工程教育認證背景下的《通信原理》課程教學改革探索

郭常盈，徐春雨，徐國清

（南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽 473004）

0 引言

工程教育專業認證是針對高校工科專業實施的資格認證，是國際通用的工程教育質量保障制度[1]。我校為了適應這一發展趨勢也開展了專業認證。通信工程專業作為一門重要的工科專業，而《通信原理》作為通信專業十分重要的專業核心課，其改革程度直接影響到其他課程的改進。

1 教學中存在的問題

《通信原理》是電子與通信類專業的核心課程，雖然這門課程我校已開設十多年了，也不斷進行教育與教學改革，但是目前，這門課程在教學方面中仍存在著不少問題，主要體現在以下幾方面：

第一，《通信原理》課程內容繁多，依據教學大綱和考研內容，課程中的基本概念、原理及分析方法要求學生必須掌握的，而大多數學生先修課程基礎薄弱，這些基礎知識的講解需要一定的課時。還有，通信領域日新月異地發展，學生對不斷涌現的各種新工藝新技術充滿了好奇。但是，在課時異常緊張的情況下，教師很難對理論應用展開充分的討論，也很難對前沿技術進行詳細的介紹。因此，課堂上部分教學內容比較陳舊，沒有體現時代發展要求和技術跟新趨勢，且理論知識與實際應用脫節，導致學生學習無目的性，學習興趣逐漸減弱。

第二，《通信原理》的理論教學大多時候仍以講授方式為主、啟發式教學和任務驅動式教學為輔，雖然其過程設計、教學手段不斷改進但是效果不明顯。課堂討論少，學生參與度低，即使有時很簡單的問題學生也不愿意回答。還有實踐教學，雖設置有實驗項目和課程設計，但由于實踐時間有限，實踐內容單一，解決方案明確，學生不要查閱大量資料，導致學生敷衍了事，實踐教學達不到預期的效果。結果實習或就業中一遇到實際工程問題時驚慌失措，不知道怎樣去解決。這些現象主要是當前的教學模式造成，偏重理論知識的課堂講授和輕視工程操作的課外實踐，缺少新穎的教學手段，缺乏對學生解決工程問題的引導和訓練。

第三，《通信原理》課程考核是在課程結束后進行一次性的閉卷考試，主要對該課程的重要內容和部分難點進行考核。盡管《通信原理》課程內容繁多，但是為了充分體現教學大綱，這種標準化的考試內容比較固定，題型比較僵化，有些學生平時不怎么認真學習，全憑考前突擊和死記硬背，但是一考完就全忘完。另外評價模式單一和片面，只有任課教師對學生評價，缺乏其他評價主體，而且僅僅是對學生掌握知識和應用知識的評價，忽視對學生學習態度和興趣的評價，缺乏對學生實踐能力和工程能力的評價。

2 改革措施

針對該課程教學過程中所存在的上述問題，基于工程化教育專業認證理念，本專業全體教師通過全面調研和仔細分析，制定解決方案，從課程教學內容、教學模式、評價體系等角度對《通信原理》課程的教學進行全方位改革。

2.1 優化課程教學內容

我國工程教育專業認證的一般標準明確提出畢業生的必備基本能力和素質中包括專業基本理論知識、創新態度和意識、人文社會科學素養、社會責任感和工程職業道德等[2]。在教學過程中，根據培養目標我們對《通信原理》課程內容進一步調整和優化，使授課內容更符合時代發展和市場變幻的需求?！锻ㄐ旁怼氛n程理論性強，公式繁瑣。講解時弱化數學公式的推導，加強概念物理涵義的解釋，同時補充講解它們在工程中的實際應用。例如抽樣定理，不僅講解定理內容，還要以時分復用為例來分析說明其在數字通信中的應用。在授課過程中，充分將生活實際融入到課程教學中，例如講解調制的作用時，通過分析聲音信號或圖像信號實現遠距離傳輸的過程來講解調制在通信系統中的重要性。講解QAM調制時，通過告訴學生我們平時觀看的數字有線電視信號采用的調制方式就是64QA等等，這樣可以加深學生對理論知識的理解。還有，將不斷涌現的新技術新工藝滲透到整個教學過程中，可以使學生了解加通信領域的前沿技術，提升民族自豪感和激發學生學習激情。

2.2 創新課程教學模式

教學中落實“以學生為中心”的工程化專業認證教育理念，對于學生就是要努力提高他們的學習質量，對于教師就是要努力提高教學效果?！霸诮虒W過程中，如何激發學生學習熱情、活躍學生思維、營造良好課堂氛圍及達到預期的教學目的？”，這是所有教師一直在致力研究并希望達到的教學效果，而“教師如何合理運用多元化的教學方法和教學手段？”是解決這一問題的關鍵。

經典教學方法有許多種，如啟發式教學、討論式教學、MOOC教學及翻轉課堂等，但如何合理運用？這需要我們不斷去嘗試。啟發式教學，這是在課堂教學中最常用的教學方法，需要教師根據所講內容按照一定的邏輯順序合理恰當地提出一個又一個問題，引導學生不斷去思考去解決問題，從問題的解答中歸納出一個又一個知識點。例如講模擬調制時，我們先由一個實例“日常生活中聲音信號怎樣實現遠距離傳輸”提出第一個問題“為什么要調制？”，通過引導學生分析和回答問題進而歸納出調制的作用，然后依次提出“什么是調制？”、“調制怎么實現？”、“發送端實現了調制，接收端怎樣解調？”等其他問題，這些問題的設定是一環扣一環，知識的歸納是層層遞進的。而討論式教學是針對一些對開放性問題，教師引導學生以個人或小組的形式展開討論，通過討論分析來進行學習的一種教學方法。例如，針對數字帶通傳輸系統相關問題，組織學生討論“假如你是一名通信工程師，你在設計中高速數據傳輸系統時，會選用ASK調制、FSK調制還是PSK調制方式？”。通過討論與分析，加深學生對相關知識的理解和掌握。當然對于一些綜合性的題目，教師會提前一周布置題目后，學生可以自行結合，根據任務要求提出不同的解決方案，通過分析討論確定方案?；诩榷ǚ桨冈O計傳輸系統，并應用軟件進行仿真驗證。一周后要求每個團隊派出一個隊員發表本團隊的研究成果，團隊其他成員可以補充說明，同時接受其他團隊的問題詢問和評價打分。最后教師作總結，對各個團隊的完成情況進行合理性的評價。當然，在實際教學中，不要流于形式，需要根據不同的教學內容運用不同的教學方法從而達到實效。

在教學中，靈活多變的教學手段也是相當重要的。課堂教學中，教師一般應用“板書加多媒體課件”形式向學生傳授新知識。但是僅僅利用多媒體課件還是遠遠不夠的，對于有些不容易表述清楚或者抽象難于理解的知識點，可以事先利用Flash軟件做成以動畫的形式，課堂上邊理論講解邊動態演示，生動而直觀，加深學生對知識的理解。《通信原理》課程的實踐教學環節包括10個學時的實驗教學和兩周的課程設計。實驗教學存在著實驗內容單一、操作手段落后等問題。學生走進實驗室，按照實驗指導書的說明步驟在試驗箱上連一連信號線、測一測測試點及觀察一下波形就算完成實驗任務。一次兩次還可以，時間一長學生就有點敷衍了事，遠遠達不到實驗教學的預期要求。為了解決這些問題，我們利用MATLAB/Simulink開發了一款《通信原理》課程輔助教學系統，根據每章內容設計一兩個實驗內容，基于輔助系統進行操作練習；根據在兩三章內容設計一些綜合實驗內容，學生可以組隊共同完成。通過這一個個任務，學生的工程實踐能力逐減增強。因此將傳統教學與多媒體技術充分結合，可以大大提高學生學習質量和教師教學效果。

2.3 課程評價體系的改進

為了避免“一次考試定成績”的弊端，課程考核應該多元化，加強對學生平時學習過程的考核，將章節測驗、分組討論、設計作業及小論文等各種考察方式融入到平時評價中。實施過程性評價與工程教育專業認證中的“持續改進”理念是非常契合的。通過動態考核，可以從不同角度跟蹤和考察學生的學習情況，通過各自的學習狀況可以發現每個學生學習上的漏洞及能力上的欠缺，并反饋給學生讓他們及時改正和提高。為了滿足工程化認證的需要，課程考核內容需應用化。每章內容，通過課堂上的講解和課后習題的練習之后，大多數學生對概念原理和分析方法都有了自己的理解，但是他們不能夠將理論知識和實踐應用充分結合，對一些實際問題缺乏工程性理解和解決。為了提高學生知識的實際運用能力，我們充分利用通信原理輔助教學系統和MATLAB/Simulink仿真平臺，可以布置一些綜合性的設計題目。通過這一個個類似項目工程的設計作業，提高了學生理論知識的工程應用能力，加強了學生團隊協作能力。另外，課程考核評價主體應該多方面，除了教師對學生的評價外，還應有學生的自我評價和學生之間的相互評價。

圖1 課程考核體系

在該課程評價體系中，考核成績由期末測試和過程評價兩部分組成，如圖1所示。在該體系中，期末測試由期末試卷考試和實驗操作考核，試卷測試是120分鐘的閉卷考試，實驗考核要求學生隨機從10個實驗項目中抽取2個進行動手操作，考察學生操作的熟練程度及實驗結果的符合度；過程評價由章節測試、分組討論、設計作業和小論文四部分組成。章節測試是每一章或每兩章講完之后對這些章節的基本內容進行一次測試，該課程授課8章內容，章節測試5次。分組討論與課堂案例教學緊密結合。在教學中，教師會提前兩周時間布置案例教學題目及針對該案例提出一系列問題，并組織學生自行分組、資料查閱和分析探討。兩周后每個小組要派出代表對本組的案例研究成果進行講解，同時接受其他團隊的質疑和打分。設計作業是根據實際的工程問題，結合學生所學內容布置一些簡單或綜合性題目，簡單的設計題目要求學生獨立完成，綜合性題目學生可以自由結合。教師布置題目后，大家查閱資料，確定解決方案，設計通信系統，最后基于仿真軟件去實現和驗證。每個人或設計小組都要演示和講解自己的作品，教師和其他人對該作品進行打分。小論文是基于所學的基本理論，學生查閱資料去了解和掌握這些理論的工程應用或在通信發展過程的應用?；蛘哚槍Ξ斍巴ㄐ蓬I域中的新技術新工藝進行上網搜集，并形成文字性的內容。小論文要求每個學生獨立完成，重復率不能超過30%。

通過此考核體系，可以實現對學生全面地動態跟蹤和了解，同時保證考核的普遍性和適用性。這與“面向全體學生”工程教育理念是十分契合的。

3 結語

工程教育認證對專業教學質量和人才培養提出了較高的要求，針對本?！锻ㄐ旁怼氛n程教學過程中存在的問題，從教學內容、教學模式、評價體系等方面闡述了課程教學改革的主要措施。通過這一系列改革，大大提高學生學習質量和教師教學效果。而《通信原理》課程作為專業核心課，其教育教學改革對本專業其他課程的改革和通信專業人才的培養極具借鑒意義。