新工科背景下《通信原理》课程教学改革与实践

黄飞 张琳

摘要：《通信原理》是电子信息工程、通信工程等相关专业的核心课程，新工科背景下的课程建设对该门课程的教学提出了更高的要求。针对《通信原理》课程概念抽象、知识系统性强的特点，结合应用型人才素质培养的需求，探讨了教学内容、教学手段、教学方式、实践教学等多方面的改革思路，旨在将枯燥的理论知识转化为具有工程应用背景的实际问题，培养学生的应用能力，更好地适应通信行业的发展。

关键词：通信原理;教学改革;应用型人才

引言

《通信原理》是电子信息工程、通信工程等专业的核心课程，阐述了信息传输和处理的基本原理和技术方法，具有很强的理论指导性和实践性，是构建信息化社会的重要理论基础。结合现代社会对电信、通信专业毕业生专业技能和岗位能力的要求以及宿州学院“应用型”的办学定位，本文从工程应用的角度，在理论教学、实践教学等方面进行了课程教学改革的探讨和实践。

1  教学现状分析

在《通信原理》的实际教学中，存在以下问题：

首先，该课程对学生的数学基础要求较高，频繁应用的数学知识让学生在学习过程中产生了畏难情绪;同时，课程概念抽象，知识点分散在各个先修课程当中。学习过程中不断的回顾各个知识点，不仅打乱了教师的授课节奏，也给学生带来很大的学习负担。

其次，授课理念陈旧，方式单一。教学手段主要是PPT结合板书，但是在PPT的使用上，观念仍然很落后，PPT大段地罗列书本上的概念公式，失去了PPT信息丰富，生动直观的特点;授课方式也以填鸭式的教学为主，学生被动的接受，教学效果不够理想。

再次，理论知识与实际应用脱节。课程大多数内容理论性较强，缺少直观的应用层面上的演示，学生学习兴趣不高;没有具体实例注解的理论公式，给学生的记忆和理解带来难度^[3]。

最后，實践教学手段单一。虽然在通信原理的实践教学中安排了充足的课时，但大多数实验都是基于实验箱的验证性实验，学生只需根据指导书按部就班的完成实验步骤，得到预期的结果，学生处于被动学习状态，失去了实践教学的真正意义。

2  理论教学改革

针对上述问题，本文从培养应用型人才的目标出发，在教学内容，教学手段，教学方法、实践教学等方面探索改革措施，旨在将枯燥的理论知识转化为具有工程应用背景的实际问题，锻炼学生发现和解决实际问题的能力，提高学生的综合素质和创新能力。

2.1 教学内容改革

目前高校的通信原理教学偏重理论技术的阐述，但这并不符合应用型高校的实际情况。与研究型高校不同，应用型高校更加注重学生应用能力和专业技能的培养，为此授课教师应在实际教学中根据本专业学生的知识接受水平，合理地且有所侧重地安排教学内容，将理论知识同实际应用紧密地结合起来。

以樊昌信版本的《通信原理》为例，全书13章200多个知识点，鉴于学时的限制，不能全部覆盖。因此，可以将通信原理的核心内容提炼为“信源编码、信道编码、调制、解调”四个主体模块。一方面，这四个模块基本包涵了通信系统的性能要求：高速、安全、可靠;另一方面，这四个模块和日常生活中的应用联系最为紧密，也是当前通信方向研究热度最高的领域。例如，音频和视频数据压缩属于信源编码范畴，网络安全编码属于信道编码，以生活中的实例作为课堂教学的重要补充，将理论技术用一种更加直观具体、更加贴近生活的形式展现给学生。

紧随通信技术前沿发展方向，与时俱进地调整教学内容。根据现代通信系统数字化的发展趋势，以数字通信作为教学主体，重点讲述数字通信系统的构成模块和分析方法，削减模拟通信的教学所占比重。同时，关注通信领域的最新动态，将新理念、新技术、新成果融入课堂教学中，如量子通信、第五代移动通信技术等，开拓学生的眼界，帮助他们与今后的研究深造或者工作岗位尽快接轨。另外，在具体教学内容的讲解中，弱化公式推导，重视知识的系统应用，重点阐述其在系统中发挥的作用。

2.2 现代化教学手段应用

相比较于传统板书教学，多媒体课件教学节省了大量的板书时间，形式上更加丰富灵活，已经逐渐成为高校教学的主要手段。

首先，优秀的多媒体课件应将理论知识直观形象的呈现给学生，避免大段的文字描述，以表格、图像和动画作为教学内容的主要载体。比如信号的时域和频域变化，在具体讲解时涉及到高数中的傅立叶无穷级数，即使有板书上的公式推导，学生对“任何周期函数都可以由不同频率的正弦波叠加生成”这一概念仍然一知半解，这也导致后续内容学习效果的不理想。为了帮助学生更好的理解，我们可以利用Flash动画表示周期矩形波的傅立叶级数展开。动态的显示若干个不同频率正弦波叠加而成的合成波，随着叠加正弦波的个数的增加，合成波的频率分量越来越多，合成波的波形也越来越接近周期矩形波，图形的展示比枯燥的公式推导更有说服力。

其次，借助SystemView和Matlab等通信仿真软件，在课堂教学中建立一个可以对通信系统建模仿真的动态交互式平台。学生在建模仿真的过程中，利用其可视化的特点观察通信系统各个模块的运行过程，分析模块的功能作用。仿真现象和教学内容紧密联系且相互印证，可以帮助学生加深理解，提高学习效率。

2.3 任务驱动教学法

传统的教学方法注重基础知识的积累和过程的循序渐进，但完全遵循教材内容的照本宣科式教学方法在课堂气氛的调动，以及激发学生的学习兴趣上效果不甚理想。在教学中不断尝试新的教学方法，如案例教学、启发互动式教学、情景教学等，从学生的反馈上来看，任务驱动式的教学方法取得了较好的效果。教师根据教学要求，提出具有实际应用价值，符合学生认知水平的任务，将教学内容巧妙的隐藏在任务中。学生分析任务需求，提出解决方案，在教师的指导下边学边做完成任务。完成任务的渴望驱动学生在理论和实践两方面建构了教师设计的学习内容。

以“模拟信号的数字传输”这一章节的教学为例，作者在具体讲授之前，提出了一个问题“生活中常用的摄像头和麦克风采集的信号都是模拟信号，那么模拟信号在数字系统中传输首先需要解决什么问题？”，从而引出模数转换模块，并将该模块功能的实现作为任务布置。在教师和学生共同解决任务的过程中，引导学生查阅抽样、量化、编码方面的资料。最重要的是适时地讲解奈奎斯特频率，十三折线编码准则等学生完成任务时急需的理论知识，学生边学边做，在任务中充分的认识到所学知识的实际意义，更好的激发他们的学习热情。虽然不是每一个学生完成的解决方案都有应用价值，教师仍要鼓励学生仿真实施自己的设计，并对每一个方案评价总结，充分肯定学生的工作。

任务驱动教学法教学目标明确，围绕任务的需求构筑学生的知识体系，在教学内容上删繁就简，弱化理论的系统性，注重内容的实用性。更重要的是，任务驱动的教学法打破了传统教学中理论和实践相脱节的局面，以工作内容为中心，实现理论与实践的一体化。

3  分层次设计实践教学

通信原理课程理论性强，概念抽象，如果仅以课堂教学为主，会导致学生对知识的理解不够深入，所学内容不能灵活应用，其教学效果大打折扣。为此制定培养计划时，在通信原理的教学中规定了相当比重的实践教学，但是也存在着实验内容少，实验手段落后等问题，而且绝大部分实验为验证性实验，学生自主学习能力和创新能力得不到锻炼。针对这一问题，本文提出分层次设计实践教学的改革思路。

3.1 以通信实验箱为基础，验证理论概念，加深学生理解。及时的在理论学习后，安排学生操作相应的验证性实验，保证实验课和理论教学的同步。实验现象和理论知识的相互印证有助于学生更快更牢固的掌握相关知识。同时，在实验过程中，教师应避免学生机械地重复指导书的步骤，注意引导学生对实验过程产生自我的思考。比如信号源频率的选择对实验结果有何影响，某个模块参数的变化会怎样改变信号波形。鼓励学生在实验中脱离指导书，自行连接元器件，设置系统模块来验证自己的思考和疑问。

3.2 开设通信方面的课程设计，锻炼设计通信系统的能力。在课程设计中开设基于仿真软件的综合设计性实验，这是对实践教学一个重要的补充。在理論学习和验证性实验完成后，学生对通信系统各个模块有了基本的认知，让学生按照具体通信环境的性能要求，使用System View或者Matlab软件设计仿真一个通信系统。设计性实验帮助学生融会贯通信源编码、信道编码、调制解调等多项技术，加深对通信系统整体模型的掌握和思考，也提高了学生实际应用的能力。

3.3 引入通信类的毕业设计，培养学生专业技能和岗位能力。通信实验箱的实验只有硬件设计，课程设计中的仿真只有软件设计，因此在电子类专业的毕业设计中加入软硬件结合的通信系统设计十分有必要。这些毕业设计可以布置给一些学有余力，并且对通信技术有更深探索欲的学生。结合通信技术的发展趋势，引导学生接触更前沿、应用日益广泛的FPGA技术和DSP技术。毕业设计基于FPGA或者DPS平台可实现各种功能的通信系统，如基于DSP的以太网通信，基于DSP的无线通信，基于FPGA的OFDM通信。完成毕业设计的过程中，学生需要查阅资料、设计系统、搭建平台、编写代码、仿真调试、焊接实物等，还要撰写毕业设计说明。这样一个完整的项目开发的流程有效地培养了学生的专业技能和岗位能力。

通过多年的探索和学生反馈，我们逐步建立了一个包含验证、仿真、设计等多层次内容的通信原理实践教学体系。在实践教学中，我们坚持理论和实践相结合，验证性实验和设计性实验相结合，硬件平台和软件平台相结合;注重激发学生的求知欲，锻炼学生解决问题的能力和创新能力，为学生日后的研究深造或工作打下良好的基础。

4  总结

作者在通信原理的教学中实践了多方面的改革措施，教学质量和学生反馈上表明都取得了不错的效果。特别是课堂上仿真软件的直观演示和多层次实践教学的设计，不仅加强了学生专业理论知识的掌握，还培养了学生通信系统设计、硬件模块搭建、软件仿真调试等专业技能，以适应当前通信行业对本科毕业生专业能力的要求。

参考文献：

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[8]郭有喜，高媛媛.层次化实验体系在通信原理教学中的应用[J].中国电力教育，2012，（31）：109-110.

基金项目：

1.新工科背景下电子信息工程专业应用型人才培养课程体系优化研究（szxy2021jyxm31）。

2.大数据背景下应用型高校教师培训模式研究（202101055043）。

3.新文科背景下地方应用型本科高校新闻学专业课程建设研究与实践（szxy2020xwjy03）。

4.《新闻评论》课程思政改革实现路径研究（szxy2020ksjy06）。

5.《新闻评论》省级示范课（2560）。

6.《新闻评论》课程思政改革实现路径研究（2021jyxm1524）。

作者简介：黄飞（1986-），男，汉族，安徽宿州人，宿州学院机械与电子工程学院，讲师，博士研究生。研究方向：电子科学与技术。