新工科背景下通信原理課程教學改革與研究*

林 宏，周傳璘，李衛(wèi)中，陳 敏

(湖北工程學院物理與電子信息工程學院，湖北 孝感 432000)

1 引言

當前通信技術(shù)、通信設(shè)備發(fā)展非常迅猛，可謂日新月異，但是現(xiàn)有《通信原理》課程中涉及的知識點卻與時代的發(fā)展進步脫節(jié)、嚴重掉隊，教學思維和教學方式也跟不上時代的發(fā)展要求，同時新時代大學生也由于眼界開闊、思維活躍，一般的教材課本內(nèi)容很難滿足他們學習的渴求，同時課程變革和手段創(chuàng)新也是新工科建設(shè)的一個重要范疇和內(nèi)涵，因此迫切需要對現(xiàn)有《通信原理》課程進行重新設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新[1-4]。

2 課程教學中的主要問題

2.1 新通信技術(shù)的發(fā)展促使教學內(nèi)容的更替

通信技術(shù)的發(fā)展始終處于現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的前沿和浪頭，是當今科學技術(shù)發(fā)展的主要支柱之一，世界上絕大多數(shù)先進國家都將通信技術(shù)提高到國家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略層面。現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展?jié)摿薮螅瑩碛休^為寬廣的擴展空間和深掘趨勢。尤其是面臨5G 時代的來臨，與通信相關(guān)的新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，教學內(nèi)容需要大幅擴展。但是現(xiàn)有《通信原理》課程的內(nèi)容不新穎，教學方式比較單一，教學技巧不先進，教學形式普遍滯后，與時代發(fā)展的腳步脫節(jié)、落伍，尤其是不符合現(xiàn)在新工科發(fā)展對專業(yè)課程升級改造的需求。因此，隨著通信新領(lǐng)域的擴展、新手段的升級，現(xiàn)有《通信原理》課程必須不能落伍于時代的車輪，迫切需要提升教學手段、完善教學技巧、創(chuàng)新教學思維。

2.2 新工科建設(shè)提升課程教學改造

現(xiàn)在我國把新工科建設(shè)作為當前各個高校發(fā)展的主要目標，就務(wù)必保證各個高校在專業(yè)相關(guān)課程的頂層設(shè)計向創(chuàng)新型、實踐型、綜合型轉(zhuǎn)變。而現(xiàn)有的《通信原理》課程在教學設(shè)計中偏向于原理闡述、文字講解、數(shù)學推導、理論證明等，同時實踐設(shè)計也是以說明性實驗、描述性實驗為主，對學生創(chuàng)新思維能力提升缺乏、綜合素質(zhì)訓練不強。因此，在當前新工科建設(shè)的大環(huán)境下，傳統(tǒng)《通信原理》課程教學必然與時代腳步脫節(jié)，不適應(yīng)新工科建設(shè)的新形勢，需要轉(zhuǎn)變教學思維定勢，升級改造教學手段，理論教學和實踐教學兩手都要抓，同時提升思維性、創(chuàng)新性、前沿性實踐項目的比重，總體不得低于1/2。

2.3 傳統(tǒng)教學方式不能滿足時代的要求

《通信原理》課程涉及的學科比較多，知識點比較密集，內(nèi)容比較龐大，而且對學生的實踐動手能力要求也比較高。特別是該課程涉及的新技術(shù)、新方法、新知識點更新非常快，如果僅僅依靠教材的編寫和出版，完全跟不上學生對新知識渴望的腳步，不符合知識傳授的新形勢。另外，隨著網(wǎng)上教學、優(yōu)課慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、手機教學等新教學技術(shù)、新教學方式的出現(xiàn)和發(fā)展，對傳統(tǒng)的課程教學產(chǎn)生了極大的沖擊和影響。現(xiàn)有《通信原理》課程教學必須進行轉(zhuǎn)變和提升，滿足時代的要求，滿足新工科建設(shè)的要求。

3 教學內(nèi)容的完善

3.1 添加前沿新技術(shù)

針對傳統(tǒng)《通信原理》課程的教學內(nèi)容，可以將“第二章確知信號”和“第三章隨機過程”這兩章選講，因為這兩章側(cè)重介紹數(shù)學基本概念和基本知識，如果學生上過概率論和隨機過程的相關(guān)課程，這兩章內(nèi)容就可以刪除不講。“第四章信道中4.6.1 離散信道容量”這一小節(jié)內(nèi)容可以刪除，這一小節(jié)內(nèi)容偏重于概率論的數(shù)學計算，老師不容易講懂，學生不容易學懂，而且沒有太大的實用價值，在實際場景中出現(xiàn)的概率非常低。“第五部分模擬調(diào)制通信”中的AM 通信手段和FM 通信手段教學內(nèi)容都可以壓縮或刪減，主要原因在于這些相關(guān)內(nèi)容在《高頻電子技術(shù)》中也會出現(xiàn)，需要避免重復。“第五部分模擬調(diào)制系統(tǒng)中5.6 頻分復用和調(diào)頻立體聲”這一節(jié)內(nèi)容需要壓縮或刪減，這些技術(shù)和方案現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰，再花一定的課時介紹就不合適。在“第八部分新類型數(shù)字調(diào)制通信方式”這一部分內(nèi)容中建議添加OFDM 復用通信方式，這種技術(shù)在4G 通信和5G 通信中被廣泛的使用，學生對這些可以在工作中應(yīng)用到的新技術(shù)、新知識點會非常感興趣。同時，建議在“第八章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)”這一章內(nèi)容中增加5G 通信技術(shù)的相關(guān)介紹，讓學生了解當前通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。在“第十二章正交編碼與偽隨機序列”這一章內(nèi)容中建議增加碼分復用技術(shù)，以及碼分多址技術(shù)的相關(guān)知識點，這些通信技術(shù)在4G 通信和5G 通信中應(yīng)用也非常普遍，學生可以在學校就能夠提前學習這些內(nèi)容和技術(shù)，為未來的就業(yè)和學習打下基礎(chǔ)。

3.2 提升實踐課時比重

當前，不少學校的現(xiàn)有《通信原理》課程開設(shè)情況為：64 個學時的理論課；16 個學時的實驗課，在改革后可以優(yōu)化為48 個學時的理論課；32 個學時的實驗課。一般情況下，《通信原理》只要與其它相關(guān)課程協(xié)調(diào)好，好比《隨機過程分析》、《概率與統(tǒng)計》、《數(shù)字信號處理技術(shù)》、《高頻電子線路》和《編碼信息理論》等，就能講清楚相關(guān)的知識點和教學內(nèi)容，滿足學生學習要求的學時數(shù)至少要為48 個。另外，一般情況下，每個實驗項目涉及的學時數(shù)為3 個左右，現(xiàn)有《通信原理》課程能夠開設(shè)的實驗項目個數(shù)只有5 個，一旦實驗課時提升到32 個學時，就能夠新增開設(shè)5 個左右的實驗項目，提升比例能夠達到100%。常規(guī)情況下，現(xiàn)有《通信原理》實驗方案一般涉及到：數(shù)字信號基礎(chǔ)操作、數(shù)字解調(diào)通信實驗、數(shù)字調(diào)制通信實驗、AM 通信方式設(shè)計實驗、PAM 通信方式設(shè)計實驗。在實驗課比重提升的情況下，就可以多開設(shè)以下項目：模擬鎖相技術(shù)與載波信號恢復實驗、數(shù)字鎖相方案與脈沖同步信號恢復實驗、群同步信號恢復實驗、PCM 通信方案設(shè)計實驗、音頻信號多通道多編碼方案設(shè)計實驗。通過減小理論課時比重，提升實驗課學時數(shù)，可以鍛煉學生的思維創(chuàng)新，開闊學生的技術(shù)眼界，滿足建設(shè)新工科的需要。

3.3 提升與其它課程的黏合度

為了建設(shè)新工科的需要，《通信原理》課程需要刪除一些過時的舊內(nèi)容，同時又要縮減理論教學學時數(shù)，就會造成知識點覆蓋面要大和講述內(nèi)容要深之間存在矛盾。這樣，老師講述起來很難受，學生學習起來也會一知半解。但是由于現(xiàn)在很多課程的知識點之間都有交叉，內(nèi)容之間有部分重復，《通信原理》課程中就有部分知識點在別的課程中可能講述過，好比“第二部分確知信號”和“第三部分隨機信號”這兩部分章節(jié)就在《數(shù)學分析》、《隨機分析》、《統(tǒng)計與概率》等教材中提及到；“第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)中”的AM通信方式和FM通信方式教學內(nèi)容都在《高頻電子技術(shù)》中出現(xiàn)過。因此，只要做好《通信原理》課程與其它相關(guān)課程的銜接，提升與這些課程的黏合度，避免知識涉及面上的交叉或者重復，這樣就能夠減輕老師的講述壓力和降低學生的學習難度。

4 教學方法的改革

4.1 利用網(wǎng)絡(luò)資源

在遠程教學、視頻教學、共享資源等方式手段的推動下，巧妙與網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)合，能夠提升教學效率、豐富教學手段，可以促進和提升現(xiàn)有《通信原理》課程的教學方式和教學技巧。目前，在部分大學內(nèi)部的網(wǎng)上精品課程、中國慕課的大學聯(lián)盟課程，以及全國優(yōu)課的高校聯(lián)盟課程等中都涉及有豐富的《通信原理》共享網(wǎng)絡(luò)資源。各個高校的《通信原理》課程教師都應(yīng)該合理利用這些網(wǎng)絡(luò)資源，對自己教案和教授知識點進行升級換代、取長補短，可以提升課堂講課的效率。同時，一些講授比較好、經(jīng)驗比較豐富的教師，也可以嘗試把自己講授《通信原理》課程的內(nèi)容或者資料制作成電子資源，上傳到網(wǎng)絡(luò)進行資源共享。這樣，不僅可以促使自己在教學中進行改革和提升，還可以促進別人的提高和進步，進而可以帶動各個高校的《通信原理》課程教學水平的整體提高。

4.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學

要改變傳統(tǒng)的《通信原理》課程教學方式，將“老師主講，學生主聽”的方式進行變革。只有進行翻轉(zhuǎn)課堂式教學，才能提高《通信原理》課程的課堂教學效率，杜絕上課走神、思維死板、自主學習能動性差、創(chuàng)新活力不夠等毛病，把學生的注意力從手機轉(zhuǎn)移到課堂上。如果采用翻轉(zhuǎn)課堂教學的形式就可以很好改變上述問題，轉(zhuǎn)變教師在課堂上的絕對支配角色，把課堂交給學生來發(fā)揮、來設(shè)計，老師充分進行引導或者輔助。這樣可以大大的提高學生的學習自主性，讓學生更好的參與教學的每一個環(huán)節(jié)，提升學生的融入感、獲得感。學生在每次課程開始之前，收集好各種資料，提前預習好上課的學習內(nèi)容，設(shè)計好課程的方案。同時，可以將教師從繁雜的課堂講述中解放出來，教師只需要提前布置好預習內(nèi)容，安排好課堂講述流程、設(shè)計好上課環(huán)節(jié)。這樣，在課堂上教師也可以有充分的時間和學生進行探討，解答每個人的疑惑。

4.3 加強課后學習

每節(jié)課的實際教學時間只有45 分鐘，《通信原理》課程一般每周3～4 節(jié)課左右，僅僅利用課堂時間學習，遠遠是不夠的，因此，需要充分利用課外時間、業(yè)余時間進行預習、復習、習題、答疑和查找資料等。老師在每節(jié)課結(jié)束時，合理設(shè)計好下次的教學內(nèi)容，讓學生充分的去準備，調(diào)動學生在課外學習的主動性、積極性，自然而然課堂上的學習效率就會提升；另外還要布置本節(jié)課后的復習內(nèi)容和習題，這樣下課后通過復習強化課堂上的教學內(nèi)容，讓學生短期內(nèi)不會忘記。在課外時間，老師還可以安排一些查找資料、撰寫小作文、協(xié)調(diào)合作等學習方式，鍛煉學生的思維創(chuàng)新能力，樹立學生的學習能動性。

5 總結(jié)

通過對傳統(tǒng)《通信原理》課程的教學內(nèi)容進行完善，以及改革傳統(tǒng)的教學方法，就能夠在一定程度上適應(yīng)新工科建設(shè)的時代發(fā)展要求，也能夠通過課程教學反映出當前通信新技術(shù)的發(fā)展趨勢，同時也能夠滿足各個高校學生各種學習的迫切需求，能夠培養(yǎng)眼界開闊、思維活躍、創(chuàng)新突出、基礎(chǔ)知識扎實、具備一定競爭力的高層次工程技術(shù)型人才。