“通信原理”課程教學探索與實踐
——基于SPOC和虛擬仿真實驗

鄒 領，陳義明

（湖南農業大學 信息與智能科學技術學院，湖南 長沙 410128）

0 引 言

“通信原理”是高校通信工程、電子信息工程和物聯網工程等信息類專業的核心專業課程之一，也是相關專業研究生入學考試經常被選為筆試科目的一門課程，具有十分重要的地位。“通信原理”這門課程的先修課程一般有“信號與系統”和“隨機信號分析”等。與理工科其他課程一樣，“通信原理”課程一般也分為理論課和實踐課，甚至還包括課程設計。傳統的“通信原理”課程教學，理論課的學習一般由教師線下開展，而實踐課則由學生在實驗室通過通信原理實驗箱完成。

當傳播類疫情較嚴重時，為確保學生的人身安全，同時使得大學新學期的教學工作能按期正常進行，可考慮在學生不在校的情況下借助互聯網，采用新型信息化教學手段開展教學工作。小規模限制性在線課程（SPOC）是近年來流行的一種新型線上課程建設和在線教育方式，適合在大學開展遠程線上教育。

本文探索基于SPOC和虛擬仿真實驗開展遠程“通信原理”課程教學的新型教學模式。理論課教學可通過SPOC的形式開展，針對實踐課，目前支持通信原理虛擬仿真實驗的軟件包括SystemView、MATLAB/SimuLink等。在無法利用通信原理實驗箱的情況下，可以借助軟件進行虛擬仿真實驗。

1 SPOC

2012年，大型網絡式開放課程（MOOC）興起，使每個人都能免費獲取來自名牌大學的資源，可以在任何地方、用任何設備學習，有利于教育資源的共享。但同時，MOOC也存在規模大、學習過程管理欠缺、個性化指導不足等缺點。SPOC作為小規模私有在線課程，其出現可以彌補傳統MOOC的部分缺陷。SPOC的學生人數一般設定為幾十到幾百人，學生加入某SPOC課程學習必須經過開課教師的同意，例如在中國大學MOOC平臺開設SPOC課的教師可以通過設置選課密碼讓指定的學生加入課程。諸如這些特點使得SPOC比較適合開展大學課程的在線學習。

以中國大學MOOC平臺為例，平臺課程既支持MOOC也支持SPOC。其中，SPOC被劃分成3類：同步SPOC、異步SPOC和獨立SPOC。獨立SPOC需要授課教師提供所有教學資源，而同步或異步SPOC可以選擇平臺一門MOOC的資源作為該SPOC的教學資源，即充當該SPOC的源課程。同步SPOC和異步SPOC的區別在于，同步SPOC不能修改源課程MOOC中的資源，而異步SPOC可以修改源課程MOOC中的資源。授課教師可以根據實際需求選擇建立SPOC的類型。

2 基于SPOC和虛擬仿真實驗的“通信原理”課程實施

以中國大學MOOC平臺為例搭建本校通信原理理論課的SPOC，實踐課通過基于SystemView軟件的仿真實驗進行。

2.1 SPOC開課申請階段

在學校已經購買了平臺服務的情況下，在中國大學MOOC平臺上新開本校專屬的SPOC首先需要授課教師向學校的教學負責部門（一般為教務處）進行建課申請。具體到我校通信原理SPOC，考慮到我校當前選擇的教材是西安電子科技大學教師團隊主編的經典通信原理教材第7版，因此我們選擇教材主編教師之一在中國大學MOOC平臺上開設的通信原理MOOC作為源課程來創建SPOC。該MOOC的開課時間與本學期的“通信原理”課程時間基本同步，因此適合建立同步SPOC。但考慮到我校還需要更新一些本校教師準備的教學文檔、視頻等做為內容的補充，故建立異步SPOC。

2.2 課程建設階段

開課申請完成后，授課教師團隊登錄中國大學MOOC平臺，通過本校的學校云選擇進入申請開設的SPOC課程的設置頁面進行相關設置。首先，發布SPOC課程的介紹頁，如圖1所示。設置課程團隊和發布課程介紹頁，包括課程負責人和團隊其他教師以及設置課程的基本信息，例如課程名稱、所屬大學和課程分類、開課時間、結束時間、每周學時、課程概述、課程大綱、課程封面圖片等。

圖1 中國大學MOOC平臺發布SPOC課程介紹頁

接下來發布課程學習頁，如圖2所示。主要包括發布公告、發布評分方式、發布教學單元內容以及設置討論區結構。發布公告可以及時發布課程活動通知以及資料。發布評分方式設置包括評分標準設置、題型設置、總分及成績設置。其中，題型設置針對單元測驗、單元作業、課程考試所包含的主觀題和客觀題進行設置，而總分及成績設置可以分配單元測驗、單元作業、考試、課程討論、視頻學習完成度等各部分在總成績中的百分比權重。發布教學單元內容包括教學視頻、課件、文檔、隨堂測驗、單元測驗、單元作業和課程期末考試等。最后，設置討論區結構，授課教師可以根據自身需要選擇開啟或關閉教師答疑區、課堂交流區和綜合討論區。

圖2 中國大學MOOC平臺發布SPOC課程學習頁

通信原理SPOC的教學單元內容安排見表1所列，其中內容與源MOOC的教學內容大體一致。考慮到教材中“確知信號”和“隨機過程”這兩個章節的內容分別屬于先修課程“信號與系統”和“隨機信號分析”，因此將其設定為由同學自學完成，不出現在教學單元內容中。

表1 通信原理SPOC教學單元內容安排

2.3 基于SPOC的線上理論課實施

課前，教師可將教學PPT等電子資料發送給學生以方便學生進行課前預習。之后學生可按照教師指定的學習任務和時間登錄SPOC學習相應章節的視頻等。考慮到學生一學期可能需要完成多門課程的學習，為了不與其他課程的學習時間沖突，我們安排學生的課程學習時間與學校發布的課表上的時間一致。學生按照課表上的時間進入SPOC進行本次課程的學習，并完成SPOC中已經設置好的單元測驗或單元作業。單元測驗以客觀題的形式出現，方便系統直接評分，而單元作業則為主觀題，可由教師批改評分也可由學生之間互評。同時，為保證學生在指定時間學習，SPOC的單元測驗和單元作業題都設置了截止提交時間，要求學生必須在截止時間之前完成并提交，逾期將無法提交。單元測試和單元作業的完成情況也將一定程度上影響學生最終的成績。

此外，每次課程結束后為鞏固學生的學習效果，我們還將布置額外的課后作業。同時還可以在SPOC的學習章節中提供討論話題讓學生參與討論，激發學生的學習興趣。借助SPOC中的討論區，學生平時學習遇到不懂的問題可以在討論區提問，學生也可以在討論區回答別的學生所提出的問題，授課教師會在空閑時間登錄討論區答疑。與單元測驗和單元作業類似，可以將學生在SPOC中參與討論話題的數量和質量作為最終成績的一部分。

“通信原理”課程的作業題經常涉及計算、畫圖等，授課教師還會對課后作業進行詳細講解。因此我們需要先制作好作業講解PPT，然后將授課教師利用PPT講解的過程錄制成視頻，之后上傳到SPOC中。學生在完成作業后可登錄SPOC觀看作業講解視頻。教師也可以在SPOC中利用中國大學MOOC平臺提供的“學校云課件直播”功能以在線直播的方式講解作業題。

2.4 基于虛擬仿真軟件的實踐課

由于遠程學習可能無法利用專用的通信原理實驗箱，因此更適合采用虛擬仿真實驗的形式，借助SystemView、MATLAB/SimuLink等開展實踐課。以SystemView為例，授課教師安排學生在私人電腦上安裝SystemView軟件，實驗之前，教師將包含實驗目的、實驗內容、實驗步驟和過程記錄等內容的實驗報告傳送給學生，之后學生對照實驗報告文檔在電腦上利用SystemView中的各種功能模塊搭建系統，設置參數，然后運行系統并觀察特定信號的波形、頻譜等，同時按實驗報告中的要求填寫實驗報告后發送給教師。圖3為利用SystemView進行通信原理仿真實驗的示例。所搭建的系統是一個四進制單極性數字基帶系統，SystemView中實驗觀察到的信號波形等與利用硬件實驗箱和示波器等儀器現場實驗觀察到的結果相似。

圖3 四進制單極性數字基帶系統搭建圖

2.5 課程考試及評分

課程結束后，我們將在SPOC中發布考試信息，考試有規定的時長和起止時間，題型分為客觀題和主觀題。首先進行客觀題（包含選擇、填空和判斷題）考試，然后進行主觀題（主要為問答題和計算題等）考試。作答主觀題時，簡單的題目可以直接在SPOC中作答，而復雜的題目可以采用提交圖片或文檔的形式作答。我校SPOC主觀題測試答卷采用提交圖片的方式，要求學生將答案寫到答題紙上，同時還包括姓名、班級和學號等信息，然后將答題紙拍照后上傳提交。如果采用提交文檔的方式，則需將答案寫到某個電子文檔（例如Word或pdf文檔等）中提交。最后，將學生的課程考試、單元測驗、作業、討論區參與討論情況和視頻學習完成情況等指標按照百分比進行加權求和得到該生的總成績。

我們在本校按照上述模式進行了“通信原理”課程的線上教學實踐之后，發動全班同學參與回答了教學方式滿意度調查問卷，參與人數約90人（包括3個自然班），發現絕大多數同學（約80%）對線上教學方式給出了肯定的態度，甚至認為可以替代傳統的課堂教學。同時，班級學生的最終成績也基本服從正態分布，取得了不錯的教學效果。

3 結 語

SPOC是近年來流行的一種新型線上課程建設和在線教育方式。經過疫情期間大學“停課不停教、不停學”號召的啟發，本文探索了基于SPOC和虛擬仿真實驗的“通信原理”課程遠程線上教學模式，以中國大學MOOC平臺和SystemView軟件為例介紹了通信原理SPOC課程的具體建設過程，學生的線上學習和討論，教師答疑和作業講解以及實踐課的實施等。實踐表明，相較于傳統的線下教學，我們采用的教學模式取得了學生的積極反饋以及不錯的教學效果，可以為大學“通信原理”或其他類似課程開展線上教學提供參考。