“通信原理”教學(xué)中復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的探索

李紅巖

【摘 要】根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，電子信息工程專業(yè)合格畢業(yè)生必須具備解決復(fù)雜工程問題的能力。本文以“通信原理”課程教學(xué)中碼間干擾知識點(diǎn)為例，對培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力進(jìn)行了有益的嘗試和探索。

【關(guān)鍵詞】通信原理；復(fù)雜工程問題；工程教育認(rèn)證

中圖分類號： G642；TN911-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0164-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.075

【Abstract】According to engineering education certification standards，qualified graduates of electronic information engineering must have the ability to solve complex engineering problems.Taking the knowledge of inter-symbol interference in the teaching of "Communication Principle" as an example，this paper makes a useful attempt and exploration to cultivate students' ability to solve complex engineering problems.

【Key words】Communication principle；Complex engineering problems；Engineering education accreditation

0 引言

隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證工作在我國高校中的日益普及，基于產(chǎn)出導(dǎo)向的工程專業(yè)培養(yǎng)理念已深入到高校教師的教育教學(xué)實(shí)踐中[1-3]。本文作者針對電子信息工程專業(yè)學(xué)生的復(fù)雜工程問題處理能力培養(yǎng)，在“通信原理“課程的教學(xué)中的體現(xiàn)，在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了有益的嘗試。本文針對教學(xué)中的一個具體知識點(diǎn)，詳細(xì)探討了培養(yǎng)復(fù)雜工程問題解決能力的教學(xué)方法和教學(xué)手段。

在“通信原理“課程中，碼間干擾是一個重要知識點(diǎn)[4-5]，下面以該知識點(diǎn)為例，闡述在理論課教學(xué)活動中培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的探索與實(shí)踐。本文的主要思路是，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，圍繞著復(fù)雜工程問題的解決，合理安排教學(xué)內(nèi)容，組織學(xué)生開展討論。以學(xué)生為主體，通過教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，讓學(xué)生充分參與到課堂教學(xué)中。以問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生積極思考，調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新意識。以“提出和分析問題—>建立系統(tǒng)模型—>提出解決方案—>構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)—>得出有效結(jié)論”為主線，安排組織教學(xué)內(nèi)容。

1 當(dāng)前教學(xué)中存在的問題

在講授碼間干擾知識點(diǎn)時，傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，側(cè)重于概念的描述和數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。一方面，教師簡單描述問題以后直接給出解決方案，這樣的做法存在明顯弊端，不僅知識的傳遞是單向的，而且弱化了獲得解決方案的過程。另一方面，在給出解決方案以后，教師認(rèn)為這個知識點(diǎn)的講解就完成了，而忽視了對解決方案的測試和驗(yàn)證，因此，學(xué)生即便掌握了知識點(diǎn)的理論內(nèi)容，但由于對知識點(diǎn)在應(yīng)用層面缺乏直觀的認(rèn)識，所以很難做到對所學(xué)知識的靈活運(yùn)用。

針對以上兩個方面，本文提出兩種改進(jìn)思路。第一，精心設(shè)計(jì)獲得解決方案的過程這一教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)行互動式教學(xué)，通過課堂討論引導(dǎo)學(xué)生參與，積極尋找可行的解決方案，在這一過程中不僅培養(yǎng)了學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新意識，而且增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為探究的過程是有意義時，就會愿意主動去推導(dǎo)復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式。第二，在從理論上分析解決方案的有效性以后，進(jìn)一步從實(shí)驗(yàn)的角度對解決方案進(jìn)行測試和驗(yàn)證。這個階段的學(xué)生已經(jīng)可以熟練使用MATLAB仿真軟件，可以采用分組的形式引導(dǎo)學(xué)生在MATLAB環(huán)境下，合作構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行測試，并對結(jié)果進(jìn)行分析，得出自己的結(jié)論。通過這種訓(xùn)練，可以加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生對知識的融會貫通能力，有助于學(xué)生把所學(xué)知識點(diǎn)融入到自己的專業(yè)知識體系中。

2 提出并分析問題。

采用啟發(fā)式和討論式教學(xué)方式，圍繞碼間干擾給出幾個問題，引導(dǎo)學(xué)生開展討論，對問題進(jìn)行定性分析，表達(dá)自己的見解。具體來說，可以提以下問題：什么是碼間干擾？碼間干擾的成因是什么？碼間干擾對通信系統(tǒng)有什么影響？解決碼間干擾問題的思路是什么？在定義碼間干擾的概念時，學(xué)生往往容易忽略“在抽樣時刻上”這樣一個前提，通過討論，學(xué)生會不斷修正自己對概念的理解，并最終對問題有一個準(zhǔn)確清晰的認(rèn)識。在考慮碼間干擾對通信系統(tǒng)的影響時，假定系統(tǒng)函數(shù)給定，引導(dǎo)學(xué)生討論還有哪些因素會加劇或改善碼間干擾的影響。學(xué)生通過討論會發(fā)現(xiàn)，碼元速率越大，碼間干擾造成的誤碼率也越大；信道編碼可以在一定程度上抵消碼間干擾的影響。進(jìn)而讓學(xué)生體會到通信系統(tǒng)是一個整體，要多從整體的角度去分析問題。在討論碼間干擾問題的解決思路時，引導(dǎo)學(xué)生大膽發(fā)表自己的見解，讓學(xué)生認(rèn)識到問題的解決方案依賴于對問題成因的分析。碼間干擾的成因是系統(tǒng)的非理想特性，因此需要從系統(tǒng)函數(shù)設(shè)計(jì)的角度去思考解決問題的方案。

3 建立系統(tǒng)模型并提出解決方案。

對問題有了定性認(rèn)識以后，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用前期課程所學(xué)知識，建立系統(tǒng)模型，分析信號在系統(tǒng)中傳輸?shù)倪^程，對信號和系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，推導(dǎo)出滿足無碼間干擾條件的系統(tǒng)傳輸函數(shù)解析表達(dá)式。這一部分的講授是知識點(diǎn)的核心部分，由于涉及到建模和公式推導(dǎo)，對學(xué)生來說也是一個難點(diǎn)。有了前面定性分析的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)對問題產(chǎn)生了探究意識，此時再進(jìn)行建模和公式推導(dǎo)，會比較積極主動。利用數(shù)學(xué)知識尋找解決方案，給出無碼間干擾基帶傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)應(yīng)滿足的條件。

4 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時，著重培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)在碼間干擾方面差異較大的兩種不同的基帶傳輸系統(tǒng)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，從而加深對碼間干擾問題的理解。具體來講，要求學(xué)生利用MATLAB仿真軟件，搭建基帶傳輸系統(tǒng)，分別采用典型的無碼間干擾系統(tǒng)函數(shù)，升余弦滾降系統(tǒng)，和理想低通系統(tǒng)函數(shù)，通過模擬仿真，對比分析碼間干擾對系統(tǒng)性能的影響。此外，以小組的形式共同完成一個實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目，也能夠鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識，讓學(xué)生初步了解通信類工程項(xiàng)目管理的基本流程。總之，通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證理論知識，不僅增強(qiáng)了學(xué)生對知識點(diǎn)的深入理解，而且能夠鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

綜上所述，本文以通信原理課程中的碼間干擾知識點(diǎn)為例，闡述了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的具體方法。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種以解決復(fù)雜工程問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，相比于傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式，在基于產(chǎn)出的教學(xué)效果方面具有顯著優(yōu)勢，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，幫助學(xué)生建立起解決通信行業(yè)復(fù)雜工程問題的基本思考模式。

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