鄒麗

摘? 要 針對(duì)通信原理理論和實(shí)踐教學(xué)分別進(jìn)行改革。理論教學(xué)改革將通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景帶入課堂講授，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果;采用線上線下結(jié)合教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生成為最終受益者。實(shí)踐教學(xué)改革采用新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)虛擬仿真和遠(yuǎn)程連接硬件設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而提升學(xué)生動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

關(guān)鍵詞 通信原理;教學(xué)改革;理論教學(xué);實(shí)踐教學(xué);混合式教

學(xué);實(shí)驗(yàn)軟件;MATLAB

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）18-0092-03

Theoretical and Practical Teaching Reformation of Communi-cation Principle//ZOU Li

Abstract In this paper， the reform of theoretical and practical tea-ching in communication principle is presented. The theoretical tea-ching reforms are carried out with two parts. One is that the actual application scenarios of the communication system is brought into

the classroom teaching. And the online and offline teaching model is

adopted， which enhances the learning effect of students and make

students become the ultimate beneficiaries. Practical teaching reforms

adopts a new experimental platform， which can realize virtual simu-lation and remote control of connected hardware devices for actual system development and design， which greatly improves students practical ability and stimulates students learning motivation.

Key words communication principle; teaching reform; theoretical? teaching; practical teaching; blended leaning; experimental software;

MATLAB

0? 前言

通信原理課程是通信、電子、信息領(lǐng)域最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是通信工程等專業(yè)的標(biāo)志性課程。該課程也是信息與通信工程學(xué)科研究生入學(xué)考試專業(yè)課程之一，占有重要的教學(xué)地位。課程內(nèi)容主要涉及信息的物理傳輸，以各種調(diào)制技術(shù)的分析作為主線，緊緊圍繞通信系統(tǒng)的有效性和可靠性這對(duì)矛盾進(jìn)行分析，對(duì)各種通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)與比較。該課程作為通信工程專業(yè)的核心與標(biāo)志性課程，有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)性和工程應(yīng)用特點(diǎn)。它涉及的知識(shí)面寬、概念多，并要求具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。同時(shí)，該課程也是公認(rèn)的“老師難教、學(xué)生難學(xué)、考試難過”的“三難”課程[1]。

通信原理主要涉及信息量的計(jì)算、信息的物理傳輸理論與技術(shù)。通信技術(shù)過去幾十年中不斷發(fā)展，在此基礎(chǔ)上陸續(xù)形成通信的理論體系[2]。本課程以各種調(diào)制技術(shù)的分析作為主線，輔以信號(hào)的接收和同步技術(shù)，緊緊圍繞通信系統(tǒng)的有效性和可靠性性能指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)各種通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析與計(jì)算。

筆者教授通信原理課程時(shí)間已有十幾年，每年都會(huì)對(duì)該課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行分析，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)，提高通信原理課程的教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)成果，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的想象力、空間思維能力和對(duì)科學(xué)的求知欲，促進(jìn)學(xué)生形成嚴(yán)密的邏輯思維能力，形成對(duì)通信原理的親切感，體會(huì)數(shù)字通信技術(shù)與實(shí)際生活的聯(lián)系。近年來(lái)，南通大學(xué)通信原理課程組進(jìn)行了通信原理課程理論與實(shí)踐教學(xué)改革，本文在總結(jié)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)改革進(jìn)行探討。

1? 通信原理教學(xué)現(xiàn)狀

1.1? 理論教學(xué)現(xiàn)狀

目前的通信原理理論教學(xué)普遍在學(xué)生層面和教師層面存在問題。

1.1.1? 學(xué)生層面? 學(xué)生對(duì)通信原理理論課程學(xué)習(xí)缺乏興趣，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)比較吃力。究其原因，一是該課程理論性強(qiáng)，先修課程掌握要求高，比如信號(hào)與系統(tǒng)和概率論，這兩門課程數(shù)學(xué)理論很強(qiáng)，內(nèi)容量大，導(dǎo)致學(xué)生在先修課程上掌握不牢固，所以在學(xué)習(xí)本課程時(shí)感覺吃力，學(xué)習(xí)積極性不高;二是本課程本身概念多，并且概念都比較抽象，學(xué)生不容易理解，不明白通信原理和實(shí)際中的通信有什么關(guān)聯(lián)。

1.1.1? 教師層面? 教師對(duì)通信原理課程教學(xué)比較單一，主要是PPT課件和板書推導(dǎo)理論計(jì)算。2012年，教育部提出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、廣適應(yīng)”的人才培養(yǎng)模式[3]，同時(shí)由于學(xué)科建設(shè)需要，通信原理課程理論教學(xué)學(xué)時(shí)大大壓縮，由原來(lái)的104學(xué)時(shí)壓縮到只有64學(xué)時(shí)，幾乎砍掉一半學(xué)時(shí)，但內(nèi)容量還是這么多。因此，教師基本都是拼命趕課程進(jìn)度，一堂課的教學(xué)內(nèi)容非常多，導(dǎo)致學(xué)生不容易吸收理解。

1.2? 實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

目前的通信原理實(shí)踐教學(xué)基本都是利用現(xiàn)成的通信原理實(shí)驗(yàn)箱，讓學(xué)生做一些和理論課程相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難度系數(shù)低，沒有任何創(chuàng)新思維，剝奪了學(xué)生獨(dú)立自主研究的機(jī)會(huì)。因此，教師和學(xué)生都不愿花多少時(shí)間和精力在實(shí)踐教學(xué)上。這種現(xiàn)象使得人才培養(yǎng)中學(xué)生的動(dòng)手能力大大減弱，從而把通信原理理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分隔開來(lái)，收不到理想的教學(xué)效果。

2? 理論教學(xué)改革

對(duì)通信原理理論課程教學(xué)改革可以從教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和教學(xué)手段改革三個(gè)方面進(jìn)行。

2.1? 教學(xué)內(nèi)容改革

通信原理理論教學(xué)學(xué)時(shí)目前安排為64學(xué)時(shí)，在64學(xué)時(shí)中要學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)內(nèi)容包括信息量及其度量、系統(tǒng)有效性和可靠性概念、隨機(jī)過程、信道容量，還要系統(tǒng)學(xué)習(xí)模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)、新型數(shù)字帶通系統(tǒng)、最佳接收機(jī)、信源編碼和同步。內(nèi)容量很大，理論性極強(qiáng)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)多。

針對(duì)這些問題，準(zhǔn)備將理論性知識(shí)作為重點(diǎn)內(nèi)容，在講解理論知識(shí)時(shí)加入其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)例。例如：講模擬調(diào)制時(shí)，可以以調(diào)幅廣播和調(diào)頻廣播的實(shí)際應(yīng)用為例，給學(xué)生闡述模擬調(diào)制的應(yīng)用;在講模擬通信系統(tǒng)抗噪聲性能時(shí)，可以做幾段音頻信號(hào)，分別是沒有噪聲、有噪聲和經(jīng)過濾波處理的音頻信號(hào)，讓學(xué)生感受抗噪聲的重要性;在講數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK調(diào)制時(shí)，可以引入實(shí)際應(yīng)用，用圖片形式展示給學(xué)生，比如汽車的遙控鑰匙和車輪傳感器信號(hào)都是使用的2ASK調(diào)制原理，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握;在講信號(hào)量化時(shí)，通過語(yǔ)音信號(hào)的MATLAB仿真圖讓學(xué)生有直觀了解。圖1和圖2就是實(shí)際課堂上展示給學(xué)生的一段音樂波形受噪聲干擾和“南通大學(xué)”語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過量化前后對(duì)比仿真圖效果。

同時(shí)，在課堂上盡量少進(jìn)行數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，畢竟是工科專業(yè)，不是理科專業(yè)，對(duì)于通信原理的學(xué)習(xí)主要是能把原理搞清楚，在實(shí)踐中能運(yùn)用理論結(jié)果解決實(shí)際問題，這樣學(xué)生學(xué)起來(lái)也會(huì)相對(duì)輕松，課時(shí)也就沒有那么趕了。

2.2? 教學(xué)方式改革

通信原理課程教學(xué)以往都是以在教室上課這種單一的教學(xué)方式進(jìn)行，教師講授，學(xué)生聽講。這種方式單調(diào)枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)比較被動(dòng)，不能發(fā)揮主觀能動(dòng)性。因此，對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行改革，采用線上線下混合式教學(xué)方式。

申報(bào)的通信原理在線課程項(xiàng)目已經(jīng)拍攝了通信原理視頻，將各章主要內(nèi)容進(jìn)行提煉濃縮，拍成視頻并放在中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)上，這樣一來(lái)，學(xué)生就可以先通過觀看在線視頻預(yù)習(xí)和自學(xué)通信原理基本理論。在網(wǎng)上每一章都有單元測(cè)驗(yàn)試題，基本都是和視頻內(nèi)容相關(guān)的基本題型，同時(shí)還有簡(jiǎn)述題，學(xué)生可以進(jìn)行互評(píng)打分，這樣可以增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

線下進(jìn)行課堂教學(xué)，可以根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上自學(xué)情況有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)，簡(jiǎn)單的理論知識(shí)就可以不講了，重點(diǎn)講一些難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景講述，對(duì)提升性試題就可以放在線下教室進(jìn)行講解。同時(shí)可以組織討論課，讓學(xué)生對(duì)學(xué)過的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行小組討論，然后每組安排學(xué)生上講臺(tái)講述，比如：模擬線性調(diào)制各種方法的特點(diǎn)，以及與模擬非線性調(diào)制比較，各自優(yōu)缺點(diǎn);數(shù)字調(diào)制各種方法的特點(diǎn)及其抗噪聲性能。這些討論可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握。

3? 實(shí)踐教學(xué)改革

南通大學(xué)原來(lái)線下只有一間實(shí)驗(yàn)室是做通信原理實(shí)驗(yàn)的，而且實(shí)驗(yàn)箱有限，加上多年使用有損壞，因此，一次實(shí)驗(yàn)只能滿足二十幾個(gè)學(xué)生，班級(jí)多的需要分批次分時(shí)間做，極大地浪費(fèi)了教師和學(xué)生的時(shí)間。針對(duì)目前通信原理實(shí)驗(yàn)課程使用單一的通信原理實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)步驟固定，沒有創(chuàng)新改進(jìn)的空間的狀況，采購(gòu)一套電子信息虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)軟件。

電子信息虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)軟件專門針對(duì)電子信息類專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)，將瀏覽器、本地服務(wù)器、云服務(wù)器、硬件平臺(tái)等有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建虛擬仿真與在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)體系，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了“虛實(shí)結(jié)合、軟硬結(jié)合”的現(xiàn)代通信課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)新理念。該軟件設(shè)計(jì)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、本地在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程在線實(shí)境實(shí)驗(yàn)三種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑淖兞藭r(shí)間和空間對(duì)實(shí)驗(yàn)的限制，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地做實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，非常適合電子信息類相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)，其中就包括通信原理課程實(shí)驗(yàn)。

利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，基于本地服務(wù)器和云服務(wù)器通過MATLAB實(shí)時(shí)仿真各種波形數(shù)據(jù)，將其以軟件界面呈現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好。教師將幾個(gè)主要章節(jié)里的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)生自己去搭建系統(tǒng)仿真平臺(tái)，并自己通過MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真結(jié)果，同時(shí)可以進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合、軟硬件結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在自己的電腦上或者機(jī)房電腦上編寫程序，然后遠(yuǎn)程連接訪問無(wú)線電硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)信號(hào)傳輸功能，其效果和本地硬件實(shí)驗(yàn)完全一樣。這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇梢圆皇軙r(shí)間、地點(diǎn)等因素制約，靈活方便。

圖3展示的是整個(gè)實(shí)驗(yàn)所包含的虛擬仿真平臺(tái)、真實(shí)硬件，用于遠(yuǎn)程訪問，線下示波器可以用來(lái)觀測(cè)虛擬遠(yuǎn)程端口回傳的波形，實(shí)驗(yàn)效果比線下實(shí)驗(yàn)好。圖4給出了在虛擬仿真平臺(tái)由學(xué)生自主編寫的AM調(diào)制程序代碼，學(xué)生可以把此代碼封裝在一個(gè)模塊里，進(jìn)行系統(tǒng)搭建，設(shè)置仿真參數(shù)，得出實(shí)驗(yàn)仿真圖。這樣可以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，真正實(shí)現(xiàn)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。圖5是教師管理實(shí)驗(yàn)界面，教師可以設(shè)置不同難度系數(shù)的實(shí)驗(yàn)，也可以將實(shí)驗(yàn)設(shè)置為純虛擬仿真或者虛擬仿真與遠(yuǎn)程硬件連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)硬件實(shí)驗(yàn)效果。

4? 結(jié)語(yǔ)

通信原理是高校通信、電子、信息專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課。通信原理課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握通信原理相關(guān)知識(shí)，并將通信相關(guān)原理應(yīng)用于后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)，比如移動(dòng)通信、通信網(wǎng)原理與協(xié)議、數(shù)字通信等。因此，如何高效教學(xué)就成為通信原理課程組所有教師面臨的主要問題。本文所提出的通信原理理論和實(shí)踐教學(xué)改革收到很好的教學(xué)效果，今后還會(huì)進(jìn)一步評(píng)估和改進(jìn)，力求將通信原理課程教學(xué)做得更好，讓更多學(xué)生受益?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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