“雙一流”建設(shè)下的通信原理課程教學
——基于思維導圖

耿 蓉，葉 寧，劉 軍

（東北大學計算機科學與工程學院，遼寧沈陽 110819）

0 引言

“雙一流”建設(shè)是黨中央、國務院的重大戰(zhàn)略決策，旨在全面培養(yǎng)一批到2050 年底進入世界一流的大學和學科，其有利于提升中國高等教育綜合實力和國際競爭力，為實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標和中華民族偉大復興的中國夢提供有力支撐。教育部《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》提出：課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。夯實基層教學組織，提高教師教學能力，堅持知識、能力、素質(zhì)有機融合的課程目標，培養(yǎng)大學生自主解決復雜問題的綜合能力和高級思維。在課程內(nèi)容上要強調(diào)廣度和深度，突破習慣性認知模式，培養(yǎng)學生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和能力。

對于信息與通信工程學科，通信原理是通信工程專業(yè)和電子工程專業(yè)的一門必修課程，是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。目前，各院校的通信類專業(yè)都將“通信原理”作為碩士研究生入學考試、復試考試科目，其重要性可見一斑。本課程既有很強的理論性和系統(tǒng)性，又有很強的工程性和實踐性［1］。通過本課程學習，學生將掌握各種信息在通信系統(tǒng)傳輸?shù)幕驹怼㈦S機過程特點以及通信系統(tǒng)的性能分析方法，具備一定通信系統(tǒng)設(shè)計中工程實驗和實踐問題分析與解決能力，具有綜合運用理論和技術(shù)手段設(shè)計通信系統(tǒng)的能力，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程學習打下堅實基礎(chǔ)［2-4］。提高通信原理課程教學有助于通信與電子專業(yè)本科教學質(zhì)量提升。

通信原理課程系統(tǒng)性較強，理論知識涉及面較廣，內(nèi)容概念抽象枯燥，加之大多數(shù)學校主要采用傳統(tǒng)的灌輸式教學，教學手段單一，學生學習效果并不理想。雖然近年來各大院校已實現(xiàn)多媒體教學，但其課堂講授信息量大且?guī)熒虞^少，不利于學生思維能力培養(yǎng)［5］。

如何改進通信原理課程教學，使學生在個人興趣與自我期望的激勵下開展學習，提高教學效率，并培養(yǎng)學生綜合能力，必須改革教學方法，以提升教學效果為目的進行教學模式創(chuàng)新，真正讓課堂活起來。

1 思維導圖及其教學應用研究現(xiàn)狀

思維導圖是一種視覺思維工具，用圖形化的方式展現(xiàn)想法和概念［6-7］，也是一種將隱性知識轉(zhuǎn)換為顯性知識的工具，以鼓勵學生探索信息之間的關(guān)系并激發(fā)學生創(chuàng)造性思維［8］。思維導圖在教學中的有效應用，對于更新教學理念、提高教學質(zhì)量、促進教學改革、提升教研績效、開展學習創(chuàng)新發(fā)揮著日益重要的作用，它是互聯(lián)網(wǎng)+時代教師優(yōu)化教學的新利器［9-10］。

思維導圖作為一種有效的可視化表達方法和工具，在為學生個體自我知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供支架的同時，也有利于知識和信息在個體間的傳播與交流［11］。將通信原理和思維導圖相結(jié)合，極大地提升了創(chuàng)造性思維能力。這是因為在每個探究階段整合思維導圖將有助于學生有效而系統(tǒng)地管理和理解信息。管理和理解信息的能力是實現(xiàn)創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵［12-13］，思維導圖也是訓練創(chuàng)造性思維能力的理想技術(shù)。思維導圖利用了思維相關(guān)的所有技能，尤其是想象力、鏈接思想并極具靈活性。基于這些假設(shè)，使用思維導圖進行通信原理學習有望映射學生思維，并全方位激發(fā)他們的思維，并帶來出色的創(chuàng)意，使用思維導圖可以幫助學生在先前的材料信息和材料之間建立聯(lián)系。

目前，有很多教育工作者將思維導圖應用于教育教學過程中。燕麗紅等［14］提出將思維導圖應用于高校學生學業(yè)規(guī)劃中；李傳秀等［15］提出將思維導圖應用于程序設(shè)計教學中；汪升華［16］提出基于三維思維導圖構(gòu)建交互式網(wǎng)絡(luò)學習系統(tǒng)；李雪等［17］則在專業(yè)學習中的應用思維導圖進行引導；趙艷輝等［18］將思維導圖應用于翻轉(zhuǎn)課堂中；劉偉［19］提出核心素養(yǎng)下在初中英語教學中運用思維導圖開展閱讀教學。但這些研究沒有針對通信原理這類專業(yè)課進行思維導圖構(gòu)建，本文采用基于思維導圖的教學模式，將思維導圖的聯(lián)想、繪制、分析滲透到通信原理教學各環(huán)節(jié)中，充分發(fā)揮學生主導作用，調(diào)動學生學習積極性，提高學習效率。

2 思維導圖在教學中的應用舉例

本文將思維導圖作為教學輔助工具和認知理解工具，將樊昌信等［20］編制、國防教育出版社出版的《通信原理》第7 版作為教例，力圖提高學生理解能力，提高其學習效率。課堂思維導圖輔助教學分4 個階段進行：規(guī)劃、行動、觀察/評價和反思。主要內(nèi)容如下：①規(guī)劃：與教授通信原理課程教師合作，觀察2016 級通信和電子專業(yè)學生；②行動：通過思維導圖輔助，觀察和評估教學過程；③觀察/評價：通過學習成績測試評價學生的學習情況，通過問卷調(diào)查和訪談評價學生對教學計劃實施情況的反饋；④反思：通過考察考試成績，以及與學生訪談時他們提到所面臨的困難，總結(jié)和評價實施過程中遇到的制約因素，以便不斷改進教學過程。

2.1 優(yōu)化教學設(shè)計，提高教學質(zhì)量

在第一堂課，將圖1 所示的通信原理總綱思維導圖呈現(xiàn)給學生，并作簡單說明，讓學生把握總體概況且有個心理預期，將學生的思維帶入教學軌道，以便師生共同思考和解讀課堂教學內(nèi)容。在講授各章節(jié)時，講課前向?qū)W生呈現(xiàn)該章節(jié)的思維導圖，使其在學習過程中調(diào)用這些導圖，與知識點相結(jié)合，印象更加深刻，理解更加透徹。在課程學習過程中，通信系統(tǒng)中很多信號和噪聲都具有隨機過程的統(tǒng)計特性，需通過研究信號的這些統(tǒng)計規(guī)律以把握通信規(guī)律的本質(zhì)。因此，在課程講授中重點強調(diào)通信過程中隨機性的描述，以及統(tǒng)計數(shù)學工具和信號分析方法在通信系統(tǒng)中的應用。在講授第三章“隨機過程分析”時，講課前先向?qū)W生呈現(xiàn)一幅隨機過程思維導圖如圖2 所示，然后順著思維導圖中的路徑介紹隨機過程的引進原因、隱含規(guī)律、主要內(nèi)容等。其它章節(jié)的思維導圖在此不再贅述。

成形的思維導圖既有教師個人特色，又能展現(xiàn)通信原理及其不同章節(jié)的特點，對于教師梳理教學思路、優(yōu)化教學設(shè)計、把握教學內(nèi)容都有很大幫助。

2.2 改革教學方式，避免填鴨式教學

思維導圖作為一種全新的教學方法引入課堂，一方面能將學生的主要精力集中在關(guān)鍵的主題知識點上，并使其思維清晰化，另一方面教學方式也有所改進。教師不需再照本宣科，而是通過思維導圖引導學生學習。教師可采用PPT 動畫形式放映思維導圖，將課堂上的核心思想提供給全班學生，由他們完成導圖繪制，逐步顯示章節(jié)的主題、次主題和細節(jié)要點，引導學生思考，發(fā)揮學生主觀能動性，加深學生對課程內(nèi)容的理解和記憶，同時培養(yǎng)學生繪制思維導圖的能力。在隨后的通信原理教學過程中，教師可根據(jù)學習需要，要求學生根據(jù)自己對某一章節(jié)的理解繪制具有學生認知特點的思維導圖，讓學生真正成為課堂上的主體，教師則從旁做正面指導，讓學生從中了解知識發(fā)展脈絡(luò)，制作完成后師生間、學生間還可進一步溝通交流，學習他人思考問題的方式，訓練自己的思維，形成良好的思維模式，培養(yǎng)學生獨立思考能力以及頁面布局和審美等能力。

圖1 通信原理總綱

圖2 隨機過程思維導圖

2.3 創(chuàng)新課程預習，改善課后復習

思維導圖可以設(shè)置為與PPT 匹配，由于可以清楚地識別出關(guān)鍵字和關(guān)鍵主題，這將有助于確保教授所有需要教授的內(nèi)容。完整的思維導圖可以作為下一堂課的摘要提供給學生。這樣，學生可以只專注于關(guān)鍵主題，而不會在切線上產(chǎn)生分歧，從而做好準備，看到一個主題并知道該主題內(nèi)的所有內(nèi)容如何鏈接在一起。在課后復習中，利用思維導圖也能很快地將遺忘的知識點重現(xiàn)，提高復習效率。

在學生學習各章課程后，指導他們進一步完善自己的思維導圖，并探索其主題。修訂后的思維導圖草案由教師評論，鼓勵學生向同學征求反饋意見。

3 數(shù)據(jù)與分析

在教學中后期進行訪談和問卷調(diào)查，圍繞學生對利用思維導圖進行通信原理輔助教學的利弊和教學效果等問題展開，主要目的是了解學生對這種教學方式的認可程度和使用情況，訪談提綱如下：

你認為利用思維導圖進行通信原理輔助教學有什么優(yōu)勢與不足之處？

你認為利用思維導圖進行通信原理輔助教學有什么需要改進的問題？

你對利用思維導圖進行通信原理輔助教學持什么態(tài)度？在以后的學習中，你愿意繼續(xù)使用思維導圖嗎？

問卷調(diào)查如下：

你認可思維導圖用在通信原理教學嗎？（是，否，無所謂）

本學期思維導圖的輔助教學對課程學習是否有幫助？（是，否，說不好）

自己會動手畫思維導圖嗎？（是，否，說不好）

以后學習中會繼續(xù)使用思維導圖嗎？（是，否，說不好）

你認為思維導圖輔助教學會浪費時間嗎？（是，否，說不好）

對思維導圖輔助教學有什么建議？

通過對通信專業(yè)98 名學生和電子專業(yè)64 名學生進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在利用思維導圖進行通信原理輔助教學優(yōu)勢問題上，90% 的受訪學生認為這種教學模式的優(yōu)點首先體現(xiàn)在思維導圖圖形化表達方式使得課程教學更為生動和形象，使得學生的學習參與態(tài)度更加積極，也培養(yǎng)了學生良好的邏輯思維能力，充分發(fā)揮了其主觀能動性。在用思維導圖進行通信原理輔助教學需要改進的問題上，70% 受訪學生普遍認為自己繪制思維導圖比較浪費時間，有時不能有效地組織和表達相關(guān)內(nèi)容。

在對利用思維導圖進行通信原理輔助教學的態(tài)度上，91% 的受訪學生認為這種方式在對學生思維能力培養(yǎng)和對該課程整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)容理解上具有明顯優(yōu)勢，因而他們對此方式持肯定態(tài)度，并且表示在后續(xù)學習中，在時間充裕和應試壓力減小的情況下，自己也會主動使用思維導圖進行學習。

4 結(jié)語

目前，教育部對于教育教學創(chuàng)新大力扶持，希望以此提高教師教學能力，提升人才質(zhì)量。本文利用思維導圖進行通信原理輔助教學，以更加清晰的圖形化方式開展學習，讓學生更積極地參與學習過程。從實踐結(jié)果可以看出，通過有效梳理學生通信原理知識，有助于提高學生學習興趣。