應用型本科的通信原理課程線上線下混合式教學探究

羅榮華 張才華 程晨

摘要：本文基于應用型本科高校建設標準及工程教育認證理念，以學生為中心的產出導向，探討了通信原理課程線上線下混合式教學模式及教學評價方式的改革思路和措施，通過改進現有的混合式教學模式和評價方式，激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性，培養(yǎng)學生將理論與實踐相結合，提升他們分析解決問題的能力。

關鍵詞：應用型本科；工程教育認證；混合式教學

一、課程改革背景

根據應用型本科高校建設的標準，應用型高校應當培養(yǎng)適應未來市場需求的專業(yè)人才，其中，專業(yè)核心課程應當有效對接企業(yè)核心技術標準，教學內容要緊跟行業(yè)發(fā)展，課堂教學改革要突出“學生中心”產出導向[1-2]。同時，工程教育認證作為一種國際通行的工程教育質量保障制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業(yè)認證的核心就是要確保工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質量標準要求，是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評價。應用型本科高校和工程教育認證均是以提高工程人才培養(yǎng)質量為核心教育目標。近年來，應用型本科高校也將工程教育認證理念作為辦學的一個重要的標準[3]。

通信原理課程作為高等院校通信工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，能夠讓學生了解通信的基本概念，掌握通信系統的基本結構和通信技術（如通信信號的分析、調制、解調、信源編碼、信道編碼、 最佳接收及同步等）的工作原理，以此為通信專業(yè)后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎。通信原理課程具有理論性強、概念抽象、內容豐富等特點，對各門數學課程的基礎知識要求較高（如高等數學、隨機過程、復變函數、概率論等）[4-6]。因此，在學習本課程的過程中，學生常常感覺較為吃力，容易喪失對本課程學習的興趣。

應用型本科高校應當根據辦學標準，結合工程教育認證理念，在通信原理課程的授課中，改善學生對課程的學習體驗，讓傳統課堂的填鴨式的“教”為中心轉變?yōu)橐詫W生的“學”為中心。近年來，線上線下混合式教學作為一種能夠發(fā)揮學生的學習主觀能動性且體現以學生為中心的教學模式，得到了大力研究和推廣[3]。但是，在執(zhí)行該教學模式的過程中，仍然面臨著如下幾個方面的問題：

（1）線上教學視頻經過教學團隊的前期準備（包括授課PPT、講課腳本等的編寫）、錄制視頻、后期制作、教學平臺中的相關教學資源（教案、教學PPT、作業(yè)庫、試題庫）的開發(fā)和錄入、教學平臺的維護等，耗費了教師大量的精力和心血。然而，通過調研線上線下混合式教學模式試驗，發(fā)現相比傳統的純線下教學模式，雖然混合式教學模式已在高校試驗多年，但是線上的教學資源并未得到充分利用，其在教學中發(fā)揮的作用較為有限。

（2）學生在學習通信原理課程的過程中，實踐與理論相脫節(jié)的問題較為突出。在學習完理論課程之后，在后續(xù)的實踐課程如通信原理實驗和通信原理課程設計中，學生通常無法將實驗現象跟理論聯系起來進行分析，在大四的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，此種情況更為明顯。經過對本校的通信工程專業(yè)學生和授課教師進行問卷調查，發(fā)現教師反映在各種與通信系統、通信算法設計相關的畢業(yè)設計課題中，學生無法將所學的通信原理知識點與畢業(yè)設計課題的內容聯系起來進行分析，導致學生做畢設課題較為吃力，教師帶教學生的過程也較為艱難。

（3）無論是線上還是線下教學環(huán)節(jié)，都涉及大量的公式推導，盡管教材的各章節(jié)都會得到很多結論，但是這些結論需要通過數學建模和運用各種數學知識進行理論推導而得到。在授課過程中，如果教師將太多的時間和精力放在推導公式上，對于數學基礎稍弱的學生來說，很難在課堂上緊跟教師公式推導的過程并現場理解，這將打擊學生的學習信心，導致學生因為感覺課程枯燥乏味而影響學習效果。

（4）在通信原理的課程考核方式中，通常線下教學所占比例為70%—80%，而線上教學環(huán)節(jié)所占比例較小。雖然授課教師布置了很多線上教學環(huán)節(jié)要求學生完成，但學生并不會有足夠的重視，大多學生會敷衍了事，導致無法充分發(fā)揮線上教學在教學過程中的作用。

二、改革舉措

基于上述問題，通信原理課程教學團隊擬從以下幾個方面探索線上線下混合式教學模式的改革方案：

（一）將線上資源與線下課堂進行充分融合

以中國大學MOOC平臺為例，平臺上有很多資源和授課環(huán)節(jié)是可以被充分利用起來的。一般情況下，受到授課時間的限制，教師主要利用平臺上的授課視頻、單元作業(yè)和階段測試環(huán)節(jié)。然而，MOOC平臺還可以被用于短時測驗和在討論區(qū)發(fā)布論題等，這些都可以作為檢測學生學習效果的手段。通信原理課程內容眾多，通常高校為該課程設置64個學時，理論教學時長是非常緊張的。因此，教師需要充分地利用線上教學資源，讓學生利用課下時間在線上進行充分地預習，而預習效果則可以采用隨堂測驗的方式來進行檢驗。在每一次授課結束后，教師可以要求學生認真復習，并利用隨堂測驗和發(fā)布討論題的形式來檢測復習的效果。通過這種方式，在線下課堂上，教師就可以集中精力講解重點和難點的內容。

由于隨堂測驗的形式非常靈活且操作簡單，在線下授課的過程中，教師可以利用線上平臺的隨堂測驗，靈活地選擇各式各樣的試題對學生進行短時間的測試，以此精準、及時地了解學生對于所學知識點的理解程度，從而幫助教師及時調整課程內容。

（二）加強理論與實踐的相互融合

為了將實踐與理論深度融合，加強對知識點的理解，教師應當充分利用實踐課程中獲得的實驗結果，將其放在線上和線下的授課內容中。例如，從軟件無線電和通信原理實驗箱等軟硬件實驗設備中，教師可以得到各種通信系統傳輸過程中產生的實驗結果，這些結果可以被提前用于理論課堂。在講解QAM調制解調原理時，教師可以將理論上的波形與實驗中獲得的實際波形進行對比講解，也可以將實際仿真中加入了噪聲和頻率偏移得到的星座圖用于課堂講解，如噪聲會導致星座點發(fā)散、頻率偏移會使星座點發(fā)生旋轉等，以此讓學生更加直觀地了解各種影響通信系統的因素，進一步加強對理論的理解。由于有了前期理論教學的基礎，在后續(xù)的實踐環(huán)節(jié)，學生也更容易將各種實驗現象與理論相結合，并在此基礎上采用有效措施改進系統，從而進一步加強學生解決實際工程問題的能力。

（三）弱化數學公式推導過程

通信原理課程內容與各種數學知識聯系緊密。以曹麗娜等主編的《通信原理》第7版教材為例：所有章節(jié)均會用到高等數學作為理論推導的工具；第3章和各種數字傳輸系統中的抗噪聲性能分析會用到隨機過程的知識；第1章中的信息及度量、第4章中的信道容量、第9章等部分內容均會用到概率論的知識；而第11章和第12章會用到矩陣論和線性代數的相關知識；此外，所有章節(jié)中涉及頻域分析的部分均會用到傅里葉級數和傅里葉變換的知識。由于本課程包含大量的數學公式推導，容易導致數學基礎稍弱的學生在學習過程中因為不能及時跟隨授課教師的講課節(jié)奏而無法理解各種結論，從而對本課程產生厭倦的情緒，這將極大地影響本課程授課的效果。

那么如何解決課程中數學公式推導太多的問題呢？由于課堂時間非常有限，如果公式推導部分占用太多課堂時間，一方面，教師很難在有限的教學時長內完成課程進度規(guī)定的教學內容；另一方面，學生更容易將注意力更多地放在公式推導部分，卻忽視了理解調制解調原理和各種結論的物理意義。這對于通信原理這門課程而言，無異于撿了芝麻丟了西瓜，會導致授課的效果大打折扣。因此，教師需要在有限的課堂時間幫助學生理解通信系統的工作原理和各種結論的物理意義。

例如，在講授“離散信道容量”這一部分內容時，教師可以重點講解信道容量的概念：它是每個符號能夠傳輸的平均信息量的最大值或者單位時間內能夠傳輸的平均信息量的最大值；而符號在信道傳輸的平均信息量從物理意義來講是發(fā)送x前接收端對x的不確定程度（即x的信息量）減去收到y后接收端對x的不確定程度；在理想情況下，x在經過信道后，收到y后接收端不應該再對x有任何不確定；但是在實際情況中，因為信道的特性不理想，導致x在傳輸的過程中有信息量損失，收到y后接收端會對x有不確定。至于x的信息量和收到y后接收端對x的不確定性（即經過信道后損失的信息量）的計算都需要利用概率論的基礎知識來進行推導。但是，這個推導的詳細過程無須放在課堂上來講解，學生可以利用課下的時間自行完成整個過程的推導，并且有利于學生加深對于本知識點的理解。

又例如，在講解數字基帶傳輸和帶通傳輸系統的性能分析部分，教師會利用大量的概率論以及高等數學中的積分運算進行公式推導，雖然這些公式的推導過程對于獲得最后的誤碼率表達式具有重要的作用，但是如果教師一味地將大量精力放在推導數學公式上，很容易讓學生感到枯燥乏味。因此，教師應該更多地講解性能分析包括哪幾個重要的步驟，當需要分析新的通信系統性能時，引導學生思考該從哪些方面對系統性能進行分析、如何進行分析以及采用哪些步驟可以得到最終的結果。此時，數學只是作為性能分析的工具，而非主角。

（四）加大線上教學在課程考核中所占比例

上文提到要將線上教學資源與線下課堂進行更加充分地融合，那么線上教學就需要設置更多的環(huán)節(jié)讓學生主動參與學習過程。為了更加合理地考核學生的學習效果，教師需要在期末考核中加大線上教學成績所占的比例。然而，從現實情況來看，雖然本課程增加了很多線上教學環(huán)節(jié)，但是其考核比例并沒有明顯提高，導致學生僅僅為了應付教師布置的任務而機械地完成各個環(huán)節(jié)，無法充分調動學生的學習積極性，也達不到理想的教學效果。

基于此，本校嘗試在期末考核中將線上教學的考核比例由原來的20%提升到30%，以此促進學生重視線上學習。經過兩輪教學嘗試，發(fā)現與之前相比，此種改革方案有效激發(fā)了學生參與線上學習的積極性。為了得到更好的成績，學生會利用線上資源進行更加充分地預習和復習，而不僅僅是敷衍了事，并且也會更加認真地對待隨堂測驗和章節(jié)作業(yè)。這種方式不僅促使線上資源得到充分利用，而且授課教師也會有更大的熱情和更高的積極性對現有的線上教學資源進行豐富、改進和完善，使得教與學都能夠起到良性循環(huán)的作用，并達到更好的教學效果。

三、結束語

通信原理課程運用上述提出的教學改革方案完成了三輪線上線下混合式教學，發(fā)現從學生的理論基礎（通過理論課程的考核成績來觀察）、實踐動手能力（從實踐課程的考核成績）、理論與實踐相結合的能力及學生的分析和解決問題的能力這幾方面來看，其教學效果均優(yōu)于純線下教學模式。在此過程中，教師在授課中的教學體驗得到了較大改善，同時學生在學習過程中的積極性也得到了很大地提高。從學生評教數據可知，教學團隊教師的評教分數逐年得到提高，平均分從92.2提升到96.7，這也充分說明了學生對該課程的教學滿意度較高。此外，根據該專業(yè)學生以通信原理作為考研科目的研究生入學考試的統計結果來看，考研成功率也逐年提高，從2020年的20%提升到2022年的26.7%；同時學科競賽獲獎率也得到了提高，從46%提升到62%，這些都充分說明了該課程教學改革的成果較為顯著。2022年，該課程被評為校級科教融合課程；2023年，被評為校級一流本科課程，因此該課程在專業(yè)課程建設中發(fā)揮了較好的示范作用。

作者單位：羅榮華 張才華 程晨 金陵科技學院網絡與通信工程學院

參考文獻

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基金項目：江蘇省現代教育技術研究課題—后疫情時代基于知識圖譜的混合式教學模式研究（2022-R-102058），金陵科技學院校級教育教改項目—“后疫情時代”混合式教學模式常態(tài)化應用研究——以金陵科技學院《通信原理》課程為例（JYJG202126），教育部產學合作協同育人項目—“通信原理”課程混合式教學模式實踐與探討-以能力輸出為導向（220804988200601），江蘇省現代教育技術研究項目—MOCC視閾下基于“課程管理”的教學管理模式創(chuàng)新（2019-R-79708）。

羅榮華（1980-），女，漢族，湖北荊門，博士，副教授，研究方向：高校線上線下混合式教學模式及產教融合協同育人模式的研究。