通信原理混合式實驗教學改革探索

蔡文靜 楊蕾 宋曉煒 陳旭 常怡萍

摘 ?要 結合通信原理慕課在線課堂建設，搭配虛擬仿真體驗，實現線上線下混合式學習，給學生充足的時間和空間鍛煉實踐能力、發揮創新能力。通過采用混合式實驗教學方式，革新了現有的實驗教學模式，有效提升了教學質量。

關鍵詞 通信原理;混合式實驗教學;虛擬仿真實驗;慕課;實驗室

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0112-02

1 引言

隨著5G時代的到來，通信原理課程的教學對社會進步的重要性越來越明顯。通信原理課程作為電子信息工程、通信工程專業的核心課程，是溝通基礎課程（如信號與系統、數字信號處理等）與專業課程（如移動通信、光纖通信、計算機通信等）的橋梁 [1]。實驗課程屬于實踐教學活動，是對理論知識的驗證，以鍛煉學生動手能力和形成正確思維方式為目的而開展的，是實現實踐型人才培養的重要途徑。通過對目前通信原理實驗教學方式進行調研，可發現其實驗內容以驗證性實驗為主[2]，一般由教師在課堂上講解實驗原理及實驗目的后，學生按實驗步驟進行測試完成并記錄實驗數據，分析實驗結論。這導致學生對實驗內容理解不夠深入，教學效果不理想。結合通信原理慕課的開展，進行線上線下混合式實驗教學改革[3]，確立學生主體地位，增強學生的學習興趣，使實驗從驗證性實驗過渡到開發性、創造性實驗，進一步提升對理論知識的掌握。

2 混合式實驗教學模式

鑒于傳統實驗教學方式單一，現有的混合式教學旨在結合軟硬件資源以及線上線下資源，充分利用線上學習和面對面學習的優勢，以提高學生的課堂活躍度為目標，協調信息技術與實驗教學之間的關系[4]。傳統實驗教學方式是在實驗指導書的指示下，按照實驗步驟一步一步地進行，只能簡單地觀察實驗的輸入和輸出對比，對實驗儀器的操作體驗較少。實驗課程內容較枯燥，學生學習興趣不高。采用混合式教學方式可以改進傳統教學方式的缺點，完善現有的教學模式，借助網絡架起師生之間對話的橋梁，促進學生主動性的發揮。

通信原理實驗教學在信息化教學形式下利用慕課學習平臺作為支撐、課堂實驗作為基礎、線上開放操作為拓展，進行教學改革探索，從而將學習資源、環境、方式等多種因素融合，增加實驗課程的教學時長，拓寬實驗知識的學習資源，將面授內容與信息化學習融合，給學生更多的選擇，激發他們的創造性與學習積極性，從而使學生對實驗內容有更深入的體驗。

3 混合式實驗教學模式設計

本文以通信原理的常規實驗為研究內容，分三步完成線上線下的混合式教學模式：

第一步，制作慕課課件，供學生提前學習;

第二步，結合硬件進行課堂實操;

第三步，開放線上軟件仿真系統，供學生課后學習。

課前階段 ?為改變傳統實驗教學以教師為主導的講解方式，筆者將通信原理實驗的相關知識點做成短視頻形式動態講解，并將實驗操作的具體流程也在視頻中進行演示，這樣也能節省教師的課堂時間，使學生的實踐時間更多。筆者在慕課堂網絡通信原理網絡課堂上添加了實驗教學部分，首先對實驗用到的實驗設備RZ9681型現代通信技術平臺的功能和外觀進行詳細介紹;其次，在每個實驗的開端對實驗原理進行講解，使學生能回顧課堂上學到的知識點。通過要求學生提前觀看實驗操作視頻，如圖1所示，使學生了解實驗的操作規程，不至于進入實驗室后茫然不知所措。

課中階段 ?由于學生課前已學習過相關的實驗操作，這樣在進入實驗教室之前，就已對實驗原理及實驗過程有一定的了解，可根據慕課講解進行實際操作，能縮短基礎實驗的實驗時間，留出足夠的時間做開發型和創新型實驗。

在實驗過程中，學生應嚴格按照實驗操作步驟進行實驗，對實驗中出現的數據認真觀察并做出準確分析。對實驗中出現的不符合理論的數據或波形也要進行記錄，分析原因后進行二次實驗[5]。

課后階段 ?由于課堂時間是有限的，學生在課堂上難以充分理解和認識課程內容，因此建設開放型仿真實驗操作系統供學生課后學習鞏固。通信原理實驗需要大量的時間和精力去調試和分析，特別是在遇到復雜的綜合性實驗時，課堂上的時間對學生來說更是杯水車薪。這就需要有開放實驗室，讓學生有充分的自由時間鞏固理論知識。開放實驗室可以在網絡上實現仿真實驗操作，學生可以不受場地的限制，自由安排操作時間。在網絡上進行仿真實驗時，學生需要對實驗原理進行回顧，然后跳轉至實驗操作界面，如圖2所示。

學生可以根據需要對實驗過程中每個節點的波形進行驗證分析，實驗結果相對于實際硬件操作來說，數據的誤差更小，與學生根據理論分析得到的結果更相近。

虛擬仿真系統中模擬示波器的造型和功能與實際使用的示波器一致。在實驗過程中，筆者發現學生雖然在很多實驗中都用到示波器，但是對示波器的操作還是不夠熟練，不能準確將示波器的波形調整到結果較為明顯的位置。這樣在虛擬仿真系統中也能對示波器的實操技能進行鞏固，以便學生在后續的教學中更快更好地完成實驗。通過調整示波器的時機，可以清晰觀察到波形及編碼各個過程的變化，如圖3所示。

4 混合式實驗教學模式的實施效果

針對中原工學院通信工程專業和電子信息工程專業2016級共176名學生采用混合式實驗教學模式授課后，取得良好的教學效果。學生能事先按要求完成實驗預習任務，教師也能實時觀察預習情況;若在預習過程中有疑問，也可在課堂實際操作時向教師尋求解答，充分發揮主觀能動性。課后，學生還可以通過虛擬仿真實驗系統對未完成或不熟悉的實驗內容進行重復操作。由于實驗教學的內容一般都是課堂上的重點知識，課后，教師也可以通過虛擬仿真實驗系統的使用情況，了解學生對基礎知識的掌握情況。

混合式實驗教學整合了現代信息技術輔助下的多種教學方式的優點，拓展了教與學的時間與空間，確立了學生的主體地位，促進了師生之間的情感交流，使學生的學習信心倍增。

5 結語

在通信原理實驗教學過程中采用混合式教學，不僅可以提升學生的自學能力，而且能不間斷地觀察學生對知識的掌握情況。開設實驗慕課和仿真實驗，能進一步增強學生對通信原理重點知識的理解和掌握;同時，教師也能通過后臺學習數據，準確把握學生課前預習與課后復習的情況。教學實踐證明，混合式實驗教學模式能提高學生的實驗實踐技能，幫助學生更好地適應現代社會的發展，具有良好的教學效果。

參考文獻

[1]林善亮.試論通信原理實驗教學改革[J].移動信息，2015（4）：43-44.

[2]翟雙，劉麗偉，王昕.《通信原理》實驗教學改革與探索[J].才智，2019（29）：13.

[3]毛力，王慧琴，王民，等.基于網絡教學平臺的通信原理課程混合教學模式研究[J].中國管理信息化，2017，20（3）：244-245.

[4]王廠，管恩京，齊曉妹.基于微課的混合式學習在實驗教學中的應用研究[J].中國教育信息化，2018（14）：53-58.

[5]張立毅，耿艷香，費騰.《通信原理》實驗教學中思政教育的設計與探索[J].高教學刊，2018（22）：80-81，84.