应用型与创新型人才培养背景下通信原理课程混合式教学模式探索与实践

胥田田　雷锡骞　秦玉娟　金慧

关键词：通信原理；教学模式；教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）03-0160-03

1 引言

通信原理是电子信息类专业的专业基础课和众多院校研究生入学考试必考科目。随着现代信息化技术的迅速发展及社会对人才培养的需求，课程作为人才培养的核心要素，通信原理课程开设过程中，团队以信息化建设为手段，引入慕课、学堂在线等优质课程资源，逐步完善教学资源；以“老带新”、研讨、观摩等形式探讨课程“做什么、怎么做、谁来做”等问题；建立网络平台，探索线上线下混合教学模式，在日常教学中充分利用各项教育资源，达到课程提质创新、促进学生德智体美劳全面发展的目的。在原有教学内容的基础上，各研究者基于课程特点融合信息化教育，保留传统教学的优势，从教学目标、教学内容、教学方法等方面进行改革，培养学生创新意识、分析解决通信领域工程问题的应用能力。

2 通信原理课程教学现状

传统教学方式重教师主导教、轻学生自主学，拟制了学生发挥主观能动性，不利于启迪、激发学生的创新思维，阻碍学生创新意识和实践能力的形成，缺乏更高层次的创新提升，在步入工作岗位后很难将所学知识与行业应用联系起来，从而缺少解决实际工程项目的能力，“翻转课堂”等模式提高了学生自主有效的学习能力[1]。通信原理课程理论性强、概念抽象、公式复杂，授课过程中学生对所学内容难直观理解、难以学以致用，易失去学习兴趣与动力，雨课堂、智慧课堂等现代化技术手段的加入，潜移默化提升学生积极创新、工程实践、团队协作能力[2-3]。通信原理实验课程可通过实验箱或仿真平台开展，前者的硬件电路固化在内部箱内，学生难以通过硬件电路连线和示波器调试掌握实验原理，导致学生实验和理论脱节，形成似学非学、似懂非懂的学习状态；同时，因时间、区域的影响，基于硬件平台的实验教学资源面向学生开放时受到限制，且实验设备的升级、扩展及后续维护成本较高。实际进行中可将虚拟仿真和硬件电路同时开展，两者相辅相成加强了学生创新思维方法和综合应用能力的培养[4-6]。针对不同专业、课程学时、学情等参差不齐的情况，引入BOPPPS、CDIO等模型开展教学，在教学模式、教学方式、教学目标、教学评价等角度进行优化调整，注重学生学习兴趣、团队协作意识的培养，取得学生工程应用、创新能力提高的学习成果[7-9]。课程依据专业人才培养方案，立足教学内容巧融思政元素，规划线上线下学时分配，明确各单元教学目标与要求，掌握学情，调整教学过程。

3 混合式教学模式探索与实践

3.1 优化教学内容，巧融思政元素

教学内容补充通信行业发展前沿技术，面向应用，以微课等形式融入无线协同通信、量子通信等技术的研究现状，结合教学方式，营造良好学习氛围，引导学生自主学习；充分运用开物云、雨课堂等进行导学，课堂中用实例引入课程的前期知识，引导学生梳理已学知识点并对待学内容有初步的了解，同时持续在课堂中以微课、科学家故事、时政热点等形式融入思政元素，丰富思政教育内容和载体，加强课堂教学效果。课程教学内容从理论分析、工程实践、创新应用三个方面层层递进，课内理论教学中弱化推导，强化实践、创新能力培养过程，实践教学采用两条分支、三种方式，分支包括实验与课程设计等实践环节，三种方式一是基于仪器设备开展实际实验，二是利用Matlab软件进行仿真研究，三是结合e-Labsim仿真平台设计通信仿真系统；课外工程实践中教师参与课题研究并引入教学，引导学生自主学习与动手实践。扩充题库，根据题目将题型设置为基础题、提升题、综合应用题，便于学生在学习过程中根据自身学习情况，逐步、有序推进课程学习。教师授课过程中归纳汇总每一单元教学内容的思维导图，引导学生更进一步明确学习内容，系统、有框架地学习课程。

3.2 调整教学模式，校企协同育人

课程充分利用省级实验教学示范中心、ICT产教融合创新基地等优势，促进高校与社会教育资源有力互动，为实现应用型、創新型人才的培养奠定基础。探索线上线下混合教学模式，采用线上教学时，通过学生自主方式进行线上学习，学生课前自主探索、教师课中适当引导、师生课后拓展交流；通过微视频、PPT课件，使用多媒体和板书结合组织线下教学，在教学中引入翻转课堂、分组讨论、知识竞赛等，多样化开展理论、实践教学。已开展多学期的网络辅助教学，通过学校开物云、雨课堂等平台推送教学视频片段，课件、讲义、实验指导书，按照课前、课中、课后的形式开展教学，进行在线作业、测验、辅导答疑和小组讨论等，结合师生评价进行实时质量监督。课程采用混合式教学模式如图1所示。

3.3 改进教学方式，以学生为中心

借助雨课堂、开物云等平台，混合教学过程，师生教学活动明确，实现从课堂“单向传输”到“单向引导+双向沟通+多方互动”的转变进行翻转课堂、小组讨论、知识竞赛等，学生学习主动、目的明确，符合当代以互联网为平台、线上线下同步学习等先进新型教育理念。利用Matlab开发教学辅助平台，以波形的形式直观展示课程重点和难点，演示抽样定理等的验证过程；运用e-Labsim仿真平台设计通信仿真系统，实现数字调制解调等，提升实践环节教学质量，衔接理论与实践内容。如在知识竞赛环节，教师设计知识竞赛方案、学生按照4～5人自行组队，题型设置必答题、抢答题、冒险题，增加学生的学习兴趣、学习动力、学习积极性及团队协作能力。课程组织进行知识竞赛流程框图如图2所示。

3.4 新型考核方式，增加不确定性

多样化考核方式全面、随机，激发学生主动学习意识。与教学方式、教学模式相辅相成，涵盖教学内容，借助雨课堂、开物云等网络教学平台，结合新型教学方式，考核方式采用“过程+末考”的形式，过程侧重反映学生的平时学习状况，除上述两项平时成绩构成因素以外，可以将预习、问题讨论、翻转课堂、单元测试等加入考核范畴，新元素以互联网、手机等为载体，顺应时代变化，同时增加学生学习的趣味性。作业、课堂测验等实时教学监督、师生评价反馈，便于持续改进，优化闭环教学，多样化考核方式各环节所占比例如图3所示。

4 以“无码间串扰基带传输特性”为例，探索实施混合式教学模式

通信原理课程要求主讲教师立足教学内容有序开展课程教学。教师通过讲解奈奎斯特第一准则，以微课形式講述科学家奈奎斯特的奋斗历程，培养学生严谨科学态度、勇敢探索未知、积极追求真理、攀登知识高峰的工匠精神，具备严谨缜密的科学思维和坚持不懈的科学精神，促进学生创新意识、知识迁移、工程应用的统一。

1） 课前预习检查：教师在雨课堂发布少量题目进行前测试，题目内容与所学内容和待学内容相关，以选择或判断的形式查看学生对常见基带传输码型的编码规则、信息传输过程中造成误码因素的掌握及理解情况，在了解知识点内化的情况下同时实现学生考勤工作，替换传统教学过程中的“点名”环节，提高教学效率。

2） 课中引导：一是引导学生明确学习目标，分析码间串扰产生的情况（遇到问题）；二是引导学生掌握学习方法，分析消除码间串扰的原理（分析问题）；三是引导学生理解无码间串扰的理论基础，复杂公式简单化，得到无码间串扰的时域、频域条件（解决问题）；四是引导学生将知识点掌握吸收，学会判断抽样点上能否实现无码间串扰的过程（课堂测验）；五是引导学生理论联系实际，分析理想基带传输特性存在的问题，以实际中可实现的升余弦滚降系统为例（知识延伸），为学生展现解决工程问题的流程，引导学生从设计准则出发，具备全面发现、思考、解决问题的工程思维和不断优化系统的工程设计能力；六是结合Matlab、e-Labsim仿真平台通过实验手段方便地估计系统性能，掌握眼图的测量过程，引导学生体会“实践是检验真理的唯一标准”，将理论与实践充分结合（参与式学习）；七是引导学生归纳总结，融会贯通，强化并应用知识点。

3） 课后拓展：教师提出问题，给学生安排任务，一是综合已学知识，思考码间串扰造成的误码能否彻底消除？在理想低通系统中，存在难以实现，且冲激响应尾巴振幅大、收敛慢、对定时要求严格的情况；升余弦滚降系统可以克服以上缺点，但是以牺牲频带利用率为前提，两者不能适应高速传输的发展；是否存在具备两者优点的系统？二是查阅开物云平台资料，学生根据问题，联系实际、查阅资料初步学习均衡技术，部分响应系统，并将学习情况反馈授课教师，便于教师“有序、有理、有据”、学生有目标地开展课程教学。

5 教学改革成效和反思

经过三年的教学改革，学生的综合能力不断提高，教师的教学素养也在持续改进。学生满意度评价：经过对学生进行课程问卷调查，学生对改革的参与度、满意度较好，结合新型信息化教学手段，学生表现积极、反映良好，评教结果优秀。

考核结果对比评价：通过对2018、2019、2020三届学生统计通信原理课程平均分，知识传授的初步成效分别体现为71.7、72.05、74.26，学生综合考试成绩逐年提升。目前课程改革还需要更进一步的创新与应用，教师主导、学生主动，在保证课程教学效果的同时，更简洁地梳理教学内容，培养创新意识、提高应用能力，促进不同学生的全面发展。

1） 每节课教学目标需要完善，以学习目标引导学生明确学习要求、锻炼思维模式。

2） 每节课重难点需要进一步简化推导过程，针对不同学生的理解程度，优化教学案例，采用类比教学日常化方式，促进学生的直观理解，避免“不懂、不会、不想”的恶性循环。

3） 思政案例、工程应用实例等不够丰富，限制学生科学素养、工程思维等能力的培养。

4） 在小组讨论、知识竞赛等团队合作任务中，部分学生参与度不高，教师需进一步完善任务要求、调整任务内容，理论联系实际，充分调动学生的积极性。

6 结束语

通信原理知识点较多、较杂，对高等数学、信号与系统等课程的学习基础要求较高，团队分析课程特点及存在问题，掌握学情，提出基于应用型、创新型人才培养背景下混合式教学模式，以学生为中心，持续改进教学过程，引导学生有目标、有方法、有条理地进行课程学习。通过优化课程教学评价体系，教师实时掌握学生学习状态，线上线下结合引导学生理论联系实践，提高学生创新意识与工程思维。多样化教学手段调动学生学习积极性，锻炼学生团队协作能力，实现合理闭环教学，并在日常课程建设和课程教学中落实应用。