劉曉莉 肖軍華 王碧云

摘 要：混合式教學(xué)順應(yīng)了目前傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境和信息化學(xué)習(xí)環(huán)境并存的時(shí)代。本文針對(duì)電氣工程專業(yè)本科學(xué)生對(duì)通信基礎(chǔ)知識(shí)了解有限的情況，結(jié)合“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程特點(diǎn)和學(xué)科本體分層結(jié)構(gòu)，對(duì)混合式教學(xué)方法在電氣工程專業(yè)選修課程“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”中的實(shí)踐方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。實(shí)踐效果說明混合式教學(xué)方法的有機(jī)應(yīng)用有力提升了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)科本體；交互內(nèi)容；混合式教學(xué)；翻轉(zhuǎn)課堂

作者簡(jiǎn)介：劉曉莉，博士，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授。研究方向：信號(hào)與信息系統(tǒng)、電力通信等；肖軍華，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院工程師。研究方向：高等教育管理；王碧云，博士，武漢大學(xué)教育科學(xué)研究院副教授。研究方向：高等教育學(xué)。（湖北 武漢 430072）

基金項(xiàng)目：本文系武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院教學(xué)改革建設(shè)項(xiàng)目“‘現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理課程教學(xué)模式改革”的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2018）05-0030-03

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)和能源互聯(lián)網(wǎng)研究的發(fā)展，信息與通信技術(shù)在電力工業(yè)的“源-網(wǎng)-荷”各部分將發(fā)揮更加重要的作用?！艾F(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程是武漢大學(xué)電氣工程專業(yè)本科生的選修課，1.5學(xué)分，27學(xué)時(shí)。該課程不僅理論性較強(qiáng)，而且對(duì)學(xué)生熟練運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)的實(shí)踐能力要求也較高。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，一方面由于學(xué)時(shí)限制，該課程的任課教師難以通過短暫的課堂時(shí)間與學(xué)生進(jìn)行充分溝通交流來掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，不能很好地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行跟蹤管理，并及時(shí)地提供指導(dǎo)與幫助，導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程后感到內(nèi)容偏難，不會(huì)應(yīng)用。另一方面，當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時(shí)代通信和信息技術(shù)飛速發(fā)展，新理論和新應(yīng)用層出不窮，亟須學(xué)生建構(gòu)相關(guān)知識(shí)的自主學(xué)習(xí)能力，并加強(qiáng)學(xué)生之間的協(xié)作和互動(dòng)，以拓展思維方式，提升知識(shí)運(yùn)用能力。因此，任課教師需要探索更有效的教學(xué)方式來促進(jìn)學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)掌握，進(jìn)一步有機(jī)融合信息通信技術(shù)與電氣專業(yè)知識(shí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的整體素養(yǎng)、綜合能力和專業(yè)崗位勝任力。

一、基于學(xué)科本體分析的教學(xué)內(nèi)容整合

“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的學(xué)習(xí)不應(yīng)僅將教學(xué)目標(biāo)定位于如“通信系統(tǒng)一般模型”“香農(nóng)信道容量公式”等知識(shí)內(nèi)容的記憶，教師授課的任務(wù)也不僅是將教材內(nèi)容簡(jiǎn)單映射到學(xué)生的大腦當(dāng)中，授課的結(jié)果不能僅僅滿足于學(xué)生能對(duì)所學(xué)知識(shí)的復(fù)述或重復(fù)，而應(yīng)該以學(xué)生為中心，由教師啟發(fā)學(xué)生共同主動(dòng)、積極地完成教學(xué)過程，使學(xué)生能夠建立新學(xué)知識(shí)、已學(xué)知識(shí)、所掌握的知識(shí)簇之間的關(guān)聯(lián)，做到融會(huì)貫通，進(jìn)一步掌握解決問題的體系及應(yīng)用方法，并轉(zhuǎn)換為解決問題的能力。

從學(xué)科本體分析的角度出發(fā)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容整合，不僅可以充分考慮課程中所有知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，而且學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上形成所需技能。針對(duì)“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”所屬的信息學(xué)科和授課學(xué)生所屬的電氣工程專業(yè)，授課教師需要深入、系統(tǒng)、全面地分析和挖掘該課程所要教授的知識(shí)，對(duì)應(yīng)這些知識(shí)要培養(yǎng)的學(xué)生能力，要形成這些能力需要學(xué)生掌握的基礎(chǔ)應(yīng)用方法和決策性方法等。為此，可將“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程學(xué)科本體分為概念層、方法層和控制層三個(gè)層次，如圖1（P31）所示。其中，概念層集中于描述性的概念知識(shí)，主要是構(gòu)成學(xué)科的基本概念、基本規(guī)律的屬性及聯(lián)系的描述性內(nèi)容，包括通信系統(tǒng)模型、性能指標(biāo)等；方法層包括與解決具體概念知識(shí)相對(duì)應(yīng)的規(guī)律與操作規(guī)程，或者解決某些類別問題的方法和步驟，其中既包括方法性的知識(shí)，也包括對(duì)應(yīng)的能力，如信號(hào)與頻譜分析等；控制層是對(duì)多種概念層本體、方法層本體在不同情境和條件下進(jìn)行組合和應(yīng)用的知識(shí)與能力，包括模擬調(diào)制系統(tǒng)、正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)等內(nèi)容。

依據(jù)圖1的“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的學(xué)科本體分層結(jié)構(gòu)，對(duì)不同層次、不同類型的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)采用不同的教學(xué)方法。

第一，概念性知識(shí)是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，主要是以文字、符號(hào)等方式將事物的屬性、內(nèi)在規(guī)律、事物之間的關(guān)系等描述出來的知識(shí)，其教學(xué)的關(guān)鍵是還原知識(shí)的本來面目，讓學(xué)生通過多種感官獲得知識(shí)、體驗(yàn)知識(shí)。除了課堂講解，主要采用以實(shí)際生活學(xué)習(xí)中的常見現(xiàn)象為例的方式，幫助學(xué)生理解內(nèi)容，掌握概念。例如，在講授調(diào)制概念時(shí)，如果僅說“調(diào)制就是將基帶信號(hào)加載到高頻載波上進(jìn)行傳輸?shù)倪^程”，即使附加圖解，學(xué)生也較難理解。但是，如果將調(diào)制過程比作貨物通過車輛運(yùn)輸過程，貨物好比基帶信號(hào)，貨車好比高頻載波，高速公路好比信道，學(xué)生不僅馬上理解了概念，而且可以舉一反三，牢固掌握。

第二，方法性知識(shí)及操作能力需要提供解決問題的方法，轉(zhuǎn)化需要應(yīng)用方法的環(huán)境，其教學(xué)的關(guān)鍵是營造有效的環(huán)境，使學(xué)生有機(jī)會(huì)系統(tǒng)應(yīng)用方法、解決問題、理解和體驗(yàn)方法，形成解決問題的能力。例如，授課教師可以安排學(xué)生在學(xué)習(xí)了香農(nóng)信道容量公式后，利用該公式中各物理量之間的關(guān)系分析和比較調(diào)頻系統(tǒng)和幅度調(diào)制系統(tǒng)的性能，并說明通信系統(tǒng)有效性和可靠性之間的關(guān)系。

第三，控制性知識(shí)及駕馭能力包括分解問題、選擇方法、集成結(jié)果、調(diào)度過程、獲得新知、抽取信息等方法與能力，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)好問題體系，通過問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生，訓(xùn)練學(xué)生系統(tǒng)而深入地駕馭、應(yīng)用知識(shí)的能力。例如，在講授數(shù)字載波調(diào)制系統(tǒng)內(nèi)容時(shí)，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)要求學(xué)生完成設(shè)計(jì)題：針對(duì)低壓電力載波通信信道干擾多、信道帶寬有限的情況，設(shè)計(jì)一種調(diào)制方式，使得在保證一定誤碼率的前提下，獲得較高的信道利用率。

二、混合式教學(xué)方法實(shí)踐

混合式學(xué)習(xí)一般是指多種學(xué)習(xí)方式的混合，特別是指在線學(xué)習(xí)和面對(duì)面的課堂學(xué)習(xí)的有效組合?？紤]到電氣工程專業(yè)本科生的通信基礎(chǔ)知識(shí)有限，為高效利用課上時(shí)間，課程組結(jié)合“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程特點(diǎn)和圖1所示的該學(xué)科本體分層結(jié)構(gòu)，首先對(duì)在線學(xué)習(xí)和面對(duì)面的課堂學(xué)習(xí)的交互內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，以充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)過程中學(xué)生的自主性與創(chuàng)造性，同時(shí)發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、掌控的作用，使課程在教學(xué)交互中達(dá)到最優(yōu)效果。其次，利用在線學(xué)習(xí)的豐富課程資源、友好交互和課外拓展協(xié)作、交流、討論，通過翻轉(zhuǎn)課堂形式提供給學(xué)生有效的個(gè)性化支持與快樂的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。最后，課堂內(nèi)更集中于讓學(xué)生探討課前在線學(xué)習(xí)中遇到的問題，教師提供指導(dǎo)及對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的講解。

1. 交互內(nèi)容設(shè)計(jì)。在“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中，按照?qǐng)D1所示的課程本體分層結(jié)構(gòu)，將交互內(nèi)容設(shè)計(jì)分為經(jīng)驗(yàn)性、針對(duì)性和創(chuàng)新性三個(gè)設(shè)計(jì)層次。概念層內(nèi)容一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇交互內(nèi)容：授課教師根據(jù)自己一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)和安排，認(rèn)為哪些環(huán)節(jié)和步驟可以應(yīng)用就使用。例如，針對(duì)香農(nóng)信道容量公式這一重要概念設(shè)計(jì)了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、調(diào)頻系統(tǒng)等多個(gè)交互內(nèi)容，使學(xué)生在理解基本概念的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)應(yīng)用香農(nóng)信道容量公式設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的方法；方法層內(nèi)容一般采用針對(duì)性設(shè)計(jì)，授課教師根據(jù)一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)和安排，分析每一個(gè)教與學(xué)步驟，準(zhǔn)確找出整合點(diǎn)，按照整合點(diǎn)選擇合適的技術(shù)支撐方式開展應(yīng)用；控制層內(nèi)容一般采用創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，在研究一節(jié)課最佳的學(xué)習(xí)方式與方法、構(gòu)思理想學(xué)習(xí)過程的基礎(chǔ)上，找出內(nèi)容整合點(diǎn)，并選擇合適的技術(shù)支撐方式和軟件開展應(yīng)用。例如，將模擬信號(hào)數(shù)字化、基帶傳輸系統(tǒng)和正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)三章內(nèi)容整合，要求學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)和Matlab軟件設(shè)計(jì)并仿真實(shí)現(xiàn)一個(gè)語音信號(hào)發(fā)收系統(tǒng)。

2. 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用。電氣工程專業(yè)以專業(yè)選修課形式開設(shè)“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程，學(xué)時(shí)少。盡管先修課程有“信號(hào)與系統(tǒng)”，但是相比電子與信息專業(yè)的學(xué)生，本專業(yè)學(xué)生在“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”“隨機(jī)信號(hào)分析”等方面的相關(guān)數(shù)學(xué)背景知識(shí)有限，在講授和學(xué)習(xí)“信號(hào)與頻譜”章節(jié)中功率譜與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系、平穩(wěn)隨機(jī)過程等內(nèi)容時(shí)，學(xué)生難以理解和掌握。為此，通過翻轉(zhuǎn)課堂，課前要求學(xué)生預(yù)習(xí)如自相關(guān)函數(shù)等指定的參考資料和在網(wǎng)上搜集的素材，并回答要求掌握的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)問題，課上針對(duì)學(xué)生回答問題的情況給予分析和講解，并提出延伸問題讓學(xué)生進(jìn)一步思考和加深理解，以提高學(xué)生應(yīng)用相關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問題的能力。此外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)某些概念在日常生活中應(yīng)用廣泛，如自相關(guān)函數(shù)概念在4G手機(jī)、WiFi路由器中普遍應(yīng)用。因此，針對(duì)類似應(yīng)用廣泛的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)課后思考和上機(jī)練習(xí)作業(yè)題幫助學(xué)生加深理解。通過課前、課上、課后的認(rèn)識(shí)、理解、鞏固的混合式教學(xué)過程，學(xué)生不僅全面理解和掌握了相關(guān)概念，而且能靈活運(yùn)用，有效提升了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

為進(jìn)一步幫助學(xué)生理解、掌握和鞏固所學(xué)知識(shí)，針對(duì)“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程內(nèi)容較抽象、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，一方面，課程組利用學(xué)生已知的Matlab軟件在課前編寫制作部分微課程，課上通過翻轉(zhuǎn)課堂講解相關(guān)內(nèi)容，并鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)微課程提出意見和建議、參與微課程的制作。這樣的交互設(shè)計(jì)不僅對(duì)學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容大有幫助，而且通過參與多樣的學(xué)習(xí)方式，提升了學(xué)生對(duì)Matlab等軟件的熟練運(yùn)用能力，讓學(xué)生在多樣的教學(xué)交互中進(jìn)一步培養(yǎng)和拓展了自己的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。另一方面，在“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的教學(xué)實(shí)踐中，課程組建立了QQ互動(dòng)平臺(tái)，學(xué)生可以在平臺(tái)上下載課件、共享學(xué)習(xí)心得、課前課后答疑反饋；課堂教學(xué)中利用“微助教”完成簽到、課堂問答等。借助這些信息化教學(xué)手段，豐富了教學(xué)內(nèi)容、活躍了教學(xué)過程，使得學(xué)生的參與度大大增強(qiáng)，學(xué)生普遍反映上課更加有趣和富有吸引力。

3. 教學(xué)效果評(píng)價(jià)。從基于學(xué)科本體分析的教學(xué)內(nèi)容整合出發(fā)，課程組進(jìn)一步構(gòu)建了基于QQ、微信等信息化教學(xué)平臺(tái)，包括課程內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)講授、課程資源的收集整理、微課程的設(shè)計(jì)與開發(fā)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)、課堂討論交流答疑、小組協(xié)作研究課題、學(xué)習(xí)活動(dòng)的選擇和設(shè)計(jì)等。相應(yīng)地，教學(xué)效果評(píng)價(jià)不僅關(guān)注學(xué)生的課程學(xué)習(xí)成績(jī)，而且從多方面發(fā)現(xiàn)和發(fā)展學(xué)生能力，從多個(gè)方面開展評(píng)價(jià)，將討論與交流、拓展學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)、基于項(xiàng)目作業(yè)的協(xié)作學(xué)習(xí)和指導(dǎo)等都記入課程總評(píng)成績(jī)。在教學(xué)實(shí)踐中，以總成績(jī)滿分100分計(jì)，課外作業(yè)、工程設(shè)計(jì)問題、討論與交流、拓展學(xué)習(xí)、課堂測(cè)評(píng)、小測(cè)驗(yàn)以及期末考試分別占比為5分、10分、5分、5分、10分、25分、40分。

通過上述對(duì)“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步整合和混合式教學(xué)方式的有機(jī)應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度顯著提高。學(xué)生選課人數(shù)、總評(píng)成績(jī)及教學(xué)效果評(píng)價(jià)得分等均穩(wěn)步提升。

三、結(jié)論

針對(duì)電氣工程專業(yè)選修課程“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”學(xué)時(shí)少、學(xué)生相關(guān)背景知識(shí)有限的情況，基于學(xué)科本體分析對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合優(yōu)化，借助混合式教學(xué)方法使線上-線下、課前/課中/課后的教學(xué)有機(jī)結(jié)合。實(shí)踐表明：混合式教學(xué)方式的應(yīng)用激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)該課程及相關(guān)知識(shí)的興趣，提高了學(xué)生多方面的能力，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐、團(tuán)結(jié)協(xié)作的多元復(fù)合能力，達(dá)到了更好的教學(xué)效果。但是，在教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了混合式教學(xué)中的一些不足，如為了使課堂效果吸引眼球而引入大量網(wǎng)絡(luò)語言，導(dǎo)致教授效果偏于形式而忽略了基本概念和內(nèi)容。因此，如何更好地利用混合式教學(xué)來改善傳統(tǒng)教學(xué)中的一些弊端，還需要不斷實(shí)踐和改進(jìn)。

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責(zé)任編輯 秦俊嫄