基于SPOC的现代通信技术教学研究*

郭 慧

(山西工程科技职业大学，山西 太原 030619)

0 引言

2020年初，新冠疫情爆发，在“停课不停学”的背景下，根据教育部发布的关于《疫情防控期间做好高校在线教学组织与管理工作》的通知，面向全国高校免费开放在线课程近2.4万余门，开放国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，免费提供2000余门虚拟仿真实验课程资源[1]。学校是人员密集型场所，同时也是公共卫生突发事件的高发单位，为了保障全体教师和学生的生命安全，各级高校延迟开学，通过网络形式进行远程授课，以隔离阻断病毒传播，课堂教学如何在隔离中保质保量地进行变得尤为重要[2～4]。

《现代通信技术》课程是计算机、电子、通信工程专业的一门专业课，该课程通过通信网的架构来讲述各类先进的通信技术。

目前，关于通信技术的课程往往是侧重于讲述某一特定的技术。基于SPOC的《现代通信技术》课程从全网出发，对现代通信网分层中所涉及的通信技术进行较为详细的论述，从而加强对现代通信技术的学习。现代通信技术教学框架如图1所示。

1 现代通信技术教学现状分析

现代通信技术是电子、通信等相关专业的一门专业课，旨在培养学生全面认识通信技术与系统原理的基础上，建立对通信网络的初步分析与系统建设能力，为学生全面理解和认识通信行业的系统工作原理与技能打下基础[5,6]。从近三年的教学情况

图1 现代通信技术教学框架

分析，主要存在以下问题：

1) 学习能力不足。课堂理论教学中，大部分学生能掌握其中的理论和计算问题，但是遇到对计算问题对应的算法实现，往往显得非常困难。

2) 课下复习时间无法保证。大部分学生的学习依赖于课堂上的吸收，课下预习和复习时间以及效果难以保证。

鉴于此，我们提出了基于异步小规模限制性在线课程(SPOC)的现代通信技术课堂教学，将理论、仿真、算法设计与实现融入在线课堂，有助于学生加深理论知识的理解，培养良好的计算思维，激发学生深入研究课堂理论知识的兴趣。在线课堂的回放能保证学生的预习和复习效果。

2 基于SPOC的翻转课堂教学

现代通信技术MOOC资源理论讲解非常清晰，为了加深学生对理论知识的理解，培养学生的计算思维，采用SPOC，在MOOC课程原有资源上，补充相关内容[7]。

SPOC是融合了实体课堂与在线教育的混合教学模式，基于SPOC的现代通信技术课程教学流程如图2所示[8,9]。

图2 基于SPOC的现代通信技术教学流程

3 SPOC教学实例

以现代通信技术业务与终端部分的视频压缩技术为例，说明SPOC教学过程。

在数据压缩中，哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种常用的无损压缩算法。在SPOC课程补充中，录制相关视频，融入计算思维，说明哈夫曼编码的应用，并补充相关习题。

3.1 问题提出

设7个字母在通信中出现的频率如下：a：35%；b：20%；c:15%；d：10%；e：10%；f：5%；g：5%，采用哈夫曼编码，求传输100个按上述比例出现的八进制数字，需要多少个二进制数字？采用等长3位二进制编码，需要多少个二进制数字？

3.2 建立模型

哈夫曼编码的主要思想就是减少出现频率高的信号的编码位数，增加频率低的信号的编码位数，从整体上减少传输信号的二进制编码位数，起到压缩的目的。模型建立步骤如下：

步骤1：8个数字信号的频率*100，作为huffman树的叶子节点的权；

步骤2：选择两个权值最小的节点进行合并，合并后的父节点的权值为这两个子节点权值之和；

步骤3：将第2步生成的节点与未合并的叶子节点重新按照权值从小到大的顺序进行排序；

重复步骤2、3，直到生成最后一个父节点。

步骤4：将左子树编码设为“0”，右子树编码设为“1”，各叶子节点对应的编码为每条路径上的“0”，“1”序列。

3.3 模型计算

哈夫曼编码如图3所示。

图3 哈夫曼编码

3.4 系统实现

根据huffman树求huffman编码的实现过程如下：

void CreatHuffman(HTNode ht[],HCode hcd[],int no)

{

int i,f,c;HCode hc;

for(i=0;i

{

hc.start=n0;c=i;f=ht[i].parent;

while(f!=-1)

//循环直到无父亲结点，即到达树根结点

{

if(ht[f].lchild==c)

//当前节点是父亲节点的左孩子

hc.cd[hc.start--]=’0’;

else

hc.cd[hc.start--]=’1’;

//当前节点是父亲节点的右孩子

c=f;f=ht[f].parent;

//再对父亲节点进行相同的操作

}

hc.start++;

//start指向哈夫曼编码最开始字符

hcd[i]=hc;

}

}

3.5 结果分析

经过计算，得到8个叶子节点的Huffman编码，如表1所示。

采用哈夫曼编码，求传输100个按上述比例出现的八进制数字，需要的二进制数字计算如下：

(2*35%+2*20%+3*15%+3*10%+3*10%+4*5%+4*5%)*100=255(个)

表1 Huffman编码表

如果采用等长3位二进制编码，则需要300个二进制数字。

根据比较，传输相同个数的数字信息，采用哈夫曼编码所用二进制位数更少，所以是一种典型的压缩编码方法。

3.6 课程内容部署

哈夫曼编码内容在中国大学生慕课平台上只是给出了名称，为了让同学更为深入地理解哈夫曼编码的整个过程，以计算思维的角度去思考算法的流程，特将这部分内容补充在慕课平台上。这部分内容主要包括2个部分：

1) 包含课件、视频、随堂测验和作业。

2) 设置讨论区内容。

在线下教学工具慕课堂中，按照实际授课的时间和班级创建课堂。

4 小结

基于SPOC的《现代通信技术》翻转课堂教学一方面可以支持学生对所学知识点进行无限次回放，另一方面，在线下课堂辅助工具慕课堂中需要提前备课，补充了签到活动以及课堂练习。

同学们可以在线下课堂打开小程序完成课堂活动。

通过随堂测试以及课堂练习检验同学们的学习效果。

基于SPOC的《现代通信技术》课程学情统计如图4所示。

通过学情统计，能够准确地发现学生学习环节的薄弱点，有针对性地进行指导学习。疫情的发生，推动了学生网课的开展，也让我们对翻转课堂有了深入的实践。实施翻转课堂，视频制作固然重要，但更重要的是课程内容的组织。融入计算思维的模式，实践证明，通过有效地组织“翻转课堂”，能够大大提升学生“吸收内化”的学习效果。

图4 学情统计