戴桂平
(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215104)
CDIO模式下高職“現(xiàn)代通信原理”課程項(xiàng)目化教學(xué)探索
戴桂平
(蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215104)
針對目前通信行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才需求的現(xiàn)狀,引入CDIO工程教育模式對“現(xiàn)代通信原理”課程項(xiàng)目化教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐,提出以項(xiàng)目為載體、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以實(shí)訓(xùn)帶動(dòng)整個(gè)教學(xué)的學(xué)生崗位技能培養(yǎng)思路.通過選取與優(yōu)化項(xiàng)目內(nèi)容、項(xiàng)目實(shí)施中多種教學(xué)方法合理選擇與綜合運(yùn)用,以及探索CDIO理念下課程項(xiàng)目化教學(xué),實(shí)施構(gòu)思→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)作四個(gè)階段的授課流程,從而將課程教學(xué)與崗位技能及職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)融為一體,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新以及工程開發(fā)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.
CDIO;現(xiàn)代通信原理;項(xiàng)目化教學(xué);授課體系
隨著3G移動(dòng)通信的大規(guī)模商用、4G移動(dòng)通信(FDD-LTE、TDD-LTE)的試運(yùn)營、光纖到戶工程(FTTH)的進(jìn)行、IPV6計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、傳感網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng))產(chǎn)業(yè)的興起,通信行業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展[1-2].通信產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的急劇擴(kuò)大,必然帶來對高素質(zhì)技能型人才的強(qiáng)勢需求,不僅需要扎實(shí)的通信工程基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)思想,更須具備較強(qiáng)的工程系統(tǒng)構(gòu)建調(diào)控技能、多學(xué)科交叉的工程意識.因此,在通信專業(yè)高技能人才培養(yǎng)方面,要求不斷探索新的教學(xué)模式以適應(yīng)通信行業(yè)的技術(shù)豐富性與快速變革性需求.
“現(xiàn)代通信原理”作為高職院校通信、電子信息類專業(yè)的職業(yè)技術(shù)能力課程之一,其特點(diǎn)是:理論性強(qiáng)、概念抽象、知識體系繁雜,涉及“概率論”、“信息論”、“信號與系統(tǒng)”、“通信電子線路”等課程相關(guān)知識[3-4].高職學(xué)生理論基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)功底較薄弱,主動(dòng)學(xué)習(xí)能力較差,如何激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維意識、培養(yǎng)學(xué)生工程開發(fā)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是本課程教學(xué)成敗的關(guān)鍵.
CDIO作為國際工程教育的一種創(chuàng)新模式,代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement)和運(yùn)作(operate),是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的抽象表達(dá)[5-6].鑒于上述通信專業(yè)人才培養(yǎng)需求以及“現(xiàn)代通信原理”課程特點(diǎn),將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學(xué)中,突出以項(xiàng)目為載體、以崗位技能訓(xùn)練為目標(biāo)的教學(xué)理念,通過項(xiàng)目內(nèi)容選取與優(yōu)化、項(xiàng)目實(shí)施中多種教學(xué)方法合理選擇與綜合運(yùn)用,對CDIO項(xiàng)目化教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,以提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.
1.1 突出技能培養(yǎng),優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
CDIO模式下“現(xiàn)代通信原理”課程的教學(xué)理念是突出職業(yè)崗位能力的培養(yǎng),樹立CDIO工程實(shí)踐與基礎(chǔ)理論教學(xué)、專業(yè)技能培養(yǎng)并重的思想,主要從四方面對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效篩選、精煉和擴(kuò)展.
1) 精簡理論,強(qiáng)化實(shí)踐,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu).以工作過程為主導(dǎo),對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行CDIO工程化改造,增加實(shí)踐環(huán)節(jié),從之前理論課60學(xué)時(shí),實(shí)踐課12學(xué)時(shí),調(diào)整為理論與實(shí)踐學(xué)時(shí)1∶1,強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”.
2) 突出原理機(jī)制,強(qiáng)調(diào)知識運(yùn)用.注重通信機(jī)制和系統(tǒng)框架的講解,采用“工程背景→物理模型→數(shù)學(xué)建?!匦詺w納”的思路,依據(jù)信號的傳遞流程,將全課程分解為四個(gè)部分:信源編碼、信道編碼、傳輸模塊(基帶傳輸與頻帶傳輸)、同步模塊,建立數(shù)字通信系統(tǒng)的整體觀念,注重概念提煉、避免大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論講解,強(qiáng)調(diào)知識的應(yīng)用.
3) 增強(qiáng)時(shí)效性,合理取舍教學(xué)內(nèi)容.教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化中,應(yīng)將通信理論知識的傳授與當(dāng)前不斷涌現(xiàn)的移動(dòng)通信技術(shù)相融合,實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的傳統(tǒng)性和時(shí)效性的多元化結(jié)合.
第四,引入仿真技術(shù),實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化.在理論教學(xué)過程中,引入基于Matlab和System View仿真軟件的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,使學(xué)生深入理解通信的基本原理和系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)方法,增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的興趣.
1.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng),以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目組織教學(xué)內(nèi)容
依據(jù)CDIO構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)作的工程教育理念,理論與實(shí)踐教學(xué)相輔相成、并行開展,結(jié)合實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有的現(xiàn)代通信技術(shù)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、引入通信系統(tǒng)仿真軟件(Matlab、System View)以及自編配套的“通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例教程”教材,開發(fā)教學(xué)與實(shí)踐項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合的,從驗(yàn)證性→仿真設(shè)計(jì)→綜合創(chuàng)新層層遞進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,依據(jù)信號的傳輸流程,遵循以項(xiàng)目為載體、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以實(shí)訓(xùn)帶動(dòng)教學(xué)的學(xué)生技能培養(yǎng)思路,選取7個(gè)典型項(xiàng)目組織教學(xué)內(nèi)容,如圖1所示;同時(shí)開發(fā)項(xiàng)目化教材與課程標(biāo)準(zhǔn),使學(xué)生在循序漸進(jìn)的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中理解通信基本原理、提升實(shí)踐創(chuàng)新能力.
圖1 項(xiàng)目內(nèi)容
“現(xiàn)代通信原理”課程涵蓋內(nèi)容較多、原理復(fù)雜,因此多種教學(xué)方法的合理選擇和綜合運(yùn)用是CDIO模式教育的必然要求.
1) 必須培養(yǎng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的CDIO工程實(shí)踐能力.若要將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學(xué)中,教師需要借鑒典型通信技術(shù)案例和工程項(xiàng)目,將通信理論知識與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目相關(guān)聯(lián),可鼓勵(lì)教師與企業(yè)開展橫向科研課題以及派遣專業(yè)教師到企業(yè)實(shí)踐,從而促進(jìn)科研成果向生產(chǎn)力及實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化,通過構(gòu)建綜合創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目,開展實(shí)踐教學(xué).
2) 項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法.教學(xué)過程堅(jiān)持以項(xiàng)目為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以實(shí)訓(xùn)帶動(dòng)教學(xué)的學(xué)生技能培養(yǎng)的思路,依據(jù)信號的傳輸流程將全課程分解為7個(gè)典型項(xiàng)目,每個(gè)項(xiàng)目都包括CDIO從構(gòu)思→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié),遵循任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的實(shí)施流程:明確任務(wù)→示范講解→操作練習(xí)→隨堂指導(dǎo)→總結(jié)歸納→結(jié)果展示→檢驗(yàn)點(diǎn)評,使學(xué)生思維達(dá)到從感性到理性的螺旋式提高.
3) 案例導(dǎo)入法.在講授通信基本原理之前,首先介紹相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用背景,例如,在講解PCM碼位安排時(shí),先導(dǎo)入“PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)”案例,讓學(xué)生明白“為什么要學(xué)”、“在哪里可以用”,再引入PCM編碼的教學(xué)內(nèi)容,最后分析該內(nèi)容在多路數(shù)字電話系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何體現(xiàn),讓學(xué)生建立直觀的感性認(rèn)識,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
4) 圖形驗(yàn)證法.為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能動(dòng)性,加深學(xué)生對通信系統(tǒng)原理的理解,可采用系統(tǒng)功能框圖、波形圖、頻譜圖與數(shù)學(xué)推導(dǎo)相結(jié)合,加以圖形驗(yàn)證,即以形象的圖形直觀地呈現(xiàn)系統(tǒng)中信號傳輸?shù)奶攸c(diǎn),避免純數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論探討的枯燥性.
5) 推演比較法.從調(diào)制模型→時(shí)域波形→頻譜分析→特性參數(shù)→解調(diào)→抗噪聲性能分析的講解流程,推演出數(shù)字調(diào)制的分析思路;采用歸納比較法,對模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字頻帶傳輸以及模擬信號數(shù)字化傳輸進(jìn)行歸納比較,有利于學(xué)生逐步建立課程的框架體系.
3.1 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目構(gòu)思階段
在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目構(gòu)思階段,首先必須明確項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo):一是理解2FSK調(diào)制與四種解調(diào)模型的基本原理,二是掌握2FSK抗噪聲性能分析方法,三是2FSK調(diào)制與解調(diào)硬件實(shí)訓(xùn),四是基于SystemView的2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真實(shí)訓(xùn);其次要構(gòu)思教學(xué)過程如何實(shí)施,整個(gè)項(xiàng)目授課體系可具體分解為:明確任務(wù)→示范講解→操作練習(xí)→隨堂指導(dǎo)→總結(jié)歸納→結(jié)果展示→檢驗(yàn)點(diǎn)評共7個(gè)行動(dòng)過程,其中每個(gè)行動(dòng)過程可綜合運(yùn)用上述提到的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例導(dǎo)入法、推演比較法、圖形驗(yàn)證法等.
3.2 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段
在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段,應(yīng)完成項(xiàng)目實(shí)施方案的設(shè)計(jì),包括理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩方面.其中,理論教學(xué)的講解思路可采用推演比較法,由模擬調(diào)制系統(tǒng)引出2FSK的授課流程(調(diào)制模型→時(shí)域波形→頻譜分析→特性參數(shù)→解調(diào)→抗噪聲性能分析),闡明各教學(xué)模塊的重點(diǎn)與難點(diǎn),使學(xué)生建立系統(tǒng)整體觀念;在具體授課時(shí),可結(jié)合圖形驗(yàn)證法、設(shè)問誘思法等,采用直觀、形象的功能框圖、波形圖、頻譜圖與數(shù)學(xué)推導(dǎo)相結(jié)合,避免單調(diào)、枯燥的純數(shù)學(xué)講解,加深學(xué)生對通信原理機(jī)制的理解與應(yīng)用.
在實(shí)踐教學(xué)方案設(shè)計(jì)階段,首先下達(dá)項(xiàng)目任務(wù):一是利用通信技術(shù)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)(硬件實(shí)驗(yàn)箱)實(shí)現(xiàn)2FSK調(diào)制(頻移鍵控)以及解調(diào)(過零檢測),二是利用SystemView軟件完成2FSK調(diào)制與解調(diào)建模仿真與結(jié)果分析;其次,明確任務(wù)要求.使用的儀器設(shè)備以及SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件的原理與操作方法,簡要介紹2FSK頻移鍵控調(diào)制與過零檢測解調(diào)法的基本原理,并引導(dǎo)學(xué)生分析通信技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)箱中信號源模塊設(shè)置、2FSK調(diào)制端NRZ與載波連接關(guān)系以及2FSK解調(diào)端過零檢測各子模塊的功能.最后,教師將學(xué)生進(jìn)行分組.明確分工并提出資訊建議,各小組通過學(xué)習(xí)探討提交硬件實(shí)訓(xùn)以及SystemView軟件仿真的具體實(shí)施方案.
3.3 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)階段
1) 操作練習(xí).學(xué)生提交的實(shí)施方案通過教師審核后即可開展,在熟練掌握實(shí)驗(yàn)箱中2FSK調(diào)制與解調(diào)模塊各引腳功能的基礎(chǔ)上,首先設(shè)置信號源模塊中NRZ碼型以及碼速率;其次,完成2FSK調(diào)制端NRZ與兩路載波的連接以及2FSK解調(diào)端過零檢測各模塊的連接;最后,通過示波器觀測各引腳波形或功率譜,并利用SystemView軟件建立2FSK調(diào)制、信道傳輸、2FSK相關(guān)解調(diào)以及判決恢復(fù)的仿真模型,合理地設(shè)置參數(shù)進(jìn)行仿真,根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行理論分析,并對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評價(jià).
2) 隨堂指導(dǎo).學(xué)生在操作練習(xí)的同時(shí),教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)過程中出現(xiàn)的具體問題進(jìn)行指導(dǎo),指導(dǎo)過程中注重啟發(fā)與引導(dǎo)學(xué)生分析問題、獨(dú)立思考并解決問題的能力,總結(jié)不足并重新制定方法和步驟,進(jìn)一步實(shí)施,以強(qiáng)化對相關(guān)原理的理解,同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識.
3) 總結(jié)歸納.學(xué)生操作練習(xí)完畢后,教師引導(dǎo)學(xué)生觀測并分析實(shí)訓(xùn)結(jié)果,主要包括:一是通過觀測“NRZ輸入”和“調(diào)試輸出”測試點(diǎn)波形以及功率譜,總結(jié)歸納2FSK頻移鍵控法基本原理以及2FSK已調(diào)信號功率譜與帶寬特性;二是通過觀測解調(diào)模塊各引腳波形,理解過零檢測解調(diào)法的流程以及抽樣判決條件;三是利用仿真測試系統(tǒng)的抗噪聲性能,從而促進(jìn)理論知識向應(yīng)用的轉(zhuǎn)化.
3.4 “2FSK調(diào)制與解調(diào)”項(xiàng)目運(yùn)作階段
在“2FSK調(diào)制與解調(diào)”運(yùn)作階段,應(yīng)完成項(xiàng)目結(jié)果展示、項(xiàng)目成員考核評價(jià)兩個(gè)行動(dòng)過程.
根據(jù)CDIO從構(gòu)思→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)作的工程教育理念,展示結(jié)果時(shí)要求各小組負(fù)責(zé)人分別對項(xiàng)目的實(shí)施方案、基本原理與關(guān)鍵技術(shù)、具體操作流程、實(shí)訓(xùn)結(jié)果以及分析進(jìn)行公開匯報(bào),各小組之間進(jìn)行交流點(diǎn)評,引導(dǎo)學(xué)生反思、總結(jié)和改進(jìn),不僅可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對通信原理機(jī)制的理解與應(yīng)用,還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用與系統(tǒng)構(gòu)建、調(diào)控技能以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.
CDIO模式包含教學(xué)的考核評價(jià)過程,評價(jià)方式由原來的單純教師打分改為由學(xué)生自評、互評和教師評價(jià)相結(jié)合的方式,教師引導(dǎo)學(xué)生對各小組從構(gòu)思→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行綜合考核,注重對學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新以及系統(tǒng)構(gòu)建調(diào)控技能的考評,具體可結(jié)合理論知識點(diǎn)考察、項(xiàng)目調(diào)試過程、成果展示以及項(xiàng)目報(bào)告等對小組每個(gè)成員給出總體評價(jià)與建議.
隨著蘇州區(qū)域通信產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的急劇擴(kuò)大,傳統(tǒng)的基于章節(jié)安排、重理論輕實(shí)踐的“現(xiàn)代通信原理”課程教學(xué)模式已難以適應(yīng)當(dāng)今通信行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才的需求,因而將CDIO工程教育理念引入到“現(xiàn)代通信原理”課程教學(xué)中,提出通過“精簡理論,強(qiáng)化實(shí)踐”、“突出原理機(jī)制,強(qiáng)調(diào)知識運(yùn)用”、“增強(qiáng)時(shí)效性,合理取舍教學(xué)內(nèi)容”、“引入仿真技術(shù),實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化”四個(gè)方面選取和優(yōu)化項(xiàng)目內(nèi)容;課程教學(xué)組織遵循以項(xiàng)目為載體、以能力為導(dǎo)向、以實(shí)訓(xùn)帶動(dòng)整個(gè)教學(xué)的學(xué)生技能培養(yǎng)思路;項(xiàng)目實(shí)施中任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例導(dǎo)入法、推演比較法、圖形驗(yàn)證法等多種教學(xué)方法合理選擇與綜合運(yùn)用;并以“數(shù)字頻移鍵控(2FSK)調(diào)制與解調(diào)”子項(xiàng)目為例,分析CDIO理念下課程項(xiàng)目化教學(xué),從構(gòu)思→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施,從而將課程教學(xué)與崗位技能及職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)融為一體,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新以及工程開發(fā)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,增強(qiáng)通信技術(shù)專業(yè)人才的市場競爭力.
[1] 盛國. “工學(xué)結(jié)合、校企聯(lián)動(dòng)”的通信技術(shù)專業(yè)建設(shè)實(shí)踐[J]. 職業(yè)技術(shù)教育,2012,33(29):18-20.
[2] 張粵. 基于CDIO的通信工程專業(yè)教學(xué)改革和實(shí)踐[J]. 中國電力教育,2013,20(20):42-44.
[3] 肖閩進(jìn),趙泓揚(yáng),姜文斌,等. “卓越計(jì)劃”中“通信原理”課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J]. 常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2014,27(2):80-84.
[4] 張艷,高軍萍,高振斌. 《通信原理》 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)新模式探索[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào):理學(xué)版,2012,58(S2):157-159.
[5] 羅紅艷. 基于CDIO模式的高職通信專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐研究[J]. 信息通信,2014,13(8):162-164.
[6] 唐云,張文昭. 基于CDIO模式下的《現(xiàn)代通信原理》教學(xué)探究[J]. 湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2014,35(5):69-71.
(責(zé)任編輯:李 平)
On Project-oriented Teaching of Modern Telecommunication Theory Based on CDIO Education Mode
DAI Gui-ping
(School of Electronic Information Engineering,Suzhou Vocational University,Suzhou 215104,China)
Given the current demands of high quality technical talents in telecommunication industry,this paper introduces CDIO engineering education mode to explore the project-oriented teaching of Modern Telecommunication Theory and proposes students’ professional competence training mode which takes projects as carriers,tasks as driving force and practical training as stimulus in the whole process. By selecting and optimizing the teaching content, adopting a variety of teaching methods and exploring project-oriented teaching based on CDIO,both teaching and professional skills and competence training are integrated following the teaching procedure:conception,design,implementation and operation in the hope of cultivating students’practice, innovation,engineering development and cooperation within a team.
CDIO;modern telecommunication theory;project-oriented teaching;teaching process
G718.5
A
1008-5475(2015)03-0078-04
2015-04-10;
2015-05-12
江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點(diǎn)課題資助(2014-R-30111);蘇州市職業(yè)大學(xué)研究性課程資助項(xiàng)目(SZDYKC-140703)
戴桂平(1982-),女,江蘇泰興人,副教授,碩士,主要從事通信技術(shù)專業(yè)教學(xué)研究.