地方應用型本科高校通信原理課程教學改革探索

一、引言

人工智能在當今社會扮演著越來越重要的角色。依靠AI技術，物聯網等智能家居系統可以更好地實現人機互動，計算機編程可以提高工作效率和產出。AI技術還可以輔助醫生進行疾病診斷和制定治療方案，以提高醫療的準確性。而這一切便利的實現，都離不開有效、可靠的現代通信技術的支持。因此，“通信原理”課程的重要性及其教學改革的緊迫性不言而喻。地方應用型本科高校在這次技術革命浪潮中也應找準定位，培養適應未來需求的專業人才，提高工程人才的培養質量[]。

“通信原理”課程主要包含模擬通信、模擬信號數字化、數字通信三大塊，其中穿插著通信系統有效性和可靠性評價，包括模擬通信系統的有效帶寬和抗噪聲性能、PCM的抗噪聲性能、數字通信系統的頻帶利用率和誤比特率等[2。然而，當前的通信原理課程還存在一些共性的問題[.3-5]，具體如下： ① 通信原理課程理論性強，概念抽象，對前期的數學基礎要求高，導致不少學生在學習過程中會有畏難情緒； ② 在教學過程中，“以學生為中心”的教學模式開發不足，滿堂灌、公式推導寫滿板書的現象屢見不鮮； ③ 實踐課程與理論教學相脫節的問題比較嚴重，學生依賴實驗手冊步驟、仿真實驗不足的問題還普遍存在； ④ 課程思政內容相對陳舊，新意較少，對學生積極性的調動效果不足。本文將針對上述通信原理課程教學暴露的問題，基于地方應用型本科高校的教學探索和實踐，總結自身和各方面的教學經驗，從教學內容、教學方法等方面進行改革探討。

二、理論教學內容的改革

（一）基于AI時代背景的教學內容側重點探究

人工智能技術的發展，促使著電子信息類課程必須融合AI技術進行知識更新迭代。“通信原理”課程是電子信息類專業的核心課程之一，也是掌握現代通信技術的必修課程。“通信原理”課程的部分知識直接或間接地與AI技術相關。例如，AI技術最重要的算法之神經網絡算法可以和通信網絡的路由算法做類比。在這種類比中，人們可以將大腦神經元看作是通信網絡中的節點，而神經元之間的連接則類似于通信網絡中的鏈路。這種類比有助于人們更直觀地理解通信網絡的運作機制，并啟發人們從生物學的角度思考如何優化通信網絡的設計和實現[。鑒于此，如果教學任務涵蓋現代通信網絡內容，可在此處提及神經元網絡算法及AI技術的相關內容。其次，通信網絡的優化還有充分應用AI技術的趨勢。因此，教師可以拓展相關方面的前沿科研，將通信網絡知識與實際應用更好地聯系起來。

（二）應用型本科教學的理論推導精簡

“通信原理”課程理論抽象，數學推導繁瑣。根據地方應用型本科高校辦學標準，結合工程教育認證理念，可將部分理論推導課時放至線上，讓學生于課后進行學習。課堂上著重講解通信系統的工作原理、物理意義和重要的性能分析步驟，強調理論知識應用于實際系統的技能培養。教師可從現在前沿的無線通信技術，如4G/5G、Wi-Fi、藍牙等人手，指出在課程中的哪些原理與其相關，以提升學生的興趣，培養學生的應用能力。其次，在第2章基礎知識里，教師可以盡可能地精簡原理性的推導過程，著重強調概念的具體理解和實際應用。具體而言，教師可以設計相應的教學環節，以輔助內容的講解。例如，在講解“窄帶隨機”過程中，許多實際的信號和噪聲都是“頻譜窄帶”。此時，教師可著重講解什么是“頻譜窄帶”，以及為什么大部分信號和噪聲是“頻譜窄帶”，以增強學生對“窄帶隨機”過程的理解。講清楚概念之后，教師可跳過統計特性的推導，直接給出結論，包絡和相位的一維概率密度函數分別服從瑞利和均勻分布。然后再引領學生回顧并講解概率論課程上所學的瑞利和均勻分布的數字特征，以此增強學生對知識的實際應用能力。

（三）數字通信時代的模擬通信原理講解

現代通信技術主要以數字通信為主，而目前，該課程常用教材會花費較大篇幅講解模擬通信原理。相較于數字通信，模擬通信的數學推導更復雜難懂，且其應用都集中于早已過時的模擬收音機和電視機等。此部分內容的分析方法雖然有助于后期講授數字通信原理時厘清思路，但不符合目前應用型教學的培養思路。因此，教師可對原理推導進行較大幅度的刪減，只提供相應的分析方法和物理意義的詳細講解。例如，講解完常規調幅之后，抑制載波雙邊帶調幅可直接給出時域和頻域表達式，只加強和常規調幅的對比思維訓練，減少對公式推導過程的講解。其次，在講解寬帶調頻的頻譜特性時，貝塞爾函數的理解是其中的關鍵。貝塞爾函數的無窮級數表達式十分復雜，然而，貝塞爾函數的函數圖相對簡單，容易理解。講授此部分內容時，教師可著重引領學生理解函數曲線的各項性質和特點，例如，當調頻指數遠小于1時，只有0階和1階有值；當調制指數逐漸增大時，邊頻分量逐漸增多。

三、基于BOPPPS理念的教學方法改革

（一）BOPPPS模型的基本內容

BOPPPS模型起源于加拿大[，是國際技巧教學工作坊（ISW）培訓的核心模型。BOPPPS模型中的每個大寫字母代表其中一個部分[：

1.導入（Brige-in）：通常利用前沿技術、相關新型科技、實際生活等例子，作為一節課開場的導言，引起學生的學習興趣，或者使學生帶著問題進行本堂課的學習。

2.目標（Object）：在上述導言結束后，即可用文字、思維導圖等淺顯的形式列出這門課程的教學目標。一般可包含知識目標、能力目標和素質目標等三個部分。

3.前測（Pre-assessment）給出一個或若干個測試題了解學生對該節或上節課程知識的掌握程度，以便在課堂中及時調整教學內容和授課深度。

4.參與式學習（ParticipatoryLearning）：設計互動式活動環節等，吸引和引導學生主動參與到課堂活動中。

可采用問題引導法、小組討論、翻轉課堂等形式。

5.后測（Post-assessment）：評估學生對課堂教學知識點的掌握程度。可提出兩三個線上或線下測試題，快速考查學生的掌握情況。完成練習后，教師可立即開始講解，以進一步鞏固知識點。

6.總結（Summary）：引導學生快速回顧本堂課所學知識點，進行歸納總結。并可引導學生進行自我總結，考查學生對知識點和技能的掌握程度。

此種教學模型通常可提高學生的學習興趣和參與度，同時有助于增強學生學習和教師授課的針對性，能夠滿足學生差異性和教師及時調整教學策略的需求，可有效地提高教學效率和學生綜合素質。

（二）與Bloom認知模型結合

Bloom認知層次模型將認知目標從低到高分為六個層次：記憶、理解、應用、分析、綜合和評價，旨在更好地培養學生的認知能力，促進學生思維的發展。Bloom認知模型可很好地確定上述BOPPPS模型中的教學目標。例如，數字基帶傳輸中的碼間干擾一節內容，部分院校可將升余弦滾降信號帶寬的公式確定在記憶和理解層次上，避開煩瑣的分析推導，可將知識目標確定為理解升余弦滾降信號帶寬的公式。而無碼間干擾條件可適度上升到應用和分析層面，理解部分公式推導，知識目標確定為掌握無碼間干擾的條件。如此可更好地根據學生學情確定授課內容的深淺，從而有利于學生對知識的整體把握。

（三）與翻轉課堂相結合

翻轉課堂將傳統課堂的教學流程調整為“課下知識拓展 + 課上學生知識內化”[10]。此種教學方法可增強學習的互動性，有助于建立個性化的學習方式等。當翻轉課堂與BOPPPS結合時，學習互動和個性化的學習方式等積極因素會進一步地加強。其中一種可行的方式是，將BOPPPS中的導人、前測和學習目標等三個模塊放至翻轉課堂的課前完成。例如，課前教師制作微視頻或指定在線視頻，讓學生觀看微視頻等明確教學自標。再通過雨課堂等線上模式完成前測。而BOPPPS中的參與式學習、后測和總結三個模塊可放至翻轉課堂的課中進行。課中引導學生進行小組討論學習，自主問答環節利用Matlab完成實踐項目等。若課堂中還有項目性或開放性的問題，教師還可指導學生合理利用AI技術，如文心一言和星火大模型等收集相關資訊，以輔助學習效果的提升。后測則可采用線上線下混合式方式進行，以便教師準確掌握學生的學習程度。課堂的最后，教師可以引導學生小組總結知識框架，鞏固所學的內容。課后，學生則進行下節課的導入、前測、目標，使得學習過程形成閉環。

四、課程思政的創新性探索

（一）“通信原理”課程思政的基本元素

“通信原理”課程里面涉及很多通信系統的概念，因此系統觀是其中一個重要的課程思政元素[]。其次，噪聲的概念可引入矛盾的對立統一思政元素。噪聲在通信系統中是需要避免的，但某些情況下也可加以利用，例如，在圖像信號處理中，可利用噪聲來增強信號的某些特征。通過學習模擬通信的不同調制方式，學生能夠認識到它們在實際應用中的優勢和局限性。根據這一點，教師可提出辯證思維的課程思政元素。手機芯片等“卡脖子”技術的提出，可激發學生的愛國主義精神，增強學生的學習動力。社會問題“電信詐騙”與通信技術直接相關，如何從應用技術的角度防范電信詐騙，也是當今社會的一個重要課題。“電磁輻射”涉及環境保護的問題，教師在講解通信設備時，可引導學生關注通信設備，如手機、Wi-Fi等的環保性能，呼吁學生盡可能地選擇環保、低輻射的通信方式。

（二）可挖掘的課程思政新元素

ChatGPT的出現宣告了AI時代的來臨。我國也相繼出現百度文心一言和科大訊飛星火大模型等優秀的AI聊天機器人。智能機器人結合通信技術4G同步、5G引領等發展歷程[12]，共同譜寫了弘揚愛國精神、增強民族自信的思政元素。其次，在培養科學精神的思政元素方面，可從通信發展歷史和中國近現代史的對比中進行。例如，1938年有線電報的發明正值第一次鴉片戰爭時期。當時，我國還處于閉關鎖國的階段，而西方正是科技飛速發展的時期。這種對比可以激發學生投身科學的熱情。又如，1894年無線電報發明時，我國正是清朝光緒二十年，爆發了中日甲午戰爭。技術和理念的落后帶來了歷史的恥辱。這個對比可以勉勵學生敬畏技術及其應用，同時塑造其敬業、創新、報國的職業品格。最后，教師在課程中還可以培養學生的職業道德精神。通信工程師需要具備高度的社會責任感和責任心，以確保通信安全、有效、可靠。在人工智能時代，通信的危害層出不窮。上述提及的“電信詐騙”還可結合AI技術迷惑消費者。這一切都給新時代的通信工程師提出了更高的職業道德要求。通信行業本質上屬于服務行業，需要各行各業緊密合作，推動社會的發展。在人工智能時代，通信的服務內容可能會出現新的形式，學生需要樹立積極的服務意識，立志為社會做出應有的貢獻。

五、結束語

通信原理課程的教學改革逐步向AI技術看齊，從教學內容、教學方法和思政元素等角度，進行教學改革創新。在實踐教學中，對2021級學生采用的BOPPPS等部分教學改革探索，結果表明，學生的學習成效有顯著的提升。在期末考試難度增加、考查知識的形式更加靈活的情況下，2021級學生對從未遇到過的綜合題目的解答，比上屆學生有更多的有效得分點。這充分證明，學生的綜合運用能力有所增強。雖然平均分有所減少，但學生對課程知識整體掌握度更好，課程滿意度有所提高。本文對地方應用型本科高校的通信原理課程教學改革進行了探索，并給出了若干改革思路。然而，通信原理課程教學改革和其他課程一樣，還需在實踐中不斷地進行優化和完善。

作者單位：鐘昆 曾陳萍董加強 西昌學院信息技術學院

參考文獻

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