學科教學知識視角下的《通信原理》課程教學

何小年

（湖南涉外經濟學院電氣與信息工程學部，湖南長沙 410205）

學科教學知識視角下的《通信原理》課程教學

何小年

（湖南涉外經濟學院電氣與信息工程學部，湖南長沙 410205）

舒爾曼提出的“學科教學知識”推動了教育研究與實踐的向前發展。高校《通信原理》課程學科教學的知識結構與內容框架主要包括通信原理課程教學模式等七個方面，對《通信原理》課程教學策略的知識應用進行論述，具有較強的理論和現實意義。

教師教學；學科教學知識；通信原理

一、教師的學科教學知識

在20世紀80年代的西方教師專業化運動中，美國斯坦福大學的Shulman教授，針對當時在對教師的資格認證中，將教師的教學能力簡單理解為教師具備的學科知識和教學知識的問題，指出對教師知識的分析是推動我們對教師行為分析的最主要的因素，提出了“學科教學知識”(pedagogical contentknowledge/PCK，也有人譯為教育學內容知識、教學學科知識、教學專業知能、學科內容教學知識等)這一重要概念。舒爾曼認為，學科教學知識是學科知識和教育學知識的特殊混合體，是教師對學科知識獨特的專業理解，為教師所特有，是“教師對如何幫助學生理解具體學科內容而做出的理解”。[1]學科教學知識使教師學會如何組織和呈現具體學科的主題、問題、結果，使之與學習者多樣的興趣與能力相適應，從而組織教學。學科教學知識的提出，為教師的專業化發展提供了理論基礎。

學科教學知識是教師在教學中將特定的學科教學內容加工轉化而形成的能為學生接受的知識。學科教學知識的形成需要教師對學科知識、教學知識、學生知識、情景知識等進行整合，并對教學經驗不斷歸納、總結與調整。因此，學科教學知識具有實踐性、情景性和個體性。學科教學知識的形成揭示了教師教學能力發展的復雜過程，使對教師教學能力的研究更為深入與科學。[2]

舒爾曼提出的“學科教學知識”概念引起了學者們對與教師教學實踐相關知識的重視，學者們進行了大量的論述與研究，“學科教學知識”理論成為教師教育、課堂教學行為分析、科學教育等學科教育研究的重要內容與基礎框架。后經過修改和補充，舒爾曼又進一步闡釋了學科教學知識的框架。以此為基礎，學者根據自己的理解，提出了學科教學知識的內涵；盡管不同的學者有不同的見解，但大同小異，基本上都認為學科教學知識包括：教師教育信念、學科知識、教育學知識、關于學生的知識、教學情境知識等幾個方面。[3]

二、《通信原理》課程教師的學科教學知識

現代社會是信息社會，電子與通信類專業從而也成為極為熱門的專業。在電子與通信類專業的課程結構中，《通信原理》是極為重要的專業基礎課程。此課程的主要任務在于研究通信系統中的基本概念和基本原理，讓學生掌握通信系統的基本組成、理論原理、實現方法和系統性能，能夠在后續課程的學習和工作中靈活應用，并激發他們對通信學科方面的學習興趣和熱情，使他們有足夠的自信和能力來適應這一日新月異的領域。該課程內容涉及隨機過程、復變函數與積分變換、信息論、信號與系統、數字信號處理等多方面的知識。高等教育是人才培養的主渠道，而教師則是決定學校教育質量的關鍵。在創新人才教育的大背景下，有必要對《通信原理》課程教師的知識結構框架進行分析、研究。

對于教師學科教學知識框架，除理論研究之外，也要進行實證研究，如調查分析、測量、比較等；而教師知識結構必然會涉及學科和專業。以往的研究多涉及基礎教育領域的教師；近年來，高等教育專業的教師學科教學知識也開始受到重視。筆者在理論分析、聽課、親歷教學的基礎上，提出了高校《通信原理》課程教師的學科教學知識框架。高校《通信原理》課程教師的學科教學知識應該包括如下主要內容：

（一）《通信原理》課程教學模式知識

《通信原理》課程教學方法因課程中具體內容的性質而有所不同，常用的教學模式有：仿專家思考模式，是要求學生像通信專家一樣思考，強調學術嚴謹，以傳授專業知識為主的教學模式。概念轉換模式，是通過使學生產生情景上的沖突，改變學生原有的概念，幫助他們建立通信科學概念的模式。探究模式，包括一般意義上的探究和以學習共同體為中心、分工負責、利用實驗室條件進行研究的“小組合作學習”或“合作探究”模式。基于項目或課題的教學模式，即以“導向”性的問題為中心，圍繞一個主題組織概念、原理，指導學生通過實驗和調查得出解決方案等。[4]

在熟悉《通信原理》課程教學模式的基礎上，應根據本科和高職專科的《通信原理》課程教學目標的不同和學生基礎的不同，采用不同的課程教學模式。根據作者的經驗，本科教學中適合采用仿專家思考模式、概念轉換模式、探究模式；高職專科教學中，則宜運用基于項目或課題的教學模式和探究模式。這些模式在教學中還需要靈活交替使用。不論采用何種教學模式，《通信原理》課程的教師都應當具備體現《通信原理》課程特點的教學策略。筆者在教學中大量使用了理論教學與實驗、實習相結合，以及案例教學的策略。

（二）通信專業課程專業培養目標和教學目標知識

通信專業的培養目標是：培養一批具有堅實的理論基礎、很強的創新意識和動手能力的人才，主要培養德智體全面發展、基礎扎實、知識面寬、素質高、富有創新意識、在通信領域內獲得專業訓練的高級技術人才，以適應國家加速信息化發展對人才的需要。專業是以通信技術為主，結合計算機應用的寬口徑專業。根據教學目標，我們應該重點圍繞通信系統設計、智能信息處理、無線通信及測控、現代交換技術、光通信技術、計算機視覺與圖像處理等展開教學應用型人才的培養。

只有從總體上理解了通信專業課程專業培養目標和教學目標，才能在課程教學中處理好《通信原理》和其他課程的關系，達到預期的專業培養目標。為此，我們需要根據創新人才教育的大思路，從高等教育特點和各學校具體條件出發，結合各個專業的特點，加強專業理論教學、實驗教學、實踐教學活動。

（三）《通信原理》課程目標與內容知識

為了適應新世紀的需要，《通信原理》課程的培養目標是：培養具有厚基礎、寬口徑、高素質、強能力，特別是具有工程實踐能力和創新能力的科技人才。通過本課程的學習，使學生獲得必要的信息通信與傳輸方面的基礎理論知識和基本技能，為后續專業課程的學習打下扎實的理論基礎和動手能力；使學生在模擬和數字通信方面建立清晰的系統概念，掌握通信系統的一般分析方法，并具備一定的通信系統設計能力；使學生了解通信技術的最新發展方向，從而把握通信學科發展脈絡，激發學生的主動性與創新性，提高學生的綜合素質和創新能力，為培養能夠解決挑戰性問題的新一代工程師打下堅實的基礎。

《通信原理》課程內容具體包括：通信的概念、通信系統基本組成、數字通信系統、信道簡介；信息熵的基本概念；AWGN信道下香農信道容量理論；信號的頻域分析方法，自相關函數與功率譜密度，互相關函數與互譜密度；Hillbert變換，解析信號，等效基帶分析；隨機信號與平穩隨機信號，窄帶平穩隨機信號，高斯白噪聲過程；模擬調制；模擬信號的數字化；高斯白噪聲信道中的數字傳輸；帶限AWGN信道下的數字傳輸等。對這些內容的深入了解和精深掌握是做好《通信原理》課程教學的前提條件。

除了對這些基礎知識的牢固掌握以外，教師還應該對通信的研究史和發現史、學科研究與開發最新進展，特別是光電子通信有較多的了解，并在教學中適當進行最新研究與開發成果介紹。

（四）學生對本專業知識的理解能力知識

通信專業教師應該了解學生對具體專業知識的理解能力，包括學生學習需要和學習困難的知識。所謂學生學習需要的知識指的是學生在學習某個通信原理課程內容之前必備的專業知識和技能。學生的學科理解能力是影響教學效果的重要原因。只有深入了解學生學習《通信原理》課程需要哪些預備知識、難點是哪些等，才能有的放矢，提高學生學習的積極性，提高教學效果。學生學習《通信原理》課程時，較難理解和接受的知識包括通信的抽象概念、隨機過程概念、信息熵、Hillbert變換，教師教學中應該努力讓學生掌握這些方面的內容。

（五）通信安全意識

通信安全涉及國家、單位，以及個人的通信秘密保障，關乎國家、社會征集、經濟、軍事等各方面的安全。現有的《通信原理》課程教材都不涉及通信安全教育，這是一個很大的缺陷。《通信原理》課程教師不僅自己應該具有一定的通信安全知識和相關思考，更應該將其滲透于《通信原理》課程的教學之中。

三、《通信原理》課程學科教學知識的運用

《通信原理》課程教師應該具備上述學科教學知識，并能熟練地運用于教學實踐活動中。作者在自己的教學實踐中對《通信原理》課程學科教學知識進行了靈活運用。下面對其中的教學策略知識的運用舉例說明如下：

（一）學科知識傳授方面，教學重點放在數字通信系統部分

《通信原理》內容包括通信的基本理論、模擬調制、數字傳輸、編碼技術幾個大部分。由于現代通信的發展方向是數字通信，因此，教學重點在數字通信系統部分。在課程的開始階段，讓學生準確把握數字通信系統的組成、各模塊的功能，使得學生能夠把本課程的內容有機地組合起來，在學習具體知識點時能明確它們在通信系統中所起的作用，收到“既見樹木，又見森林”的效果。《通信原理》是一門理論和實踐并重的課程，在理論教學方面，要讓學生掌握通信系統的基本組成、理論原理、分析方法。為了提高教學效果，在課堂上采用設問思考和逆向思考提問等教學方法，啟發學生思考、誘發學生的思維、激起學生的求知欲望。在教學過程中注重考慮學生的學習方法和接受能力，在備課時，采用換位思考方法，感受學生的困惑，考慮講解的技巧，以在最短的時間內收到最佳的教學效果。同時根據不同的教學內容和教學對象，注意將學生自學和精講重點、難點結合起來。在每章及每小節結束時，注意進行課程總結，讓學生及時鞏固所學內容，便于繼續學習新的內容。

（二）通過介紹新技術進展，提高學生學習的興趣

《通信原理》是通信專業的基礎課程，涉及的最新技術不多，而本院電子信息與科學技術專業通信方面的后續課程也不多。而且，在中國的高等教育中，工科教育的一個較明顯的缺陷是最新科研與開發成果很難及時在教材中體現，用什么教材講什么內容的傳統也使得最新科研與開發成果很難在教師的授課過程中被包括進來。[5]通信的發展日新月異，新技術層出不窮，如何在有限的課時里讓學生掌握通信基本理論的同時，盡量了解更多關于通信方面的新理論和新技術是教學中需要解決的問題之一。作者在教學中采用課內附帶介紹最新進展的形式來實現。例如，在講解基本內容的同時，附帶介紹了移動通信的發展狀況、移動通信中常用多址方式、3G技術及其現狀等內容，既能提高學生的學習興趣，開拓其視野，也能為他們將來從事這方面的研究和開發指明方向。

（三）通過CAI和仿真輔助教學，加深對理論的理解

大量使用多媒體進行教學，并在課件設計上注意突破簡單的演示型模式，體現知識的建構過程，重視知識要點的剖析，提高學生主體的參與程度；在課堂講解上，注意將重點內容在黑板上列出，避免讓學生有看電影的感覺，同時便于學生理解掌握原理，從而彌補了傳統教學和多媒體教學各自的不足；同時，利用仿真軟件對通信系統進行仿真觀察，提高了學生對理論的理解能力，培養了學生的系統觀念。

（四）加強教學實踐，鞏固所學內容

《通信原理》是一門實驗性很強的課程，為了幫助學生鞏固所學的內容，加深理解，筆者在教學中采用兩種方法來進行教學實踐。其一，精心設計實驗，利用本系現有的實驗設備，設計實驗內容；其二，利用MATLAB仿真軟件，編寫仿真程序，采用課堂演示的方法。比如，通過仿真實現多種解調方式的誤碼率曲線，可以讓學生們直觀地了解它們的性能差異，體會“面對面”交流的樂趣。而編程基礎比較好的同學可以開發一個簡單的數字通信系統，重點讓學生練習使用信源編碼信道及接收機的仿真實現等。這樣，既提高了學生的編程能力，也加深了其對整個通信系統的理解。

四、結語

近幾年來，對于學科教學知識的研究已經轉向指導教師教育、進行教師能力評價等可操作層面，使學科教學知識具有了現實的意義。[6]通信科學的飛速發展為專業教師的發展提供了契機，同時也提出了挑戰。本文在理論分析和教師教學行為分析的基礎上，提出了《通信原理》課程教師學科教學知識的框架，希望能為《通信原理》課程教師培養與發展提供一些借鑒。

[1]Shulman.L.Knowledgeandteaching：Foundationsofthene-wreform[J].Harvard EducationalReview,1987,(57):1-22.

[2]劉海濤,昊雪梅.談生物學專業教師的知識結構[J].中國大學教學,2007,(2):43-44.

[3]李瓊,倪玉菁,蕭寧波.小學數學教師的學科教學知識:表現特點及其關系的研究[J].教育學報,2006,(4):58-64.

[4]劉清華.學科教學知識的結構觀[J].河南大學學報:社會科學版,2005,(1):134-137.

[5]潘麗峰.對工科大學生創新能力培養的思考[J].湖南第一師范學報,2008,(3).

[6]趙發勇.《通信原理》課程的教學研究[J].中國電力教育,2008,(9):71-73.

Communication Theory Teaching from the Perspective of Pedagogical Content Know ledge

HEXiao-nian

（Departmentof Electricity Information Engineering,Hunan International Economics University,Changsha,Hunan 410205）

PedagogicalContent Know ledge(PCK)presented by Schulman promoted the developmentofeducation research and practice.College PCK of teaching know ledge structure and content framework of communications theory courses includes seven aspects.Analysison the teaching strategies from the perspective of PCK isofgreatsignificance both in theory and practice.

teaching;PedagogicalContent Know ledge;Communication Theory

TN911-4

A

1674-831X（2010）01-0061-03

2009-08-15

何小年(1977-)，女，湖南望城人，湖南涉外經濟學院電氣與信息工程學部講師，碩士，研究方向：運籌學與控制論。

[責任編輯：胡 偉]