STEAM理念下的通信系統設計與仿真教學改革探索

馮彩英　趙艷

【摘??要】針對“通信系統設計與仿真”課程在傳統教學中存在的問題。鑒于該課程是一門多學科交叉的綜合性課程這一獨有的特點，對該門課程進行教學模式改革。本文以STAEM教育理念為依托，以項目學習為主要學習方式，對教學內容考慮模塊化設計，每個模塊都由淺入深，以需求學理論、以實踐為主導，引導學生運用跨學科思維解決實際問題。從而提高學生的通信系統設計與仿真學習成果。

【關鍵詞】STEAM理念;教學改革;項目學習;模塊化設計;跨學科思維

中國分類號：TP301????????文獻標志碼：A

0?引言

國內各高校對通信系統設計仿真這門課的講授大多以理論和仿真為主，沒有讓學生從項目及硬件層次上實現通信系統中的基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數字調制解調等技術。歐美國家各院校的培養是采用STEAM教育，通過項目化教學方法來完成的，實現了從培養簡單學科素養到綜合素養的轉變，實現了培養項目學習的能力。本文針對“通信系統設計與仿真”課程的特點及在傳統教學中存在的問題，探索STEAM理念下的該課程教學改革思路。

1?STEAM教育理念

STEAM課程是美國政府主導的以科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）為核心的課程，STEAM教育以項目學習為主要學習方式，學習者通過項目學習來完成學業，同時獲得創新能力的培養[1-2]。科學技術的進步深刻地影響著科學教育（STEAM）的發展，新媒體聯盟首次發布的《2012-2017科學教育技術前瞻》[3]正是以科學技術發展為切入點研究美國的科學教育。本文以STEAM理念為指導，改進傳統的教學模式。

2通信系統設計與仿真課程特點

信息時代的快速發展和人才的緊缺促使通信工程專業成為理工專業里的翹楚。5G時代的技術革命使通信企業對通信工程專業的人才提出了新的要求。“通信系統設計與仿真”[4-5]。

該課程以通信系統的基本理論為基礎，主要講述通信系統中的基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數字調制解調等技術。傳統教學一般運用MATLAB仿真軟件對通信系統進行仿真設計，使學生加深對通信基本理論及通信系統基本工作原理的掌握和理解。但該課程教仍然存在很多問題，一是教學內容涉及面廣，沒有模塊化設計;二是教學目標不夠貼合市場，沒有完全做到以學生為中心，對學生專業技術、應用能力、團隊協作交流能力、系統工程分析能力和自我提升能力的培養目標不完善;三是教學策略比較單一傳統，未采用多種教學策略來調動學生的學習積極性;四是理論課時過多，過于側重理論課的講解，對學生實踐能力和創新能力的培養不夠。

為適應當前市場對通信從業者需具備綜合實踐能力的要求，需對“通信系統設計與仿真”課程進行教學改革，改變傳統的培養模式及教學理念，注重實踐教學，從而培養學生分析問題、解決問題的能力及創新能力，培養學生應用和設計新的通信系統的能力。

3?STEAM理念下的通信系統設計與仿真教學改革思路

根據該門課程的特點及傳統教學模式存在的不足，對本門課程的改革思路基于STEAM理念[6]，從市場需求的通信系統設計人才培養目標出發，構建通信系統設計學習成果，進而確定教學內容、教學方法等。學生的培養需要從通信系統設計與仿真課程的實施，達成通信系統設計與仿真學習成果，使培養的學生能夠滿足企業通信系統設計人才的需求，這是一種反向建設和正向培養的過程。

（1）教學模式上的創新。首先分析目前社會對通信系統設計與仿真人才的需求，確定通信系統設計與仿真的人才培養目標，制定通信系統設計與仿真課程培養目標，構建BOPPPS教學設計模式。

（2）教學內容上的創新。鑒于該課程是一門多學科交叉的綜合性課程這一獨有的特點，以STAEM教育理念為依托，考慮模塊化設計，內容盡可能全面，每個模塊都由淺入深，以項目學習為主要學習方式，以需求學理論、以實踐為主導，引導學生完成理論學習和實踐鍛煉，使學生通過項目學習來完成學業，讓學生能夠采用不同的平臺（MATLAB仿真、Simulink建模、DSP實現、FPGA實現等）進行通信系統設計項目的開發。

（3）教學策略多樣化。以STAEM教育理念為依托，以項目學習為主要學習方式，學習者通過項目學習來完成學業，獲得知識與技能，期間同時獲得創新能力的培養。同時采用PBL學習、CBL學習、合作學習、討論學習等方法。

（4）成果評價標準多元化。改變傳統的成果評價標準，采用多元和梯次的評價標準，評價強調達成學習成果的內涵和個人的學習進步，淡化學生之間的比較。根據每個學生能達到教育要求的程度，賦予從不熟練到優秀不同的評定等級，進行針對性評價。

（5）實驗手段的創新。在實驗環節，傳統的教學活動主要采用MATLAB仿真工具對通信系統進行仿真和分析，學生無法了解硬件相關的知識，而且人機交互不友好。因此為提高學生實踐及創新能力，在實驗教學中，在MATLAB仿真的基礎上，應用DSP集成開發環境—CCS調試程序，通過SEED-DTK5502試驗箱對基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數字調制解調等技術進行實現，從而提高學生解決復雜工程問題的能力。

4?結論

針對“通信系統設計與仿真”課程的特點，為適應當前市場對通信從業者需具備綜合實踐能力的要求，基于STEAM教育理念，改變傳統的培養模式及教學方法，注重實踐教學，從而培養學生分析問題、解決問題的能力及創新能力，培養學生應用和設計新的通信系統的能力。

參考文獻：

[1]Guy?André?Boy.From?STEM?to?STEAM：toward?a?human-centred?education，creativity?&?learning?thinking[C].European?Conference?on?Cognitive?Ergonomics.2013.

[2]李小濤，高海燕，鄒佳人，et?al.“互聯網+”背景下的STEAM教育到創客教育之變遷——從基于項目的學習到創新能力的培養[J].遠程教育雜志，v.34;No.232（1）：30-38.

[3]李睿.支持美國科學教育發展的新技術——基于《2012-2017科學教育技術前瞻》分析[J].遠程教育雜志（3）：31-37.

[4]張天騏，曹建玲，任智，et?al.“通信系統仿真”課程創新模式探索[J].科學咨詢，2013，000（034）：151-152.

[5]王雅寧.基于System?View的“通信系統仿真”教學改革研究[J].科技信息，2011（03）：28-29.

[6]李秀燕，葉興梅，陳賜海.STEAM教育理念在高校課堂的引入與實踐[J].閩南師范大學學報（自然科學版），2019（3）.

基金項目：

2019年校級教育教學改革研究與實踐項目（2019JGXM25）.

作者簡介：

馮彩英（1987-），女，河南商丘人，碩士，主要從事計算智能與模式識別研究.

趙艷（1988-），女，河南商丘人，碩士，主要從事計算機圖像處理研究.

（作者單位：商丘工學院??信息與電子工程學院）