实施定向培养，提高学生就业水平。合理安排学生在校学习内容和企业挂职学习环节，对学生实行“双师双能型”教育，专业任课教师可以去合作企业培训，培养“双师双能型”教师，从而真正实现学校与企业的无缝连接，适应通信技术迅猛发展的形势。

3 将思政元素融入《通信原理》教学

课程思政建设是以习近平新时代中国特色社会主义思想和“三全育人”思想为指导，推崇主流价值观；以本地民族文化、蚕桑产业发展为切入点，增强学生服务祖国、服务广西地方建设的责任感；在专业课程教学中贯穿“立德树人”的理念，凝聚学生的价值认同，实现专业课程教学和思政教育同向同行。

教学团队反复开展“理论研讨―资源设计―教学实施―评价调整”课程实践，挖掘学科文化、发挥课程特色、深度解析课程内容，融入工科精神和社会主义核心价值观等思政元素，使专业课程内容与“思政”有机地融合、内化。《通信原理》课程以概率论与数理统计、信号与系统等课程为先导，以通信系统工程为背景，以课程教师和项目导师为主导、学生为主体，建设高素质教育队伍；采用视频互动教学、案例教学、微课教学等多种学生喜闻乐见的形式，通过多样化教学方式将思政教学潜移默化地融入各个环节，丰富思政教育的内容和载体，教学中培养学生树立正确价值观与积极人生观。

因此，在课程思政建设过程中，依靠“任课教师+学科竞赛导师+项目导师”的教学团队、重构的教学目标和教学内容、以本地民族文化、蚕桑产业发展为切入点，采用“第一课堂+第二课堂+企业”的联动培养方式，确切落实“全员育人、全程育人、全方位育人”的要求。在具体授课过程做到：（1）加强课程教学团队建设，提升教育理念与教学水平，提高育人效果。教师是提升“课程思政”教学质量的决定性要素。授课教师、实验员、学科竞赛导师、项目导师等参与育人工作；开展针对性、示范性的“课程思政”教学指导，建设高素质教育队伍，提升教师课程思政建设的主动性，教师的言传和身教相结合，将思政元素自然地融入课程，增加学生的真实体验，力求达到沉浸式的育人效果；（2）重构教学目标，深度解析教学内容，提取思政元素。在《通信原理》课程大纲原有知识、能力教学目标基础上，增加课程总体思政目标，增加每章的情感态度和价值目标。

4 总结

加强理论与实验教学环节，重视理论与实践教学相结合作用及融入思政元素是促进《通信原理》课程教学改革的重要手段。同时《通信原理》课程中学生应用能力的培养是一个长期、综合培养的过程。应用型人才的培养模式还要不断地探索，学科之间也是相互关联，相辅相成的，通信原理课程的培养模式，同样适用于其他学科专业课程的建设，因此，对通信原理课程教学改革具有一定的实践应用价值和推广价值。通信原理课程的学习，对通信及电子专业的后续课程学习起着至关重要的作用。