陳曉明 雷磊

摘要：分析了無線通信與網(wǎng)絡課程的特點以及無線通信與網(wǎng)絡教學實踐存在的難點問題，并針對這些問題，提出了一種五環(huán)教學方法。該方法包括課前主動預習、課中互動討論、課后仿真驗證、期中實踐強化和期末理論升華五個環(huán)節(jié)。這五個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣、層層推進，可以有效發(fā)揮教師的主導作用和調(diào)動學生學習的主觀能動性。實踐結果表明，該教學方法有效提高了教學質(zhì)量，在培養(yǎng)學生的思維能力、動手能力和創(chuàng)新能力方面均取得了較好的效果。

關鍵詞：教學方法；無線通信與網(wǎng)絡；五環(huán)教學；創(chuàng)新能力

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)07-1534-03

Research on the Five-stage Teaching Method of Digital Signal Processing Course

CHEN Xiao-ming, LEI Lei

(College of Electronic Information Enginerring, Nanjing Univ. of Aeronaut. and Astronaut., Nanjing 210016, China)

Abstract: In this paper, the characteristics of the course of wireless communication and network and the hardness existed in the experimental teaching of this course were investigated in detail. Aiming at these problems, we proposed a five-stage teaching method of wireless communication and network. This method includes active lesion preparation before class, mutual discussion in class, simulation and testing after class, knowledge enhancement by practice at the middle of a term, and theory improvement at the end of a term. The five stages are interlocked each other and improve stage by stage, so they can stimulate the main role of the teacher and arouse the activity of the students. Practical results show that this method can improve the teaching quality effectively, and can obtain a favorable effect on the thinking, working and innovation ability of the students.

Key words: teaching method; wireless communication and network; five-stage teaching; creative ability

1無線通信與網(wǎng)絡課程體系的特點

近年來，無線通信網(wǎng)絡技術正以前所未有的速度向前發(fā)展，各種新技術與新概念層出不窮，包括MIMO、OFDM、認知無線電、中繼、自適應調(diào)制等等[1]。這些技術將共存形成一個多無線電環(huán)境來為用戶的各種應用提供不同的服務能力，“無論何時、何地，任何人均可以任何方式進行任何內(nèi)容的通信”成為了短距離無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)展的理想目標。在這種形式下，各大院校紛紛在信息工程、計算機應用技術等相關專業(yè)的學生中開設無線通信與網(wǎng)絡課程；在上述專業(yè)的本科生畢業(yè)設計中，也有很多和無線通信與網(wǎng)絡相關的課題。

無線通信與網(wǎng)絡課程體系的內(nèi)容主要包括無線通信簡介、無線信道、無線通信技術、無線網(wǎng)絡和無線通信系統(tǒng)標準等幾部分[2]。在無線通信與網(wǎng)絡的教學和研究中，無線信道的建模、無線通信技術的設計和無線通信系統(tǒng)的性能分析具有理論性強和覆蓋面廣的特點[3]，需要學生具有扎實的數(shù)學基礎和豐富的專業(yè)知識面，同時無線網(wǎng)絡和無線通信系統(tǒng)標準又紛繁復雜、千頭萬緒，使得學生很難深入理解和全面掌握這一課程的內(nèi)容。因此，本文提出利用五環(huán)教學方法，包括課前主動預習、課中互動討論、課后仿真驗證、期中實踐強化和期末理論升華，層層推進學生對無線通信與網(wǎng)絡的理解，并最終掌握無線通信系統(tǒng)設計的思想和方法。

2無線通信與網(wǎng)絡教學實踐存在的問題

筆者在無線通信與網(wǎng)絡的教學，以及在指導與無線通信與網(wǎng)絡相關的本科畢業(yè)設計的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的無線通信與網(wǎng)絡的教學環(huán)節(jié)存在以下問題：

1）學生被動接受，難以深入掌握課程內(nèi)容。

現(xiàn)有的無線通信與網(wǎng)絡的教學環(huán)節(jié)，以教師講授式的課堂教學為主，學生被動的接受教師做傳播的知識與理論。由于無線通信與網(wǎng)絡是一門理論性很強的課程，在進行無線信道的建模、無線通信技術的設計和無線通信系統(tǒng)的性能分析時，涉及很多的數(shù)學理論和分析，往往使得學生覺得這一課程枯燥無趣，產(chǎn)生厭倦心思。并且由于這一課程是逐層推進的，一旦有一個環(huán)節(jié)沒有掌握好，就很難理解之后的內(nèi)容。這些都會降低學生學習無線通信與網(wǎng)絡的積極性，影響了教學效果。

2）學生的知識往往局限于某一具體技術，難以對無線通信系統(tǒng)進行整體把握。

學生在初學無線與網(wǎng)絡時，對這一課程的理解往往局限于某一些具體技術，比如MIMO技術、OFDM技術等，但是他們往往對整個無線通信系統(tǒng)有一個整體的把握，不知道無線通信系統(tǒng)的結構是怎樣的，系統(tǒng)這些通信技術在系統(tǒng)中起到了哪些作用。以至于在課程結束的時候，學生對無線通信系統(tǒng)的概念仍然是模糊不清的。

3）課堂知識陳舊，難以跟上學科發(fā)展的前沿。

當前無線通信與網(wǎng)絡的教學內(nèi)容，都是一些很成熟但是又很陳舊的知識，這些知識只能讓學生對這一學科有一個粗淺的認識。學生缺少對無線通信與網(wǎng)絡的發(fā)展前沿有一個深入全面的認識，就難以做出創(chuàng)新性的成果。

3五環(huán)教學方法

針對第2節(jié)中提出的無線通信與網(wǎng)絡的教學環(huán)節(jié)存在的問題，本節(jié)在分析這一課程的主要特點的基礎上，探討了一種五環(huán)教學方法。

3.1課前主動預習

無線通信和網(wǎng)絡具有理論性強和覆蓋面廣的特點，在課堂教學過程中，為了讓學生對課程知識有一個深入的理解，教師往往會將通信問題轉化為一個數(shù)學問題，然后利用數(shù)學分析的手段講解無線通信的內(nèi)在原理和思想，但這也會提高學生掌握這一課程的難點。因此，為了使得學生在課堂上跟上教師講解的進度，需要學生進行課前主動預習。在指導學生預習時，需要有針對和有重點，不然學生面對紛繁復雜的知識點，將無從下手，以至于很難達到課前預習的效果。在課前預習時，還可以布置學生學習相關的數(shù)學理論，這樣也可以減少課堂講解的時間，專注于無線通信理論本身的數(shù)學分析。

3.2課中互動討論

無線通信和網(wǎng)絡的課程的重點是通信理論的理解、掌握和應用，在課堂教學過程中，由于理論的艱深和其中穿插大量的數(shù)學分析和推導，容易使學生產(chǎn)生厭倦心思。因此，在課堂教學過程中，需要調(diào)動學生的積極性，讓學生參與到教學過程中，而不是一味被動的接受填鴨式教育。首先，在每節(jié)課的開始階段，可以讓學生講解一下上一次課的主要內(nèi)容，這樣可以使得學生回憶起前面的教學內(nèi)容，也有利于他們對知識的進一步理解。在上課過程中，需要避免連續(xù)不斷的講解，需要掌握講課的節(jié)奏，并且要有針對性的向學生提出一些相關的問題，使得他們能夠跟上教師的思路，并且也能夠集中他們的注意力。

在每一個章節(jié)的知識點講解結束以后，需要安排一趟相關內(nèi)容的討論課。這一討論課以學生為主角，教師要引導他們對這一章知識點進行梳理，對這一章所涉及的通信技術的提出背景、實現(xiàn)方法、實現(xiàn)難點和性能效果等進行深入討論，加深學生的理解。

3.3課后仿真驗證

在課堂教學環(huán)節(jié)，通過教師的講解和師生之間的討論，學生對無線通信和網(wǎng)絡的相關理論和技術有了一定的理解。但是這一理解只是停留在理論本身，學生對這些理論和技術的設計與實現(xiàn)仍然很模糊，這種模糊的認識很容易隨著時間的推移而慢慢消退，并不能轉化為自身的認識。實踐表明，只有通過更加直觀的比較和認識，學生才能有一個深入的理解和掌握。因此，在無線通信與網(wǎng)絡課程中，教師可以指導學生在課后對所學的理論和技術進行仿真。目前，關于通信系統(tǒng)的仿真軟件很多，例如Matlab可以對具體的通信技術進行仿真[4]，OPNET可以對網(wǎng)絡協(xié)議進行有效的仿真[5]。圖1是利用matlab對不同的通信技術進行仿真，所得到的效果圖。通過這一效果圖，可以很直觀的看出不同通信技術的性能差異，有利于學生對這些技術的理論，也便于他們在系統(tǒng)設計時進行通信技術的選擇。

3.4期中實踐強化

在經(jīng)過一段時間的學習后，學生對各種通信理論和技術有了一定的認識，但往往都是局限于特定的技術上，對整個無線通信系統(tǒng)仍然缺乏一個完整的認識。學生們不知道一個通信系統(tǒng)需要包含哪些部分，具體的通信技術如何應用到通信系統(tǒng)中，如果將具體的通信技術組成一個符合設計需求的通信系統(tǒng)。因此，有必要通過實踐強化，使得學生對通信系統(tǒng)有一個完整的認識，進而自主的設計一個通信系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計過程中，首先需要根據(jù)要求設計一個系統(tǒng)框圖，如圖2給出了一個典型的無線通信系統(tǒng)的接收機框圖。基于這一系統(tǒng)框圖，對其中每一個模塊包含的通信技術進行論證和設計，最后在FPGA和DSP中實現(xiàn)這一通信系統(tǒng)。經(jīng)過一個完整系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，可以有效的提升學生的理論水平和動手能力。

圖1 Matlab仿真效果圖

圖2網(wǎng)絡運行過程監(jiān)控文件片段

3.5期末理論升華

經(jīng)過一個學期的學習，學生對無線通信與網(wǎng)絡有了一個比較深入的理解。但是，由于無線通信的迅猛發(fā)展，課堂教學的內(nèi)容很難跟上本學科發(fā)展的前沿。為了使得學生了解無線通信發(fā)展的前沿，在學期末時，可以指導學生撰寫課程報告。首先，指導學生搜集最新的相關資料，了解前沿理論。然后對這些資料總結歸納，進行合理綜述，最后闡述自己的認識和理解。對于學有余力的學生，教師還可以指導他們鉆寫學術論文，采取創(chuàng)新式教學。

4總結

本文針對無線通信與網(wǎng)絡教學及相關課題的本科畢業(yè)設計指導中存在的若干問題展開研究，提出了一種五環(huán)教學方法。實踐結果表明上述教學方法有助于學生對無線通信與網(wǎng)絡的理解，為學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件。

參考文獻：

[1]張立軍.數(shù)字通信[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[2] Tse D,Viswanath P.Fundamentals of Wireless Communications[M].Cambridge University Press,1997.

[3] Rappaport T.Wireless Communications: Principles and Practice [M].2nded.Prentice Hall,2002.

[4]西瑞克斯（北京）通信設備有限公司.無線通信的Matlab和FPGA實現(xiàn)[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[5]王文博.OPNET Modeler與網(wǎng)絡仿真[M].北京:人民郵電出版社出版,2003.