新工科背景下“通信原理”課程教學改革與實踐探索

方紅雨 許耀華 柏娜 王翊

[摘 要]本文以“新工科”為背景，對電子類的專業核心課程“通信原理”從課程體系、教學內容、教學方法和評價標準等環節進行了改革，將“以學生發展為中心”的教育理念貫穿教學全過程，構建理論與實踐相結合、教師授課與學生探討相結合、課堂教學與課外學習相結合、創新實驗與科學研究相結合的課程體系，將理論課程、實驗課程及課程設計與工程實踐、創新設計和教師的科研課題有機結合，引導學生進行探究式學習，在課程體系、教學內容和方法、教學評價以及實踐教育等方面進行了改革和探索。

[關鍵詞]新工科；通信原理；課程體系；教學方法；評價標準

電子信息工程類專業的學生必須修讀“通信原理”課程，該課程涉及通信系統的基本理論和系統性能，旨在幫助學生更好地掌握和理解通信基本理論和通信系統基本工作原理，從而對通信過程的內涵和發展方向有一個清晰的認識[1]。安徽大學將“通信原理”課程納入校級精品課程建設項目中，致力于通過整合課程體系、調整教學內容、改進教學方法以及加強企業實踐等多方面的努力，來推動通信原理教學改革。我們的目標是通過逐步形成一種全新的通信原理教學模式，推動教學的深入改革，增強學生的實踐能力，適應通信新技術的發展，并初步取得一定的成果[2]。本文基于新工科建設和工程教育認證需求，通過將理論課程、實驗課程和課程設計與工程實踐、創新設計和科學研究有機結合，以教學改革和科學研究為核心，將數字電子技術領域所涉及的最新技術和方法納入教學內容中。我們在教學中進行了改革和探索，將教師的科研成果、工程設計方法和實際經驗納入課程體系、教學內容和教學手段、教學評價以及實踐教育等方面。

一、優化課程系統

教師應堅持以學生發展為中心的教學理念，確立學生成長成才的目標，建立融合理論與實踐、線上線下、課堂教授與課外自主學習、創新設計和科學研究的課程體系，充分發揮實踐教學的作用，鞏固和提升學生對理論知識的理解掌握。培養學生發現問題和解決問題的綜合能力。學生可以在課堂上學習如何處理復雜的問題，而簡單的問題可以由他們自主學習。鼓勵學生進行探究型實驗，培養他們獨立思考的科學思維能力，以便于發揮科學研究的反哺作用。

二、增加教學內容

教師應堅持以立德樹人為導向，貫徹“以學生發展為中心”的理念，將課程思政貫穿教學過程[3]。通過將知識傳授、能力培養和價值引領融為一體，結合專業課程特點，全面融入家國情懷、社會責任感和科學方法論等思政元素。我們建立了“通信原理”課程思政案例庫，讓學生在學習中潛移默化地塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。為了培養學生的科學精神、職業素養和社會責任感，可以在教學案例、仿真驗證、課外作業和教學網絡平臺討論等環節中加入課程思政的內容，讓學生不斷探索、追求真理和勇于創新[4]。

為了適應新工科建設的需求，教師應強調科研在教學中的促進作用，擴展和加深課程內容，培養學生的綜合能力和靈活思維，使他們能夠深度分析和解決復雜問題。教師可以將他們研制的“多功能遠程監控與網絡通信平臺”作為教學案例之一，融入對“通信發展歷程”的分析中。將教師參與科研項目的內容融入教學中，可以促進學生對理論知識的深入理解，培養他們解決復雜工程問題的能力。

三、改進教學方法

教學過程的安排被劃分為三個環節：課前預習、課中講授和課后討論，以確保學生做好課前準備、課中有新的發現和課后進行深入思考。通過綜合運用傳統教學、驗證性實驗和課程設計系統仿真等教學方法，促使學生積極參與探究式學習，實現個性化教育。學生通過在相關實驗平臺上獨立完成驗證性實驗，撰寫實驗報告和心得，來驗證與理論課程配套的實驗。學生們可以組成團隊來研究和討論復雜的設計題目，他們需要設計一個仿真實驗方案，并撰寫報告、進行答辯。教師在這個過程中扮演著引導者的角色，負責提出問題、解釋原理、解答難題、評價方案，并總結歸納。而學生則需要分析問題、進行研究思考、分組討論、設計方案、驗證實驗，并做出總結性匯報[5]。

四、教學評估體系的重組

根據通信工程專業認證的要求，考慮到本課程的特點，我們設定了課程考核評價環節和權重。課程考核內容包括平時成績、期中考試和期末考試等。平時的評分包括兩部分，即課后作業和隨堂測試。作業完成后的檢查主要評估學生對課程重要概念的理解程度和掌握情況，鼓勵學生改善自身學習中的弱點。每次作業都會分別以百分制進行評分，將各次成績求平均后作為最終成績的依據，占總成績的20%。隨堂測試的目的是評估學生對課程重要知識點的理解和掌握情況，同時也鼓勵學生改善學習中薄弱的部分。期中考試是閉卷考試，考查的內容包括課程前半部分的基本概念、原理和方法。卷面成績為100分，根據其在總評成績中的權重為20%，將其計入課程總評成績中。期末考試的成績是總評成績的一部分，通過將卷面成績乘以總評成績的50%來計算課程總評成績。考核的內容包括對課程基本概念和基本知識的掌握程度的考查，還需要考查學生綜合運用課程所學知識進行分析和系統設計能力的表現。不僅測試各個單元的知識點，還要測試應用基本原理和方法分析以及解決工程問題的能力[6]。

課程綜合評定方式包括平時表現、期中考試和期末考試。課程考核的出題工作由課程負責人進行審核，以確保考題既包含了相關知識要求，也能體現出學生的能力要素，并且與課程目標所要求的能力要素保持一致，與教學內容相適應。本報告對于通信工程專業2020級學生56人進行了評價，并進行了合理性分析。

課程目標1的考核方式涵蓋了平時成績、隨堂測試、期中考試和期末考試，這四種考核方式能夠全面評估學生對通信的概念、通信系統基本原理、通信系統質量指標、通信信道特性以及它們對通信性能的影響、模擬信號和數字信號處理等基礎知識的學習和應用情況。

課程目標2的考核方式包括平時成績、隨堂測試、期中考試和期末考試。這四種考核方式可全面評估學生對于模擬調制原理、模擬通信系統性能評價指標、模數變換基本概念、接收端信噪比對解調性能的影響以及頻分復用等復用技術在通信系統中的綜合應用等方面的理解和應用情況。這樣的考核方式是相對系統且客觀全面的[7]。

課程目標3的評估包括平時成績、期中考試和期末考試，這三種評估方式能夠全面客觀地反映學生對模數變換、數字通信原理、數字通信系統性能評價指標以及碼間串擾的成因與解決方案等知識的掌握情況，并在一定程度上提升學生在數字基帶傳輸和數字調制系統中分析問題和解決問題的能力。

這門課程的考核方式包括平時成績、期中考試和期末考試，這三種方式能夠全面考核學生對數字通信系統相關知識的理解情況，重點考核學生對簡單二進制調制系統、正交幅度調制和正交頻分復用原理的掌握，并且以5G、物聯網、云計算等領域的通信編碼應用作為背景，著重考查學生在系統分析和解決復雜工程問題方面的能力水平。

平時成績的評定標準包括兩次隨堂測試和平時作業，其中涵蓋了課程目標1、2、3和4，這部分成績占總評成績的30%。其中隨便測驗占10%，正常家庭作業成績占20%。平均課程目標達成率為78.9%，超過了預期目標的60%，符合教學要求。其中，四個課程目標的達成率分別為86%、82%、77%和78.9%，該課程所支撐的各個畢業要求指標點都達到了期望值。本次課程進展順利，然而，課程目標1、2、3和4分別有2人、4人、6人、5人未能達到預期水平。

五、強化實踐教學

實踐課程在內容方面實現了模塊化、層次化和多樣化。大多數基礎實驗都采用了現場推薦的實驗教學方法。實施設計性實驗教學，采用開放式自主實踐教學方式。學生自主學習和勇于探索的積極性得以激發，課程設計的總體目標在創新研究性實驗中得以體現，方法可以是參與教師的科研項目或學生自主選題。

改進實驗教學手段，結合仿真實驗和實際實驗，提升實踐教學效果。我們要求學生掌握至少一種仿真軟件的使用方法，以便于在實驗中充分而靈活地應用它，實現軟硬結合，掌握通信系統的設計方法。由此，學生可以從基礎驗證性實驗過渡到綜合設計性實驗，從傳統型實驗邁向創新型實驗，以提高他們的實踐能力和創新精神。根據“學科競賽與學術活動相結合、科技創新和科研實踐相結合、成果轉化與育人成才相結合”的原則，我們進行科技創新活動和工程應用研究，以培養學生的實踐能力和創新精神，使他們能夠全面掌握通信系統設計過程中涉及技術選項、方案論證、性能設定、系統測試、總結報告、文檔整理等環節的功能和要求，并充分發揮他們的自我主動性和創造力。

通信原理課程設計是該課程中具有實踐性的重要教學環節，也是教學改革的重要手段之一。為了進一步鞏固課堂上學到的理論知識，在進行了相關理論課程教學的基礎上，我們除了開設與課程內容相匹配的“通信原理”實驗外，還增設了“通信原理課程設計”項目。通過使用系統仿真，學生可以更直觀地理解不同通信系統的組成，進一步區分模擬通信和數字通信的性能差異，了解通信系統發射端信號的形成以及接收端信號的解調，還可以學習有關通信過程中信號傳輸質量的保證和檢測等相關知識。這樣做，可以提升學生解決實際通信工程問題的能力，并在課程設計過程中培養學生正確的工作態度、良好的工作作風以及增強團隊協作意識。通過符合相關專業工程教育專業認證要求的課程設計，進一步明確了課程設計目標，并培養學生的一系列能力。

（一）以小組為單位，通過查閱相關文獻資料，對所選課題進行細致的分類整理和仔細研讀，從而更深入地了解和領會通信技術的發展背景、脈絡以及當前的發展狀況。對于這個問題的解決方案，我們可以提出一些可行的方法，并對這些方法的可行性進行合理的論證。

（二）課程設計要求學生掌握相關的通信系統仿真軟件（例如Proteus、MATLAB、Python）和硬件平臺的運用，能夠獨立完成簡單的題目并與他人合作完成綜合設計題目。同時，要求學生能將所學的理論知識應用于課程設計過程中遇到的問題的處理和結論分析中，并對研究對象進行正確、系統、合理地分析和總結。學生通過編寫課程設計報告，不僅了解了程序流程圖的繪制方法，掌握了科技論文的寫作規范，還為未來的科學研究和畢業設計打下了堅實基礎。

（三）通過查閱課程設計過程中的文獻資料，讓學生更深入地了解目前通信與信息行業的就業市場需求和當前通信專業的前沿技術，以便于逐步明確自己的專業目標和研究方向。通過學習課程設計報告的撰寫、PPT制作和答辯陳述等，可以培養學生準確表達的能力，提高學生嚴密的邏輯思維能力，同時也能夠讓他們在團隊合作和人際溝通方面有所提升。

（四）將“在課程設計中融入思政元素，使學生在‘潤物細無聲的知識學習中，塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀”改寫為：通過將思政元素融入課程設計，使學生在知識學習的過程中，潛移默化地培養他們擁有正確的世界觀、人生觀和價值觀。教學環節涵蓋仿真驗證、課外作業和教學網絡平臺。要教導學生具備不斷探索、追求真理和勇于創新的科學精神，同時培養他們以嚴謹認真的職業素養和社會責任感作為基石[8]。

結束語

在“新工科”背景下，我們對“通信原理”課程進行了全面改革，從課程體系、教學內容、教學手段、評價方案、實踐課程和創新性等方面入手。實踐證明，堅持以學生發展為中心的教育理念，將新工科建設要求貫穿到教學過程中，不僅加深了學生對理論知識的理解，提升了他們解決復雜工程問題的能力，還全面提高了他們實踐能力和創新意識。在教學過程中融入思政元素，使學生能夠在知識學習中塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。

參考文獻

[1]陳曉明，王君，劉麗等.“新工科”建設背景下地方高校實踐教學改革探索研究[J].工業和信息化教育，2022（1）：6-9.

[2]南利平，李學華.通信原理簡明教程（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]王豐曉.課程思政理念下高校工匠精神培養研究[J].高教學刊，2019（9）：148-150.

[4]盧毅，王申.基于“新工科”背景的通信類課程 教學改革[J].西安電子科技大學學報（社會科學版），2019，29（2）：136-140.

[5]顏文燕，陸汝華.新工科背景下通信類專業金課建設探索[J].中國教育技術裝備，2020（12）：52-53，58.

[6]王晶.普通高校電子通信類專業基礎課程的教學改革與探索[J].高教學刊，2017（6）：109-110.

[7]方紅雨，常靜，許耀華等.“新工科”背景下通信工程專業實踐教學課程的探索與實施研究：以“通信原理課程設計”為例[J].工業和信息化教育，2023（3）：16-20.

[8]郭大成.以素質教育引領高校人才培養的思考[J].中國高等教育，2011（Z3）：12-15.

作者簡介：方紅雨（1968— ），女，漢族，安徽績溪人，安徽大學集成電路學院，高級工程師，碩士。

研究方向：信息與通信工程。

許耀華（1976— ），男，漢族，安徽懷遠人，安徽大學集成電路學院，副教授，碩士。

研究方向：互聯網大數據。

柏娜（1982— ），女，漢族，安徽霍山人，安徽大學集成電路學院，副教授，博士。

研究方向：集成電路設計。

王翊（1988— ），男，漢族，安徽池州人，安徽大學集成電路學院，講師，博士。

研究方向：集成電路設計。

基金項目：安徽省教育廳2020年省級質量工程項目“新工科背景下課程思政在通信原理教學中的探索與實踐”（項目編號：2020sjjd110）；安徽大學2022年校級質量工程項目“線下課程——通信原理”（項目編號：2022xjzlgc156）；安徽大學2023年校級質量工程項目“新工科背景下集成電路類專業‘通信原理課程教學改革研究”（項目編號：2023xjzlgc262）。