新工科背景下“通信原理”教學(xué)研究

趙立權(quán) 賈雁飛

摘 要：“通信原理”課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的基礎(chǔ)必修課程，也是大部分高校考研的必考課程之一。如何在新工科背景下提高“通信原理”課程的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立思考等能力的作用至關(guān)重要。文章主要闡述如何在新工科背景下，對(duì)“通信原理”課程教學(xué)進(jìn)行調(diào)整，使其更適應(yīng)新工科對(duì)電子信息類(lèi)人才培養(yǎng)的要求，使培養(yǎng)出的學(xué)生能更好地適應(yīng)飛速發(fā)展的社會(huì)。

關(guān)鍵詞：通信原理；課堂教學(xué)；新工科；教學(xué)質(zhì)量

2017年2月18日，我國(guó)教育部在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)了教育戰(zhàn)略討論會(huì)，第一次正式提出了新工科的概念[1-2]，并對(duì)其內(nèi)涵和特征以及發(fā)展進(jìn)行了討論，為新工科的研究奠定了基礎(chǔ)。近年來(lái)，我國(guó)實(shí)施了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，這就要求新工科人才具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、多學(xué)科交叉能力、創(chuàng)業(yè)能力等綜合能力。傳統(tǒng)的工科背景下的教育，更多關(guān)注的是知識(shí)的傳授，教師如何將知識(shí)傳授給學(xué)生，學(xué)生如何從教師那里學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程完全忽略了知識(shí)以外的能力培養(yǎng)問(wèn)題。導(dǎo)致學(xué)生缺少獨(dú)立學(xué)習(xí)、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題和分析問(wèn)題以及創(chuàng)新能力，不適應(yīng)當(dāng)下我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，間接影響了我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的速度。

1 “通信原理”教學(xué)手段改革

“通信原理”課程不但涉及大量的數(shù)學(xué)公式，還有較多的波形圖，而且知識(shí)較難理解。為了使得學(xué)生更容易理解“通信原理”知識(shí)，一部分教師采用板書(shū)進(jìn)行授課，該授課方法的主要優(yōu)點(diǎn)是課堂教學(xué)過(guò)程中學(xué)生容易跟上任課教師的進(jìn)度，學(xué)生容易理解數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，不足之處在于授課速度較慢，尤其對(duì)于波形圖演示的講解，授課效率明顯低下。另外一部分教師采用PPT進(jìn)行授課，授課速度較快，效率較高，但是由于PPT演示過(guò)程中速度較快，學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度和預(yù)期結(jié)果不一致，尤其采用PPT講解數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，學(xué)生無(wú)法跟上教師的授課節(jié)奏，導(dǎo)致學(xué)生上課不愿意聽(tīng)課，學(xué)校興趣不高。而且PPT演示波形過(guò)程中無(wú)法調(diào)整波形參數(shù)，只能演示固定參數(shù)的信號(hào)波形，效果不夠理想。

為了解決上述問(wèn)題，我們采用板書(shū)和仿真軟件相結(jié)合的方式進(jìn)行課題教學(xué)。對(duì)于需要數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，采用板書(shū)進(jìn)行推導(dǎo)，這樣有利于學(xué)生對(duì)公式的理解，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用的素養(yǎng)。對(duì)于波形演示的內(nèi)容，采用我們自己研制的仿真軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，通過(guò)直觀的方式讓學(xué)生理解真實(shí)通信過(guò)程中信號(hào)的發(fā)送和接收波形，而且通過(guò)參數(shù)的調(diào)整使得學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)。仿真軟件采用Labview和Matlab軟件相結(jié)合進(jìn)行編寫(xiě)，該軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且易于實(shí)現(xiàn)，程序調(diào)整比其他軟件便捷[3-4]。圖1是“通信原理”模擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，課堂上可以利用該系統(tǒng)對(duì)模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制解調(diào)進(jìn)行演示。圖2是FM調(diào)制仿真子系統(tǒng)用戶(hù)界面。在仿真系統(tǒng)中可以任意調(diào)整信號(hào)的幅度、頻率等參數(shù)，這樣學(xué)生可以從多角度全面理解所學(xué)知識(shí)。

2 “通信原理”教學(xué)方法改革

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力和分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的綜合能力，我們?cè)谡n題授課的過(guò)程中增加了自學(xué)環(huán)節(jié)和問(wèn)題思考環(huán)節(jié)。例如在講解為什么要進(jìn)行無(wú)線通信的知識(shí)時(shí)，給同學(xué)自學(xué)時(shí)間，通過(guò)閱讀教材和反思的形式自學(xué)。自學(xué)過(guò)后教師通過(guò)提問(wèn)的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。引導(dǎo)大家思考類(lèi)似“如果不進(jìn)行調(diào)制，信號(hào)是否可以通過(guò)天線發(fā)送出去”“是否有什么無(wú)線通信可以不需要進(jìn)行調(diào)制”“語(yǔ)音信號(hào)的頻率和已調(diào)信號(hào)頻率之間的關(guān)系”以及“調(diào)制為什么能夠提高系統(tǒng)的抗噪聲性能”等思考題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。在設(shè)置獨(dú)立自學(xué)的教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力以及學(xué)生知識(shí)掌握情況。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，我們一般選取文字較多的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)，對(duì)于公式推導(dǎo)部分的內(nèi)容一般采用講授的進(jìn)行教學(xué)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等綜合能力。

3 “通信原理”教學(xué)內(nèi)容改革

“通信原理”教學(xué)內(nèi)容始終是圍繞如何進(jìn)行通信展開(kāi)的，原有授課計(jì)劃是根據(jù)經(jīng)典教材按照第一章緒論，主要講解通信的概念和信息及其度量以及通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)；第二章信道，主要講解各種信號(hào)的數(shù)學(xué)模型；第三章講解模擬調(diào)制系統(tǒng)；第四章是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)；第五章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)；第六章信源編碼；第七章差錯(cuò)控制編碼。

按照該授課順序講解，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中無(wú)法更好地理解通信過(guò)程，例如沒(méi)有講解如何實(shí)現(xiàn)的0和1組成的數(shù)字信號(hào)，就直接講解如何信道模型和信道容量，講解如何傳輸數(shù)字信號(hào)等，造成學(xué)生對(duì)通信完整過(guò)程理解存在很大困惑。為此，我們將授課順序進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整過(guò)程如下：第一章講解通信的基本概念、發(fā)展歷史等常規(guī)性知識(shí)，在講解信息及其度量之前講解原第六章的內(nèi)容，即信源編碼的內(nèi)容，使得學(xué)生能按照信號(hào)在通信過(guò)程中的變化順序理解通信的基本原理；第二章講解信道，重點(diǎn)講解是信道容量的定義和計(jì)算方法；將第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)內(nèi)容放在最后一章講解。因?yàn)槠渌髡鹿?jié)教學(xué)內(nèi)容都是圍繞數(shù)字信號(hào)展開(kāi)的，中間講解模擬調(diào)制系統(tǒng)容易導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識(shí)混亂。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要從教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容改革3個(gè)方面探討了如何提高“通信原理”課程課堂教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的自學(xué)能力、思考能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以期更好地適應(yīng)新工科背景下社會(huì)對(duì)人才的需求，更好地為社會(huì)提供滿(mǎn)意的通信方面的人才，為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新性社會(huì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。