基于CDIO的《通信原理》教學模式改革研究

童艷 馮嵩 張麗麗

摘要：為解決《通信原理》課程傳統教學模式存在問題，提高課堂教學效果和學生學習效率，該文基于CDIO工程教育理念，提出了適合本校通信工程專業的教學模式。該模式將課程內容分為3個項目，每個項目對應一種通信系統，讓學生以小組為單位用Simulink軟件來實現項目所對應的通信系統的仿真和性能分析。這種項目驅動和小組形式，提高了學生的學習興趣，培養了團隊協作意識，鍛煉了學生的實踐能力和解決實際工程問題的能力。

關鍵詞：通信原理 ? CDIO ? 教學模式Simulink

中圖分類號：G642 ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

Research on the Teaching Mode Reform of Communication Principle Based on CDIO

TONG Yan FENG SongZHANG Lili

（Shenyang Institute of Urban Construction， Shenyang，Liaoning Province， 110167 ?China）

Abstract：In order to solve the problems existing in the traditional teaching mode of communication principle course and improve the classroom teaching effect and students' learning efficiency， based on the CDIO Engineering Education Concept， this paper puts forward a teaching mode suitable for the major of communication engineering in our university. In this mode， the course content is divided into three projects. Each project corresponds to a communication system. Students can use Simulink software to realize the simulation and performance analysis of the communication system corresponding to the project in groups. This project driven and group form improves students' interest in learning， cultivates their sense of teamwork， and exercises students' practical ability and ability to solve practical engineering problems.

KeyWords：Communication principle; CDIO; Teaching mode; Simulink

《通信原理》課程是筆者學校通信工程專業的一門專業核心課程，要求學生能掌握通信的基本概念和基本技術，熟悉通信系統組成，會分析通信系統性能，能發現分析和解決通信工程中遇到的一般問題，它是后續很多專業課的基礎，在通信工程專業中占據很重要的地位。

筆者在《通信原理》的教學中發現了一些問題。《通信原理》課程理論性很強，概念較抽象，學生不易理解，而目前課堂教學主要以教師講授為主，學生課堂學習比較枯燥，興趣不大，學習效率低，課堂效果較差。該門課共72課時，其中有64課時的理論和8課時的實驗，實驗課時少，學生的動手能力得不到充分的鍛煉和提高，理論內容也不能通過實驗進行充分的驗證和及時地消化。目前，這門課的講授完全按照教材的編排順序，沒有內容上的整體考慮和把握，也沒有給學生安排具體的任務，只是偶爾有一些互動，課后留一些作業，學生學習目的不強，積極性不大。另外，當前該門課在成績考核上均以學生個人為單位進行考核，培養不了學生的團隊協作意識，而團隊協作能力是學生走向工作崗位后的基本要求。以上這些問題大大降低了課堂效果，因此《通信原理》課程傳統的教學模式亟待改革。

1改革現狀

目前，已有不少教師針對《通信原理》課程進行了教學改革，比如基于OBE理念、基于CDIO、理實一體化、課程思政、線上線下混合、基于虛擬仿真的教學改革等，為了進一步提高課堂教學效果，幾種改革模式可以結合使用。該文探索適合應用型本科院校的有效方法，在基于CDIO理念的基礎上，結合虛擬仿真、線上線下混合式教學來對《通信原理》課程教學模式進行改革。

前人已對基于CDIO和虛擬仿真的《通信原理》教學改革做了一些研究，比如趙娟等人[1]以項目式教學為基礎，對CDIO模式《通信原理》教學進行了研究，包括課程內容和課程體系、課程實驗、考評方式、教學方法與手段、校企合作;徐東輝等人[2]基于課程項目將教學內容分為四大模塊，并利用7個實訓項目與理論內容相結合，培養學生解決實際工程問題的能力;李茜等人[3]利用LabVIEW的模塊化設計思想開發通信原理實驗虛擬仿真平臺，并將平臺用于教學演示和學生學習，節省硬件設備成本，有效提高學生動手能力和創新能力;周敏[4]以SystemView為仿真平臺將課程設計分為6個實驗和1個綜合項目，來服務于理論內容，提高學生的動手操作能力;龔主前[5]提出了以項目和任務驅動為載體，開發項目教材、加強實踐教學、加強課程設計和信息化教學、加強“雙師型”建設、開啟開放式實驗教學的改革思路，來培養學生的創新能力和實踐能力;紀藝娟等人[6]采用LabVIEW進行通信原理虛擬實驗平臺的搭建，并結合USRP無線電收發設備實現網絡交互式的實驗教學，豐富了學生的實驗內容，提高了課堂效率和學生學習效率。

由以上教學改革研究與實踐可知，CDIO理念貫穿產品的整個周期，以任務驅動和項目式教學為載體，因此該文在借鑒前人研究成果的基礎上，結合虛擬仿真平臺，對《通信原理》進行基于CDIO的項目式教學改革研究與實踐，包括課程內容的選擇及總結、課程項目及任務的劃分、教學進度安排、考核方法的制定等，以期提高課堂教學效果，培養學生的創新能力、團隊意識、實踐動手能力及解決工程實際問題的能力。

2 基于CDIO的教學模式改革

CDIO工程教育理念以項目和任務驅動為載體，因此針對《通信原理》CDIO的教學模式改革，就需要首先將課程內容進行項目化和任務劃分，用項目和任務的完成來引導學生學習理論內容，達到事半功倍的效果。

2.1 課程內容總結

要對課程內容進行項目化和任務劃分，首先要明確該門課程需要學生掌握哪些內容。通過對教材及相關參考書籍內容總結得到，《通信原理》需要學生掌握的主要內容包括了通信的基礎知識（包括通信的基本概念、通信系統模型、通信系統分類、通信方式、信息度量、通信系統性能指標、信道分類、信道模型及對信號影響、信道噪聲、信道容量）、模擬通信系統組成及各部分功能技術原理和系統性能、數字基帶傳輸系統組成及各部分功能技術原理和系統性能、數字帶通傳輸系統組成及各部分功能技術原理和系統性能這四大知識模塊，其中通信的基礎知識是其他三大知識模塊的基礎，因為數字帶通傳輸系統是現代社會用得最為廣泛的通信系統，所以數字帶通傳輸系統相關內容是重中之重，其教學學習和學時安排會相對側重。

2.2 項目確定

由以上對課程內容的總結以及各知識模塊的關系，《通信原理》課程內容可以被劃分為3個任務，即模擬通信系統、數字基帶傳輸系統、數字帶通傳輸系統的學習，通信基礎知識的學習為這三大任務奠定基礎。考慮到軟件仿真的便利性和易操作性以及Simulink模塊建模的優勢，三大任務可以用3個項目去實現，即基于Simulink的模擬通信系統、數字基帶傳輸系統、數字帶通傳輸系統的仿真和性能分析。根據各項目所對應系統的組成及技術，又可將各項目分為多個子項目，《通信原理》課程內容具體項目劃分如圖1所示。

2.3 項目具體實施

該專業《通信原理》課程共72學時，其中有64課時的理論和8課時的實驗，圖1所示的項目在理論課時完成，實驗課時則在實驗室用實驗箱完成。根據課程內容、項目劃分及側重點，理論64課時分配如下：課程介紹2課時，通信基礎知識12課時，項目一14課時（其中子項目1、2、3、4各4、2、2、4課時，其他內容2課時），項目二8課時（其中子項目1、2各2、4課時，其他內容2課時），項目三24課時（其中子項目1、2、3各6、4、10課時，其他內容4課時），期末總復習4課時。

為了培養學生的團隊協作意識，《通信原理》課程教學中可以將學生分為多個小組，以小組為單位來完成圖1所示的各項目。筆者將該文實施方案具體應用到了本校通信工程專業2019級學生的《通信原理》課程中，該專業2019級學生共83人，共分為14個小組，先由學生自薦出14位小組組長，然后由這些組長來自由組隊，規定每組6人（有一組5人）。

教師在理論課堂結合Simulink仿真講授通信基礎知識和三個大項目對應的理論內容，為了讓學生提前對通信系統有所認識和了解，在課程開始前給學生布置一次通信系統調研的作業，要求對某一種通信系統進行調研，內容包括通信系統介紹、通信系統組成及各部分功能、通信系統特點及具體應用等，學生以小組為單位來完成此次作業，每組組長在規定時間內以調研報告形式將作業上傳至學習通中。教師在講授3個大項目對應的理論內容前，都會將每個大項目布置成一次作業，其中基于Simulink的模擬通信系統的仿真和性能分析要求學生完成AM、DSB、SSB、FM四種模擬調制解調系統的原理描述及Simulink仿真分析及性能對比，基于Simulink的數字基帶傳輸系統的仿真和性能分析要求學生在Simulink中完成數字基帶傳輸系統各組成部分的功能及技術原理描述、建模及仿真并實現眼圖和計算出誤碼率，基于Simulink的數字帶通傳輸系統的仿真和性能分析要求在Simulink中學生完成數字帶通傳輸系統各組成部分的功能及技術原理描述、建模及仿真并計算誤碼率，并且對2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四種數字調制解調系統的性能進行對比。

綜上，該門課共有四次作業，每次作業以小組為單位來完成，作業形式是基于Simulink的仿真分析報告，后3次作業分別對應3個大項目，并規定在每個大項目對應理論內容講授完以后將作業以小組為單位提交到學習通。在作業的完成過程中由組長來組織組員進行分工及協作，各組組員需要相互配合來完成各項項目和任務對應的作業，這樣學生邊學習理論內容邊完成項目作業，以作業為任務驅動來激發學生的學習興趣，使學生在做任務的過程中及時消化理論知識，提高學習效率，并培養了動手能力和團隊意識。

2.4 考核方法制定

基于CDIO的教學模式在具體實施過程中，就需要制定相應的考核方法來對學生進行有效的考評，進一步促進學生學習和教學效果。筆者在具體教學中，將課程成績分成了平時成績、實驗成績和期末考試試卷成績三大部分，分別占總成績的35%、5%、60%，其中為了突出過程考核，平時成績比以往占比多了10%，期末考試試卷成績比以往占比少了10%。平時成績又分為出勤、課堂表現、測驗、作業、職務四項，其中出勤、課堂表現、測驗、作業分別占平時成績的20%、20%、20%、40%，作業由于是以小組為單位來完成，且與課程項目有關，因此作業比重也比以往要多。平時成績中的職務一項屬于加分項，滿分15分，職務有教學秘書、助教、小組組長，這些職務的加分分別由教師、所有學生、小組成員來給出。實驗成績根據實驗出勤情況、實驗完成情況和實驗報告書寫情況給分，共4次實驗，實驗最終成績取4次實驗成績的平均分。

3 結語

《通信原理》課程傳統教學模式存在諸多問題，需要對該門課做出教學改革。該文對目前已有的針對《通信原理》課程的教學改革進行了調研，借鑒前人經驗，并結合本校應用型人才培養定位和該門課程特點，提出了適合本專業《通信原理》課程的基于CDIO理念的教學模式。該模式以項目為任務驅動，將學生需要重點掌握的課程內容劃分為三大項目，每個項目下又細分為多個子項目，每個項目用Simulink軟件仿真實現，并以小組作業的形式布置，以小組為單位將作業成果上傳至學習通。該教學模式已用于該專業2019級學生的《通信原理》課程中，實踐結果表明，學生的學習更有動力了，課堂效果也提高了，通過完成項目學生對理論知識理解得更透徹了，同時在組長的組織協調下，小組成員相互協作共同完成項目，學生的團隊合作意識得到了提高，動手操作能力和解決實際工程問題的能力得到了培養。為了讓課程項目更加可視化和實際化，今后筆者會繼續進行該門課程軟件仿真平臺和硬件系統的研究，來不斷完善CDIO課程教學模式。

參考文獻

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