方紅雨 許耀華 柏娜 王翊

[摘 要]本文以“新工科”為背景，對(duì)電子類的專業(yè)核心課程“通信原理”從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革，將“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教育理念貫穿教學(xué)全過程，構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、教師授課與學(xué)生探討相結(jié)合、課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究相結(jié)合的課程體系，將理論課程、實(shí)驗(yàn)課程及課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和教師的科研課題有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法、教學(xué)評(píng)價(jià)以及實(shí)踐教育等方面進(jìn)行了改革和探索。

[關(guān)鍵詞]新工科；通信原理；課程體系；教學(xué)方法；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

電子信息工程類專業(yè)的學(xué)生必須修讀“通信原理”課程，該課程涉及通信系統(tǒng)的基本理論和系統(tǒng)性能，旨在幫助學(xué)生更好地掌握和理解通信基本理論和通信系統(tǒng)基本工作原理，從而對(duì)通信過程的內(nèi)涵和發(fā)展方向有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)[1]。安徽大學(xué)將“通信原理”課程納入校級(jí)精品課程建設(shè)項(xiàng)目中，致力于通過整合課程體系、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法以及加強(qiáng)企業(yè)實(shí)踐等多方面的努力，來推動(dòng)通信原理教學(xué)改革。我們的目標(biāo)是通過逐步形成一種全新的通信原理教學(xué)模式，推動(dòng)教學(xué)的深入改革，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，適應(yīng)通信新技術(shù)的發(fā)展，并初步取得一定的成果[2]。本文基于新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證需求，通過將理論課程、實(shí)驗(yàn)課程和課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合，以教學(xué)改革和科學(xué)研究為核心，將數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域所涉及的最新技術(shù)和方法納入教學(xué)內(nèi)容中。我們?cè)诮虒W(xué)中進(jìn)行了改革和探索，將教師的科研成果、工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)納入課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、教學(xué)評(píng)價(jià)以及實(shí)踐教育等方面。

一、優(yōu)化課程系統(tǒng)

教師應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)理念，確立學(xué)生成長(zhǎng)成才的目標(biāo)，建立融合理論與實(shí)踐、線上線下、課堂教授與課外自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的課程體系，充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的作用，鞏固和提升學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解掌握。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的綜合能力。學(xué)生可以在課堂上學(xué)習(xí)如何處理復(fù)雜的問題，而簡(jiǎn)單的問題可以由他們自主學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考的科學(xué)思維能力，以便于發(fā)揮科學(xué)研究的反哺作用。

二、增加教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)堅(jiān)持以立德樹人為導(dǎo)向，貫徹“以學(xué)生發(fā)展為中心”的理念，將課程思政貫穿教學(xué)過程[3]。通過將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值引領(lǐng)融為一體，結(jié)合專業(yè)課程特點(diǎn)，全面融入家國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任感和科學(xué)方法論等思政元素。我們建立了“通信原理”課程思政案例庫，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中潛移默化地塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，可以在教學(xué)案例、仿真驗(yàn)證、課外作業(yè)和教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)討論等環(huán)節(jié)中加入課程思政的內(nèi)容，讓學(xué)生不斷探索、追求真理和勇于創(chuàng)新[4]。

為了適應(yīng)新工科建設(shè)的需求，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)科研在教學(xué)中的促進(jìn)作用，擴(kuò)展和加深課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和靈活思維，使他們能夠深度分析和解決復(fù)雜問題。教師可以將他們研制的“多功能遠(yuǎn)程監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)”作為教學(xué)案例之一，融入對(duì)“通信發(fā)展歷程”的分析中。將教師參與科研項(xiàng)目的內(nèi)容融入教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解，培養(yǎng)他們解決復(fù)雜工程問題的能力。

三、改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)過程的安排被劃分為三個(gè)環(huán)節(jié)：課前預(yù)習(xí)、課中講授和課后討論，以確保學(xué)生做好課前準(zhǔn)備、課中有新的發(fā)現(xiàn)和課后進(jìn)行深入思考。通過綜合運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真等教學(xué)方法，促使學(xué)生積極參與探究式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育。學(xué)生通過在相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上獨(dú)立完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和心得，來驗(yàn)證與理論課程配套的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們可以組成團(tuán)隊(duì)來研究和討論復(fù)雜的設(shè)計(jì)題目，他們需要設(shè)計(jì)一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)方案，并撰寫報(bào)告、進(jìn)行答辯。教師在這個(gè)過程中扮演著引導(dǎo)者的角色，負(fù)責(zé)提出問題、解釋原理、解答難題、評(píng)價(jià)方案，并總結(jié)歸納。而學(xué)生則需要分析問題、進(jìn)行研究思考、分組討論、設(shè)計(jì)方案、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并做出總結(jié)性匯報(bào)[5]。

四、教學(xué)評(píng)估體系的重組

根據(jù)通信工程專業(yè)認(rèn)證的要求，考慮到本課程的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)定了課程考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)和權(quán)重。課程考核內(nèi)容包括平時(shí)成績(jī)、期中考試和期末考試等。平時(shí)的評(píng)分包括兩部分，即課后作業(yè)和隨堂測(cè)試。作業(yè)完成后的檢查主要評(píng)估學(xué)生對(duì)課程重要概念的理解程度和掌握情況，鼓勵(lì)學(xué)生改善自身學(xué)習(xí)中的弱點(diǎn)。每次作業(yè)都會(huì)分別以百分制進(jìn)行評(píng)分，將各次成績(jī)求平均后作為最終成績(jī)的依據(jù)，占總成績(jī)的20%。隨堂測(cè)試的目的是評(píng)估學(xué)生對(duì)課程重要知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握情況，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生改善學(xué)習(xí)中薄弱的部分。期中考試是閉卷考試，考查的內(nèi)容包括課程前半部分的基本概念、原理和方法。卷面成績(jī)?yōu)?00分，根據(jù)其在總評(píng)成績(jī)中的權(quán)重為20%，將其計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)中。期末考試的成績(jī)是總評(píng)成績(jī)的一部分，通過將卷面成績(jī)乘以總評(píng)成績(jī)的50%來計(jì)算課程總評(píng)成績(jī)?？己说膬?nèi)容包括對(duì)課程基本概念和基本知識(shí)的掌握程度的考查，還需要考查學(xué)生綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的表現(xiàn)。不僅測(cè)試各個(gè)單元的知識(shí)點(diǎn)，還要測(cè)試應(yīng)用基本原理和方法分析以及解決工程問題的能力[6]。

課程綜合評(píng)定方式包括平時(shí)表現(xiàn)、期中考試和期末考試。課程考核的出題工作由課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行審核，以確?？碱}既包含了相關(guān)知識(shí)要求，也能體現(xiàn)出學(xué)生的能力要素，并且與課程目標(biāo)所要求的能力要素保持一致，與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)。本報(bào)告對(duì)于通信工程專業(yè)2020級(jí)學(xué)生56人進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并進(jìn)行了合理性分析。

課程目標(biāo)1的考核方式涵蓋了平時(shí)成績(jī)、隨堂測(cè)試、期中考試和期末考試，這四種考核方式能夠全面評(píng)估學(xué)生對(duì)通信的概念、通信系統(tǒng)基本原理、通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)、通信信道特性以及它們對(duì)通信性能的影響、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理等基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用情況。

課程目標(biāo)2的考核方式包括平時(shí)成績(jī)、隨堂測(cè)試、期中考試和期末考試。這四種考核方式可全面評(píng)估學(xué)生對(duì)于模擬調(diào)制原理、模擬通信系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)、模數(shù)變換基本概念、接收端信噪比對(duì)解調(diào)性能的影響以及頻分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)在通信系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用等方面的理解和應(yīng)用情況。這樣的考核方式是相對(duì)系統(tǒng)且客觀全面的[7]。

課程目標(biāo)3的評(píng)估包括平時(shí)成績(jī)、期中考試和期末考試，這三種評(píng)估方式能夠全面客觀地反映學(xué)生對(duì)模數(shù)變換、數(shù)字通信原理、數(shù)字通信系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)以及碼間串?dāng)_的成因與解決方案等知識(shí)的掌握情況，并在一定程度上提升學(xué)生在數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中分析問題和解決問題的能力。

這門課程的考核方式包括平時(shí)成績(jī)、期中考試和期末考試，這三種方式能夠全面考核學(xué)生對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)的理解情況，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)、正交幅度調(diào)制和正交頻分復(fù)用原理的掌握，并且以5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等領(lǐng)域的通信編碼應(yīng)用作為背景，著重考查學(xué)生在系統(tǒng)分析和解決復(fù)雜工程問題方面的能力水平。

平時(shí)成績(jī)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)包括兩次隨堂測(cè)試和平時(shí)作業(yè)，其中涵蓋了課程目標(biāo)1、2、3和4，這部分成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的30%。其中隨便測(cè)驗(yàn)占10%，正常家庭作業(yè)成績(jī)占20%。平均課程目標(biāo)達(dá)成率為78.9%，超過了預(yù)期目標(biāo)的60%，符合教學(xué)要求。其中，四個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成率分別為86%、82%、77%和78.9%，該課程所支撐的各個(gè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)都達(dá)到了期望值。本次課程進(jìn)展順利，然而，課程目標(biāo)1、2、3和4分別有2人、4人、6人、5人未能達(dá)到預(yù)期水平。

五、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐課程在內(nèi)容方面實(shí)現(xiàn)了模塊化、層次化和多樣化。大多數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)都采用了現(xiàn)場(chǎng)推薦的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用開放式自主實(shí)踐教學(xué)方式。學(xué)生自主學(xué)習(xí)和勇于探索的積極性得以激發(fā)，課程設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)在創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)中得以體現(xiàn)，方法可以是參與教師的科研項(xiàng)目或?qū)W生自主選題。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)踐教學(xué)效果。我們要求學(xué)生掌握至少一種仿真軟件的使用方法，以便于在實(shí)驗(yàn)中充分而靈活地應(yīng)用它，實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合，掌握通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。由此，學(xué)生可以從基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過渡到綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，從傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)邁向創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，以提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。根據(jù)“學(xué)科競(jìng)賽與學(xué)術(shù)活動(dòng)相結(jié)合、科技創(chuàng)新和科研實(shí)踐相結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化與育人成才相結(jié)合”的原則，我們進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)和工程應(yīng)用研究，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，使他們能夠全面掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中涉及技術(shù)選項(xiàng)、方案論證、性能設(shè)定、系統(tǒng)測(cè)試、總結(jié)報(bào)告、文檔整理等環(huán)節(jié)的功能和要求，并充分發(fā)揮他們的自我主動(dòng)性和創(chuàng)造力。

通信原理課程設(shè)計(jì)是該課程中具有實(shí)踐性的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是教學(xué)改革的重要手段之一。為了進(jìn)一步鞏固課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，在進(jìn)行了相關(guān)理論課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們除了開設(shè)與課程內(nèi)容相匹配的“通信原理”實(shí)驗(yàn)外，還增設(shè)了“通信原理課程設(shè)計(jì)”項(xiàng)目。通過使用系統(tǒng)仿真，學(xué)生可以更直觀地理解不同通信系統(tǒng)的組成，進(jìn)一步區(qū)分模擬通信和數(shù)字通信的性能差異，了解通信系統(tǒng)發(fā)射端信號(hào)的形成以及接收端信號(hào)的解調(diào)，還可以學(xué)習(xí)有關(guān)通信過程中信號(hào)傳輸質(zhì)量的保證和檢測(cè)等相關(guān)知識(shí)。這樣做，可以提升學(xué)生解決實(shí)際通信工程問題的能力，并在課程設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)學(xué)生正確的工作態(tài)度、良好的工作作風(fēng)以及增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。通過符合相關(guān)專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步明確了課程設(shè)計(jì)目標(biāo)，并培養(yǎng)學(xué)生的一系列能力。

（一）以小組為單位，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)所選課題進(jìn)行細(xì)致的分類整理和仔細(xì)研讀，從而更深入地了解和領(lǐng)會(huì)通信技術(shù)的發(fā)展背景、脈絡(luò)以及當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r。對(duì)于這個(gè)問題的解決方案，我們可以提出一些可行的方法，并對(duì)這些方法的可行性進(jìn)行合理的論證。

（二）課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握相關(guān)的通信系統(tǒng)仿真軟件（例如Proteus、MATLAB、Python）和硬件平臺(tái)的運(yùn)用，能夠獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的題目并與他人合作完成綜合設(shè)計(jì)題目。同時(shí)，要求學(xué)生能將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)過程中遇到的問題的處理和結(jié)論分析中，并對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確、系統(tǒng)、合理地分析和總結(jié)。學(xué)生通過編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，不僅了解了程序流程圖的繪制方法，掌握了科技論文的寫作規(guī)范，還為未來的科學(xué)研究和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（三）通過查閱課程設(shè)計(jì)過程中的文獻(xiàn)資料，讓學(xué)生更深入地了解目前通信與信息行業(yè)的就業(yè)市場(chǎng)需求和當(dāng)前通信專業(yè)的前沿技術(shù)，以便于逐步明確自己的專業(yè)目標(biāo)和研究方向。通過學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫、PPT制作和答辯陳述等，可以培養(yǎng)學(xué)生準(zhǔn)確表達(dá)的能力，提高學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力，同時(shí)也能夠讓他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)合作和人際溝通方面有所提升。

（四）將“在課程設(shè)計(jì)中融入思政元素，使學(xué)生在‘潤(rùn)物細(xì)無聲的知識(shí)學(xué)習(xí)中，塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀”改寫為：通過將思政元素融入課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)的過程中，潛移默化地培養(yǎng)他們擁有正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。教學(xué)環(huán)節(jié)涵蓋仿真驗(yàn)證、課外作業(yè)和教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。要教導(dǎo)學(xué)生具備不斷探索、追求真理和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，同時(shí)培養(yǎng)他們以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感作為基石[8]。

結(jié)束語

在“新工科”背景下，我們對(duì)“通信原理”課程進(jìn)行了全面改革，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、評(píng)價(jià)方案、實(shí)踐課程和創(chuàng)新性等方面入手。實(shí)踐證明，堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心的教育理念，將新工科建設(shè)要求貫穿到教學(xué)過程中，不僅加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提升了他們解決復(fù)雜工程問題的能力，還全面提高了他們實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。在教學(xué)過程中融入思政元素，使學(xué)生能夠在知識(shí)學(xué)習(xí)中塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。

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作者簡(jiǎn)介：方紅雨（1968— ），女，漢族，安徽績(jī)溪人，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院，高級(jí)工程師，碩士。

研究方向：信息與通信工程。

許耀華（1976— ），男，漢族，安徽懷遠(yuǎn)人，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院，副教授，碩士。

研究方向：互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)。

柏娜（1982— ），女，漢族，安徽霍山人，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院，副教授，博士。

研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。

王翊（1988— ），男，漢族，安徽池州人，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院，講師，博士。

研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：安徽省教育廳2020年省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“新工科背景下課程思政在通信原理教學(xué)中的探索與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：2020sjjd110）；安徽大學(xué)2022年校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“線下課程——通信原理”（項(xiàng)目編號(hào)：2022xjzlgc156）；安徽大學(xué)2023年校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“新工科背景下集成電路類專業(yè)‘通信原理課程教學(xué)改革研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2023xjzlgc262）。