基于CDIO模式下的《現代通信原理》教學探究

唐 云 張文昭

（湖南科技學院 電子研究所，湖南 永州 425199）

《現代通信原理》課程是高等院校電子信息類專業及通信工程專業本科生的一門必修專業基礎課程，是主干課程之一。然而，該課程涵蓋內容之多、知識面之廣，涉及隨機過程、復變函數與積分變換、信息論、信號與系統等多方面的知識，并且概念抽象、理論性強、原理復雜，學生在學習中往往感到吃力和乏味，缺乏學習興趣，造成學習后勁與動力不足。因此，為了讓學生更容易學好和更喜愛這門課程，把握現代通信原理，掌握必要的通信工程技能，必須從教師自身入手，從教學上予以探究，在教學內容、教學方法和考評方式上予以改革。筆者認為，運用CDIO大工程教育模式是探討此課程教學改革的有效之法。

1 CDIO教育模式的內涵

CDIO教育模式是大學生應用能力培養的一種工程教育模式。CDIO是“構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）”四個詞組的英文縮寫，這四個詞組有序地聯在一起，其含義是指以產品研發到產品運行的生命周期為載體的工程人才培養教育模式[1]。這種教育模式是基于現代產業發展與人才能力對接的需求，于 2000年由美國麻省理工學院等四所高校聯合研究而提出來的。它囊括了學生四個層面的能力培養：一是專業基礎知識的把握能力，包括基礎科學知識、核心工程基礎知識、高級工程基礎知識等；二是個人素質的拓展能力，包括發現問題、分析問題和解決問題、系統思維、個人技能和職業技能等；三是團隊結構的合作能力，包括團隊精神、交流溝通、興趣指向、學識水平等；四是CDIO工程的理順能力，包括外部和社會環境、企業與商業環境、構想與工程系統、設計與規劃系統、實施與周期系統、運作與問題系統等。

CDIO教育模式的根本點是建立問題探究式學習方式。這種學習方式是以工程項目為平臺，以實物為主線，倡導問題驅動性。也就是說，讓學生在具體項目上自主地提出問題，找到解決問題的方法，形成合作、互動、追源、查因的探究式學習方式。這種問題探究式學習方式是通過工程項目的選取、情景氛圍的創設、協作互動的開展，從而促使學生自覺地運用工程基礎知識，有效組合個人、團隊、環境等各種因素來實現的；是通過一種具體的情景模式，在準確理解、分析、判斷問題的基礎上打造出來的；是通過工程項目的具體制作，在縱橫交錯的多學科多維度融合的理論與實踐活動中展開的。這種工程教育模式，不僅促進了理論知識的學習與企業實際項目的緊密結合，而且更是人才智慧的培養之窗。這種工程教育的人才培養理念在國際上獲得了廣泛的共識。

CDIO教育模式的核心路徑是教學的實踐性。這種教學模式最為關鍵的環節是以項目為學習中心。倡導在項目中“做”，在項目中“學”，在項目中激發學生的學習興趣，在項目中提高學生解決實際問題的能力。這種教育模式，強調的是課程實驗活動，是教師對工程項目的篩選與引導，是學生在實驗活動中動手能力的培養。這一目標的實現過程，既需要理論的整合，又需要實驗的支撐。也就是說，在實驗的基礎上把握理論，再在理論的整合上指導實踐操作。這個過程的每一步都離不開教師“教”的實踐與學生“學”的實踐性。實踐性是CDIO教育模式的核心所在。

2 傳統通信原理教學模式存在的問題

《通信原理》是理論與實踐性極強的一門課程。傳統的教學模式存在的最大問題就是忽視了學生的實驗與實踐活動。具體表現為：教學活動中以理論闡釋理論，以知識灌輸替代自主思考，以考卷分數高低評價學習優劣。

（1）在課程教法上的理論與實踐嚴重脫節

傳統教學法是依據通信原理教材模塊組織教學。其教材版本的設計，注重的只是理論學習，忽視了實驗與實踐環節。課堂上，教師依照教材往往花費課堂的全部時間去講解基本概念，推導繁瑣的數理公式，實際上是在以理論闡釋理論。教師所傳授的概念知識、公式推導和學生課后的練習，與通信原理課要解決的實際問題不配套、相脫離。通信原理課程的重點應該是運用數理結論、方法，設計出通信工程項目和項目流線。要達到這一目標，必須要依據形象的、實實在在的真實感知項目，讓學生浸泡在通信原理的情境模式中，設法構造“想象”的真實；必須要運用具體實例，進行實驗操作，分析結構、數據，得出原理。因此，如何將書本上的理論知識與實踐應用聯系起來，以實驗過程得出理論結論，這才是最重要的。

（2）在知識傳授上的教師與學生難以互動

傳統教學法是教師的單向性。課堂上，教師只能依據教材單純灌輸通信工程的原理知識，學生只能是被動地去接受，根本發揮不了學生把握知識的積極性和主動性。美國教育家約翰·杜威（John Dowey.1859-1952）指出，在整個學校生活與教學中學生必須成為積極主動的參與者，而教師則是學生活動的協助者[2]。根據這一觀點，這就需要教師將教學信息由“單工”傳輸方式轉化為“全雙工”傳輸方式。教師作為信源時，需要合理設計課堂、實驗、作業，把教學內容搬移到學生最容易提取信息的“頻帶”上，盡量以遞增的方式增加項目流程知識，借助信源的相關性，減少單向傳輸量。只有在實驗操作中被理解的知識才是真正被譯出的信息，這才成為學生自己的知識。否則，單向灌輸的東西只是暫存在學生的存儲區中。應充分利用實驗室條件，盡量引導學生自己給出結論，教師循序漸進地追問為什么。這樣，才可能達到開發學生學習智慧的目的。

（3）在學習評價上的不科學性導致人才培養目標的難以實現

正確而科學的學習評價方式，是實現人才培養目標的關鍵環節。評價學生學習課程的優劣，應根據不同的科目采取不同的評價法。傳統的通信原理課程評價法只是單一的試卷考試法。這種統一的格式規范法，教師只看到了試卷分數的高低，則難以判斷學生能力的強弱。通信原理這門課程應側重學生應用能力的培養，應該采取考核評價方式。因為這門課程不只是知識的記憶，而是知識的應用。應設置通信工程項目，讓學生在實驗室具體操作中予以作答，從項目的構思、設計、實施、運行過程的最優化實踐上來判斷學生的學習能力和應用能力優劣。如何知道通信工程教師的“教學”方案是一個比較佳的設計？學生的學習能力與應用能力是否得到了提升？傳統的筆試是難以評價出來的。在傳統的教育背景下，學生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓練，導致高校人才培養和企業人才需求上的脫鉤[4]。

3 CDIO理念下的現代通信原理教學改革構想

CDIO教育模式是大工程理念下的人才培養模式，是與產業發展相適應的人才能力培養的對接，是應用型人才培養的有效路徑。現代通信原理課程是實現CDIO教育目標的紐帶，其教學過程亟需改革。

（1）教學內容的改革

改革現代通信原理教學內容是 CDIO模式教育的首要任務。第一，應構建出一個連貫有序的通信方向課程體系。這個課程體系應遵循CDIO規則，按照工程項目全生命周期的要求，依據通信知識的全方向體系來組織“教”、組織“學”、組織“做”。在構建通信方向課程體系的過程中，特別要突出課程之間的關聯性和專業的目標性來設計教學內容，避免不必要的重復。經我們充分討論研究，通信方向課程體系如圖1所示。

圖1 通信方向的課程體系

（圖中課程內容上方的數字代表開設的學期）

按照新組建的通信方向體系進行教學，既便于學生掌握通信知識之間的聯系性，又便于學生運用通信知識解決綜合性問題。同時更促使學生在不同典型模塊比較中激發學習興趣，建立起通信技術知識體系。

第二，精選典型模塊，強化知識運用。依據通信方向的連貫性，在教學過程中，教師應以信號的傳遞流程為主線，精選出典型通信模塊，逐步展開技術實現的分析，讓學生在不同典型的通信模塊中把握技術要領。

（2）教學方法與手段的改革

改革現代通信原理教學方法與手段是 CDIO模式教育的必然要求。第一，必須打造教學團隊的工程實踐能力。要把CDIO教育模式引入通信課程的教學當中，教師必須通過工程項目和典型通信技術案例等方法，將理論知識與企業實際項目關聯起來，教師除了有系統的理論知識外，還要有相當豐富的工程實踐經驗。提升任課教師工程實踐能力，學校應建立企業實踐基地，鼓勵任課教師利用寒暑假到對口單位參加工程實踐。

第二，必須使理論教學與實驗教學相得益彰。在課堂教學中，教師不僅要講清通信理論的基本點，更要把課堂搬進實驗室。在闡釋有關通信理論時應充分利用實驗室條件，穿插配套實驗，如圖2所示。

圖2 理論教學內容與配套實驗

在圖中可見，理論教學與實驗教學是相輔相成并行開展的。通過軟件仿真、硬件實驗及軟硬組合實驗，加深學生對通信原理中基本概念的理解。

第三，必須“走出去，請進來”。走出去是指把學生帶到對口企業中，通過企業通信工程制作的具體觀摩，讓學生進一步深化通信原理的把握；請進來是指邀請對口企業的工程師來校講學，讓學生著重了解在一個工程項目的構思、設計、實施、運作的全過程中需要些什么，自己還缺什么。從而達到自我培養的目的。

（3）教學考評方式的改革

改革現代通信原理教學考評方式是 CDIO模式教育的核心選擇。第一，依據教師教案設置的科學性評價教學。通信原理教學重在學生對各門通信技術知識信號的把握，教師的教學效果很大程度上取決于教案的設計，因為教案是知識傳授的實施方案，是傳授的依據，通過教案的觀摩可檢測出教師對知識闡釋的表里、深淺、優劣。

第二，依據教師對課外活動與實驗活動的組織評價教學。任課教師是否組建了課程學習小組，在實驗活動中是否以團隊為單位，是否加了學生協作能力的培育，是否調動了學生自主解決問題的積極性。這個過程是考評教學效果的重要環節。

第三，依據學生的應用能力強弱來考核評價成績的優劣。學生對這門課程的期末成績，不能憑一套試卷考分高低來判斷，而應該通過一個項目完成過程的優劣來評定。比如，為了讓學生掌握數字通信系統各模塊的實現方法，我們設計了信源編碼、信道編碼及數字調制3個模塊的項目對學生應用能力進行考核，如圖3，效果很好。

圖3 課程設計與數字通信系統的關系

單單采用傳統的試卷考試形式，會束縛學生的學習興趣，而且無法很好地考查學生的創新能力和解決問題的能力，因此，可以采取多種考查方式，如口試、演講、提交論文等形式。

經過一個學期的試點教學，基于CDIO教育理念的《現代通信原理》課堂教學改革，能有效地解決理論教學與實踐教學脫節的問題，在教學過程中，學生的創新能力和解決問題的能力有所提升，遇到問題時也學會了相互協作，同時教師的業務水平也比以往有了更大的提高。

[1]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009,(5):86.

[2]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1.

[3]王建波,鄭世旺.《通信原理》的系統教學法[J].商丘師范學院學報,2011,27(6):123.

[4]王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國電力教育,2009,(6):11-12.