“通信原理”融入混沌線上教學模式研究

張洋 芮國勝 毛忠陽 劉錫國 田文飚

[摘 要] 作為疫情這個特殊時期的重要舉措，各式各樣的線上教學方式如雨后春筍般發展起來，新的教學時代拉開了帷幕，但需要看到的是，線上教學方式欠缺了最核心也是最重要的環節——激發學生潛能和熱情的部分，學生對線上學習多惰性、少動力。因此，基于學生學習“動力不減、效果優異”的準則，提出將科研中的混沌機理融入線上特殊教學環境的“二位一體”教學模式，并通過60人次的“通信原理”疫情線上教學作為試點進行了驗證，結果證明“二位一體”教學模式在激發學生潛能、提升教學效果方面具有顯著的作用，同時也為線上教學的發展提供了重要借鑒。

[關鍵詞] 教學方式;特殊時期;混沌機理;線上教學;潛能激發

[基金項目] 2017—2020年度國家自然科學基金“微弱暫態信號的混沌高效檢測方法研究”（61671016）;2015—2018年度國家自然科學基金“基于壓縮感知的蒸發波導時空態勢獲取方法研究”（41476089）;2017—2019年度國家自然科學基金“陣發蒸發波導的非均勻壓縮感知及重構方法研究”（41606117）

[作者簡介] 張 洋（1983—），男，山東煙臺人，博士，海軍航空大學講師，主要從事現代通信技術、混沌、非線性濾波研究;芮國勝（1968—），男，江蘇南京人，博士，海軍航空大學教授，主要從事現代通信技術、小波、非線性濾波研究。

[中圖分類號] G642 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）29-0053-04 ? ?[收稿日期] 2021-04-05

一、引言

“教學隨著環境來”，疫情給人類帶來災難的同時也帶來了新的頭腦變革，傳統的教育教學結構面臨新的挑戰，線上教學方式也不僅僅局限于慕課、微課等經典表現，而是以更具實時性的網課、平臺形式展現在教師及學生面前，進步是明顯的，但同時這種實時性的表現形式也帶來了一些問題和矛盾，比如：（1）缺少教師和必要監控機制的線上教學，如何保證學生學習自律性的問題;（2）線上面對面的互動如何達到與線下傳統互動同樣甚至更優教學效果的問題;（3）對于理論性很強的課程教學內容，枯燥與惰性并存時，如何保證學習效率的問題。上述三點其實可以歸于一個共有的點，那就是如何至少確保學生在線上教學過程中“動力不減、熱情不退、效果維持”，這也是特殊時期線上教學面臨的新的挑戰。

與相對論、量子力學同為21世紀三大重要理論的混沌非線性動力學[ 1-6 ]，擁有100多年的發展歷史，近年來在弱信號檢測的優異表現使得人們眼前一亮，將其應用到遙感、探測、信號估計、通信檢測等各個領域，同樣的，混沌在教育教學[ 7-10 ]中也可以發光發熱，發揮其特殊的優越性。

二、“通信原理”課程特性和混沌融入

“通信原理”是一門主要學習現代模擬通信、數字通信等信息傳輸理論的課程，可使學生深刻理解通信的定義、機理、分析方法和有關通信系統的重要結論，了解通信系統的組成和實現過程，養成實事求是的科學作風和嚴肅認真的工作作風，為學習通信新理論、新技術打下必要的知識和思想基礎。通過學習，提高學生分析和解決實際問題的能力及科學的思維方法，從而培養適應當代通信技術大發展的創新人才。

混沌是用各種片段化的方式逐步實現激勵，最終達到質變，從而實現“蝴蝶引發風暴”這樣的效應，而應用在通信原理教學中就是將一個個知識點“碎片化”“視頻化”“故事化”，而“通信原理”授課中的應用教學視頻的制作過程對于每個課程組教師來說其實是很艱辛的。如何面對鏡頭流利講解通信知識，如何把原本45分鐘的課堂轉變成一段段幾分鐘的小案例、小故事和小知識點，并不是一件容易的事。正如混沌機理，無論是啟動力、迭代間隔還是阻尼系數等每個細節都非常關鍵，只有形成系統才能發揮最大的作用，這也是線上線下聯動所需要面臨的最大挑戰。在特殊時期共同努力的過程中，付出和收獲同樣多，此時課程的組織形式可能與以往大相徑庭，要打破原有知識點之間簡單的點、線、面關系，形成一種交叉鏈接的共鳴關系。通過教學變革和提升，能夠極大提升學生的學習成果和學習效率。

但是，新的教學方式變革不能僅是為了引發興趣變成一部趣味性網絡小說，還必須成為一門能夠為學生未來服務的、為將來崗位任職服務的過硬課程，“通信原理”絕對不能為了一味迎合學生需求而失去原則性所在，只有將每個學生都變成課程和知識的，才意味著課程教學變革真正的有效。同時，疫情使得各地教育不得不采取新型的措施，一定程度上增強了相互之間的競爭，會使很多教師和教育機構迫不得已提出新的教育變革，不斷促使教師審時度勢，不斷調整自己的教學思路，真正用心思考新的教學妙招，對學生未來發展形成正的推動力。

基于混沌機理的線上混沌激勵方法通過激勵學生學習原動力，同時在線實時記錄學生的各種學習行為和情感變化，從而形成各種待分析數據，課程組教師成員和分析人員則可以通過這些行為數據形成優勝劣汰的教學思路，不斷更新自己的教學技術和教學手段，從而更好地促進教學改革的持續推進和發展進步。

課程組還會為學生提供一份完整的知識點樹狀關系圖，除了必要的基礎知識外，學生可以自主根據樹圖的各個節點來學習各類知識點，并預先設置自身所期望的學習或指導時間，系統會根據混沌機理自動為學生生成課程學習計劃，為每一名學生量身打造切實適合自己的通信課程。

三、“通信原理”課程思想

下面根據筆者所在課程組的“通信原理”的課程思想進行具體分析，以便于具體針對課程分析混沌融入的方式。

1.該課程注重學生理論素質的培養。“通信原理”課程理論性強、知識點多，涉及高等數學、隨機過程、天線與電波傳播、信號處理等內容，教學過程中需強調通信系統自身的系統性和完整性，符合本學科的科學性，引導學生學會綜合運用各種理論知識的方法，夯實通信專業基礎。