基于CDIO的《通信原理》教学模式改革研究

童艳 冯嵩 张丽丽

摘要：为解决《通信原理》课程传统教学模式存在问题，提高课堂教学效果和学生学习效率，该文基于CDIO工程教育理念，提出了适合本校通信工程专业的教学模式。该模式将课程内容分为3个项目，每个项目对应一种通信系统，让学生以小组为单位用Simulink软件来实现项目所对应的通信系统的仿真和性能分析。这种项目驱动和小组形式，提高了学生的学习兴趣，培养了团队协作意识，锻炼了学生的实践能力和解决实际工程问题的能力。

关键词：通信原理   CDIO   教学模式Simulink

中图分类号：G642  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

Research on the Teaching Mode Reform of Communication Principle Based on CDIO

TONG Yan FENG SongZHANG Lili

（Shenyang Institute of Urban Construction， Shenyang，Liaoning Province， 110167  China）

Abstract：In order to solve the problems existing in the traditional teaching mode of communication principle course and improve the classroom teaching effect and students' learning efficiency， based on the CDIO Engineering Education Concept， this paper puts forward a teaching mode suitable for the major of communication engineering in our university. In this mode， the course content is divided into three projects. Each project corresponds to a communication system. Students can use Simulink software to realize the simulation and performance analysis of the communication system corresponding to the project in groups. This project driven and group form improves students' interest in learning， cultivates their sense of teamwork， and exercises students' practical ability and ability to solve practical engineering problems.

KeyWords：Communication principle; CDIO; Teaching mode; Simulink

《通信原理》課程是笔者学校通信工程专业的一门专业核心课程，要求学生能掌握通信的基本概念和基本技术，熟悉通信系统组成，会分析通信系统性能，能发现分析和解决通信工程中遇到的一般问题，它是后续很多专业课的基础，在通信工程专业中占据很重要的地位。

笔者在《通信原理》的教学中发现了一些问题。《通信原理》课程理论性很强，概念较抽象，学生不易理解，而目前课堂教学主要以教师讲授为主，学生课堂学习比较枯燥，兴趣不大，学习效率低，课堂效果较差。该门课共72课时，其中有64课时的理论和8课时的实验，实验课时少，学生的动手能力得不到充分的锻炼和提高，理论内容也不能通过实验进行充分的验证和及时地消化。目前，这门课的讲授完全按照教材的编排顺序，没有内容上的整体考虑和把握，也没有给学生安排具体的任务，只是偶尔有一些互动，课后留一些作业，学生学习目的不强，积极性不大。另外，当前该门课在成绩考核上均以学生个人为单位进行考核，培养不了学生的团队协作意识，而团队协作能力是学生走向工作岗位后的基本要求。以上这些问题大大降低了课堂效果，因此《通信原理》课程传统的教学模式亟待改革。

1改革现状

目前，已有不少教师针对《通信原理》课程进行了教学改革，比如基于OBE理念、基于CDIO、理实一体化、课程思政、线上线下混合、基于虚拟仿真的教学改革等，为了进一步提高课堂教学效果，几种改革模式可以结合使用。该文探索适合应用型本科院校的有效方法，在基于CDIO理念的基础上，结合虚拟仿真、线上线下混合式教学来对《通信原理》课程教学模式进行改革。

前人已对基于CDIO和虚拟仿真的《通信原理》教学改革做了一些研究，比如赵娟等人[1]以项目式教学为基础，对CDIO模式《通信原理》教学进行了研究，包括课程内容和课程体系、课程实验、考评方式、教学方法与手段、校企合作;徐东辉等人[2]基于课程项目将教学内容分为四大模块，并利用7个实训项目与理论内容相结合，培养学生解决实际工程问题的能力;李茜等人[3]利用LabVIEW的模块化设计思想开发通信原理实验虚拟仿真平台，并将平台用于教学演示和学生学习，节省硬件设备成本，有效提高学生动手能力和创新能力;周敏[4]以SystemView为仿真平台将课程设计分为6个实验和1个综合项目，来服务于理论内容，提高学生的动手操作能力;龚主前[5]提出了以项目和任务驱动为载体，开发项目教材、加强实践教学、加强课程设计和信息化教学、加强“双师型”建设、开启开放式实验教学的改革思路，来培养学生的创新能力和实践能力;纪艺娟等人[6]采用LabVIEW进行通信原理虚拟实验平台的搭建，并结合USRP无线电收发设备实现网络交互式的实验教学，丰富了学生的实验内容，提高了课堂效率和学生学习效率。

由以上教学改革研究与实践可知，CDIO理念贯穿产品的整个周期，以任务驱动和项目式教学为载体，因此该文在借鉴前人研究成果的基础上，结合虚拟仿真平台，对《通信原理》进行基于CDIO的项目式教学改革研究与实践，包括课程内容的选择及总结、课程项目及任务的划分、教学进度安排、考核方法的制定等，以期提高课堂教学效果，培养学生的创新能力、团队意识、实践动手能力及解决工程实际问题的能力。

2 基于CDIO的教学模式改革

CDIO工程教育理念以项目和任务驱动为载体，因此针对《通信原理》CDIO的教学模式改革，就需要首先将课程内容进行项目化和任务划分，用项目和任务的完成来引导学生学习理论内容，达到事半功倍的效果。

2.1 课程内容总结

要对课程内容进行项目化和任务划分，首先要明确该门课程需要学生掌握哪些内容。通过对教材及相关参考书籍内容总结得到，《通信原理》需要学生掌握的主要内容包括了通信的基础知识（包括通信的基本概念、通信系统模型、通信系统分类、通信方式、信息度量、通信系统性能指标、信道分类、信道模型及对信号影响、信道噪声、信道容量）、模拟通信系统组成及各部分功能技术原理和系统性能、数字基带传输系统组成及各部分功能技术原理和系统性能、数字带通传输系统组成及各部分功能技术原理和系统性能这四大知识模块，其中通信的基础知识是其他三大知识模块的基础，因为数字带通传输系统是现代社会用得最为广泛的通信系统，所以数字带通传输系统相关内容是重中之重，其教学学习和学时安排会相对侧重。

2.2 项目确定

由以上对课程内容的总结以及各知识模块的关系，《通信原理》课程内容可以被划分为3个任务，即模拟通信系统、数字基带传输系统、数字带通传输系统的学习，通信基础知识的学习为这三大任务奠定基础。考虑到软件仿真的便利性和易操作性以及Simulink模块建模的优势，三大任务可以用3个项目去实现，即基于Simulink的模拟通信系统、数字基带传输系统、数字带通传输系统的仿真和性能分析。根据各项目所对应系统的组成及技术，又可将各项目分为多个子项目，《通信原理》课程内容具体项目划分如图1所示。

2.3 项目具体实施

该专业《通信原理》课程共72学时，其中有64课时的理论和8课时的实验，图1所示的项目在理论课时完成，实验课时则在实验室用实验箱完成。根据课程内容、项目划分及侧重点，理论64课时分配如下：课程介绍2课时，通信基础知识12课时，项目一14课时（其中子项目1、2、3、4各4、2、2、4课时，其他内容2课时），项目二8课时（其中子项目1、2各2、4课时，其他内容2课时），项目三24课时（其中子项目1、2、3各6、4、10课时，其他内容4课时），期末总复习4课时。

为了培养学生的团队协作意识，《通信原理》课程教学中可以将学生分为多个小组，以小组为单位来完成图1所示的各项目。笔者将该文实施方案具体应用到了本校通信工程专业2019级学生的《通信原理》课程中，该专业2019级学生共83人，共分为14个小组，先由学生自荐出14位小组组长，然后由这些组长来自由组队，规定每组6人（有一组5人）。

教师在理论课堂结合Simulink仿真讲授通信基础知识和三个大项目对应的理论内容，为了让学生提前对通信系统有所认识和了解，在课程开始前给学生布置一次通信系统调研的作业，要求对某一种通信系统进行调研，内容包括通信系统介绍、通信系统组成及各部分功能、通信系统特点及具体应用等，学生以小组为单位来完成此次作业，每组组长在规定时间内以调研报告形式将作业上传至学习通中。教师在讲授3个大项目对应的理论内容前，都会将每个大项目布置成一次作业，其中基于Simulink的模拟通信系统的仿真和性能分析要求学生完成AM、DSB、SSB、FM四种模拟调制解调系统的原理描述及Simulink仿真分析及性能对比，基于Simulink的数字基带传输系统的仿真和性能分析要求学生在Simulink中完成数字基带传输系统各组成部分的功能及技术原理描述、建模及仿真并实现眼图和计算出误码率，基于Simulink的数字带通传输系统的仿真和性能分析要求在Simulink中学生完成数字带通传输系统各组成部分的功能及技术原理描述、建模及仿真并计算误码率，并且对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四种数字调制解调系统的性能进行对比。

综上，该门课共有四次作业，每次作业以小组为单位来完成，作业形式是基于Simulink的仿真分析报告，后3次作业分别对应3个大项目，并规定在每个大项目对应理论内容讲授完以后将作业以小组为单位提交到学习通。在作业的完成过程中由组长来组织组员进行分工及协作，各组组员需要相互配合来完成各项项目和任务对应的作业，这样学生边学习理论内容边完成项目作业，以作业为任务驱动来激发学生的学习兴趣，使学生在做任务的过程中及时消化理论知识，提高学习效率，并培养了动手能力和团队意识。

2.4 考核方法制定

基于CDIO的教学模式在具体实施过程中，就需要制定相应的考核方法来对学生进行有效的考评，进一步促进学生学习和教学效果。笔者在具体教学中，将课程成绩分成了平时成绩、实验成绩和期末考试试卷成绩三大部分，分别占总成绩的35%、5%、60%，其中为了突出过程考核，平时成绩比以往占比多了10%，期末考试试卷成绩比以往占比少了10%。平时成绩又分为出勤、课堂表现、测验、作业、职务四项，其中出勤、课堂表现、测验、作业分别占平时成绩的20%、20%、20%、40%，作业由于是以小组为单位来完成，且与课程项目有关，因此作业比重也比以往要多。平时成绩中的职务一项属于加分项，满分15分，职务有教学秘书、助教、小组组长，这些职务的加分分别由教师、所有学生、小组成员来给出。实验成绩根据实验出勤情况、实验完成情况和实验报告书写情况给分，共4次实验，实验最终成绩取4次实验成绩的平均分。

3 结语

《通信原理》课程传统教学模式存在诸多问题，需要对该门课做出教学改革。该文对目前已有的针对《通信原理》课程的教学改革进行了调研，借鉴前人经验，并结合本校应用型人才培养定位和该门课程特点，提出了适合本专业《通信原理》课程的基于CDIO理念的教学模式。该模式以项目为任务驱动，将学生需要重点掌握的课程内容划分为三大项目，每个项目下又细分为多个子项目，每个项目用Simulink软件仿真实现，并以小组作业的形式布置，以小组为单位将作业成果上传至学习通。该教学模式已用于该专业2019级学生的《通信原理》课程中，实践结果表明，学生的学习更有动力了，课堂效果也提高了，通过完成项目学生对理论知识理解得更透彻了，同时在组长的组织协调下，小组成员相互协作共同完成项目，学生的团队合作意识得到了提高，动手操作能力和解决实际工程问题的能力得到了培养。为了让课程项目更加可视化和实际化，今后笔者会继续进行该门课程软件仿真平台和硬件系统的研究，来不断完善CDIO课程教学模式。

参考文献

[1] 赵娟，田学军.CDIO 模式下《通信原理》教学探讨[J].南方农机，2018，49（17）：52，55.

[2] 徐东辉，刘国东，韦素媛，等.基于CDIO工程理念的《通信原理》课程教学模式研究与实践[J].电子元器件与信息技术，2020，4（8）：147-148.

[3] 李茜，叶振忠，刘高华.通信原理虚拟实验室仿真平台设计[J].实验技术与管理，2021，38（10）：261-264.

[4] 周敏.基于CDIO模式的SystemView平臺《通信原理》课程设计[J].通讯世界，2016，（14）：249.

[5] 龚主前.融入信息化和开放性实验的高职通信原理课程CDIO模式研究[J].教育现代化，2019，6（8）：34-35.

[6] 纪艺娟，高凤强，郭一晶，等.基于LabVIEW和USRP的通信原理虚实结合实验平台设计[J].实验技术与管理，2019，36（3）：155-158.