“通信原理”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

陳朝陽(yáng)，劉 璟，查時(shí)應(yīng)

(1.集美大學(xué)信息工程學(xué)院，福建廈門361021;2.上海遠(yuǎn)洋海事培訓(xùn)中心，上海200136)

“通信原理”是通信工程專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。“通信原理”課程講述通信系統(tǒng)的組成，通信系統(tǒng)的性能評(píng)估，通信信號(hào)的數(shù)字化、傳輸、變換和通信系統(tǒng)的編碼等的基本理論和方法，是相關(guān)專業(yè)本科生的主要必修課和選修課，也是通信與信息系統(tǒng)專業(yè)研究生的入學(xué)考試課程之一。但目前“通信原理”課程教學(xué)普遍存在教師隊(duì)伍缺乏工程經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)模式過于單一、實(shí)踐平臺(tái)與市場(chǎng)嚴(yán)重脫鉤等現(xiàn)象，不利于學(xué)生成長(zhǎng)為能適應(yīng)市場(chǎng)需求的通信工程師，因此對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行探索和改革很有必要。

一、“通信原理”課程普遍存在的具體問題

一是師資力量有待加強(qiáng)，許多理論課教師專業(yè)技能不過硬，理論水平較高而缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，未能有效引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用。

二是現(xiàn)有的教學(xué)模式比較單一，一般分為知識(shí)學(xué)習(xí)、知識(shí)實(shí)踐和知識(shí)應(yīng)用三個(gè)層次，分別通過理論課程、實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐教學(xué)三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。三個(gè)環(huán)節(jié)彼此分離，而且知識(shí)應(yīng)用環(huán)節(jié)被弱化，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。

三是“通信原理”現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)中主要還是側(cè)重對(duì)單元或章節(jié)課程內(nèi)容的講解，缺乏對(duì)每一章節(jié)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)地位與作用的深刻講解，缺乏每一章節(jié)組成系統(tǒng)時(shí)各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)各章節(jié)組成的模塊間信號(hào)傳遞的講述，學(xué)生學(xué)完章節(jié)知識(shí)后對(duì)如何構(gòu)建通信系統(tǒng)還是“一頭霧水”，在各種考試或?qū)淼难芯吭O(shè)計(jì)過程中還無(wú)法將“通信原理”所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用和推陳出新。許多學(xué)生學(xué)習(xí)過程中看似已經(jīng)學(xué)懂但實(shí)際上還是無(wú)法靈活應(yīng)用所學(xué)的系統(tǒng)知識(shí)，對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)造成影響。

四是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)過于封閉，與市場(chǎng)實(shí)踐嚴(yán)重脫鉤，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)只側(cè)重于一些常見的單元驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如FSK、PSK、PCM 等幾個(gè)典型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要滿足于驗(yàn)證理論結(jié)果，獨(dú)立利用所學(xué)的系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^差，學(xué)生處于被動(dòng)地位，積極性不高，實(shí)驗(yàn)效果不理想。

二、“通信原理”課程改革的建設(shè)思路

作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師應(yīng)深刻掌握“通信原理”課程的內(nèi)涵和本質(zhì)，其教學(xué)必須突出該門課程在專業(yè)課程體系中應(yīng)起到的承上啟下的作用，該課程應(yīng)該在教學(xué)模式、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)等各個(gè)方面進(jìn)行全面改革，改革過程中應(yīng)根據(jù)各學(xué)校的實(shí)際情況注重與學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)人才的定位相結(jié)合。因此幾年來根據(jù)學(xué)校實(shí)際，本團(tuán)隊(duì)在以下幾個(gè)方面做了些有益的改革探索。

1.組建具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)與豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的“雙師型”教師隊(duì)伍

專業(yè)建設(shè)中，師資隊(duì)伍的建設(shè)是重點(diǎn)。經(jīng)過多年的培養(yǎng)和引進(jìn)，本團(tuán)隊(duì)已經(jīng)構(gòu)建了較合理的師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)和比較扎實(shí)的師資基礎(chǔ)，建立起一支具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)與豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的“雙師型”專業(yè)教師隊(duì)伍。近年來，聘用有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、國(guó)內(nèi)外知名高校的高學(xué)歷、高水平的青年教師加入教學(xué)團(tuán)隊(duì)，近3年派遣1位中青年教師到美國(guó)做高級(jí)訪問學(xué)者，3位年輕教師到知名大學(xué)繼續(xù)深造。采取措施積極培養(yǎng)教師的職業(yè)責(zé)任感以及寬廣的國(guó)際視野，同時(shí)還聘請(qǐng)有豐富工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的工程師來校教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生。逐步提升專業(yè)教師工程實(shí)踐能力，選派1—2名教師到企業(yè)頂崗實(shí)訓(xùn)，參與企業(yè)技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品研制，提高其工程實(shí)踐能力。逐步改變現(xiàn)行以科研項(xiàng)目和發(fā)表論文為主的教師業(yè)績(jī)和學(xué)術(shù)水平評(píng)價(jià)體系，充分發(fā)揮和肯定部分工程實(shí)踐能力強(qiáng)的教師在學(xué)生培養(yǎng)過程中的積極作用。鼓勵(lì)年輕教師到企業(yè)進(jìn)行工程實(shí)踐訓(xùn)練或從事工程科技項(xiàng)目開發(fā)和工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)自身的工程實(shí)踐能力，并爭(zhēng)取獲得工程師或高級(jí)工程師職稱。從現(xiàn)有合作企業(yè)中選聘具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)骨干，作為學(xué)生的“企業(yè)導(dǎo)師”參與實(shí)踐指導(dǎo)。注重引進(jìn)有企業(yè)工作經(jīng)歷的高級(jí)工程師及參與過企業(yè)項(xiàng)目研發(fā)的博士畢業(yè)生，以提高師資隊(duì)伍整體工程實(shí)踐能力。

2.設(shè)計(jì)“知識(shí)—能力—品格”一體化培養(yǎng)的教學(xué)模式

借鑒先進(jìn)的工程教育改革理念，結(jié)合本校的特色和人才培養(yǎng)定位，依托學(xué)校人才培養(yǎng)管理體系和架構(gòu)，設(shè)計(jì)“知識(shí)—能力—品格”一體化培養(yǎng)的課程模式，以學(xué)生的理論知識(shí)、個(gè)人素質(zhì)、發(fā)展能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和在企業(yè)與社會(huì)環(huán)境下的工程綜合能力為培養(yǎng)目標(biāo)，加強(qiáng)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。為了增強(qiáng)各個(gè)課程之間的聯(lián)系，克服現(xiàn)有的以考試為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式的弊端(重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)學(xué)習(xí)輕知識(shí)應(yīng)用)，本課程增開一系列專題教學(xué)環(huán)節(jié)，將各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行滲透、融合，設(shè)置一系列專題，以增加章節(jié)之間的聯(lián)系，強(qiáng)化知識(shí)的應(yīng)用。同時(shí)將幾個(gè)相關(guān)專題整合為一個(gè)實(shí)訓(xùn)(工程)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都有明確的訓(xùn)練目標(biāo)和訓(xùn)練形式，由相應(yīng)的核心章節(jié)和若干專題來支撐。項(xiàng)目以接受任務(wù)開始，以完成項(xiàng)目為目標(biāo)展開學(xué)習(xí)，以完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)為考核方式，構(gòu)建一種項(xiàng)目(任務(wù))驅(qū)動(dòng)型的綜合培養(yǎng)方案。

綜上所述，在原來的教學(xué)模式基礎(chǔ)上，增加了專題教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)和參加競(jìng)賽三個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融合在一起，提高知識(shí)的應(yīng)用能力，增強(qiáng)工程經(jīng)驗(yàn)。圖1和圖2分別表示原有教學(xué)模式和改革后的教學(xué)模式的關(guān)系。

圖1 “通信原理”課原有的教學(xué)模式

圖2 “通信原理”課改革后的新型教學(xué)模式

3.建立起“組合合理、引入有效、結(jié)合市場(chǎng)”的教學(xué)環(huán)節(jié)

(1)組合合理。課程組織按模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成順序講授，模擬通信系統(tǒng)作為獨(dú)立的章節(jié)進(jìn)行處理，數(shù)字通信系統(tǒng)按信源編碼、基帶傳輸系統(tǒng)、頻帶調(diào)制系統(tǒng)、最佳接收、信道編碼和同步系統(tǒng)進(jìn)行講述，通過該方法使學(xué)生容易循序漸進(jìn)地建立整個(gè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)系，不會(huì)造成對(duì)通信系統(tǒng)組成支離破碎的理解，能夠很好地建立起對(duì)課程核心的理解。

(2)引入有效。課堂的引入要設(shè)計(jì)得當(dāng)，銜接好前次課程的內(nèi)容，例如如何利用信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)實(shí)現(xiàn)本課程的信號(hào)處理，如何利用數(shù)字電路、模擬電子線路、通信電子線路的知識(shí)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的功能等，再如實(shí)現(xiàn)差分編碼可以教授學(xué)生如何用編程方法或硬件D觸發(fā)器方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)要求的功能。

(3)結(jié)合市場(chǎng)。適應(yīng)市場(chǎng)需求，把產(chǎn)品引入課程中。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，了解市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)，熟悉產(chǎn)品的功能和使用范圍，也促使學(xué)生更加樂意完成書本的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的過程，激發(fā)他們的探索欲望。同時(shí)，筆者在教學(xué)中，也經(jīng)常把自身與企業(yè)合作的項(xiàng)目拿到課堂進(jìn)行分析，從項(xiàng)目的創(chuàng)新型和技術(shù)指標(biāo)等方面去拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，讓整個(gè)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富。

這些措施對(duì)教師掌握新技術(shù)的要求大大提高，同時(shí)要求教師對(duì)前續(xù)課程有很深的了解。課程組教師都要求有講授前續(xù)一些課程的經(jīng)歷，大大提高教師鉆研技術(shù)的興趣，基本消除了從書本到書本、從理論到理論的枯燥的教學(xué)過程，真正發(fā)揮本課程的承上啟下的作用。

4.搭建好“基礎(chǔ)訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合”的校內(nèi)外實(shí)踐平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是工科學(xué)生最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是理論聯(lián)系實(shí)際發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性的重要過程，是理論應(yīng)用到解決實(shí)際工程技術(shù)問題的關(guān)鍵手段。通信系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)首先是理論方面的研究，要求學(xué)生能夠很好掌握和應(yīng)用通信的基礎(chǔ)理論，而后能夠利用仿真手段評(píng)估理論可行性和先進(jìn)性，并能夠靈活應(yīng)用所學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自己的研究設(shè)計(jì)。為此，通過對(duì)多年的教學(xué)研究總結(jié)，本團(tuán)隊(duì)在通信原理實(shí)驗(yàn)中將基礎(chǔ)訓(xùn)練、單元訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練相結(jié)合，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，最終達(dá)到使學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)有一個(gè)全面了解的基礎(chǔ)上，通過“搭積木”的方式，完成通信系統(tǒng)的原理性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建上形成如下特點(diǎn):

第一，硬件平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，可支持“通信原理”中的各類模擬、數(shù)字通信的單元實(shí)驗(yàn)、平臺(tái)中的各種接口支持各類波形的觀測(cè)，強(qiáng)化和提升學(xué)生對(duì)基本概念的理解;

第二，更加注重基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練與升華，如對(duì)PCM、DPCM、CVSD、ASK、FSK、PSK(DPSK)、MSK、GMSK、QPSK、QAM編解碼等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行扎實(shí)訓(xùn)練過關(guān)，在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可讓學(xué)生根據(jù)自己的能力特點(diǎn)，適當(dāng)選做一些設(shè)計(jì)性的課題，比如基于單片機(jī)(ARM)、A/D、DA、FPGA的數(shù)字振蕩器的設(shè)計(jì)，各類調(diào)制解調(diào)通信實(shí)驗(yàn)等;

第三，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配合將學(xué)院建設(shè)的“無(wú)線通信技術(shù)研發(fā)與測(cè)試平臺(tái)”，利用Agilent ADS通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真軟件，將信號(hào)發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀集中在一起，在取代傳統(tǒng)示波器和替代高檔頻譜分析儀的基礎(chǔ)上，可完成較復(fù)雜的數(shù)字通信綜合實(shí)驗(yàn)，如信噪比對(duì)模擬、數(shù)字基帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的傳輸誤碼率影響的研究、現(xiàn)代數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)等教學(xué)內(nèi)容，其中ADS軟件系統(tǒng)主要有通信系統(tǒng)仿真軟件包(E8852A)、射頻微波電路設(shè)計(jì)軟件包(E9004A-AK6)、3GPPWCDMA 設(shè)計(jì)庫(kù)(E8875A)、高級(jí)通信系統(tǒng)模型庫(kù)(E8827A)等，該平臺(tái)使學(xué)生能夠接觸到業(yè)界最先進(jìn)的工具，取得良好的效果;

第四，加強(qiáng)校外實(shí)踐基地的建設(shè)，推進(jìn)與廈門市電信局、聯(lián)想移動(dòng)通信科技有限公司、廈門市華泰視通科技有限公司、廈門工程機(jī)械股份有限公司、廈華恒達(dá)數(shù)據(jù)通訊設(shè)備有限公司等多家單位的合作，建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地，開展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)本課程校外實(shí)踐基地的建設(shè)。

三、結(jié) 語(yǔ)

筆者根據(jù)集美大學(xué)近幾年來的“通信原理”教學(xué)實(shí)踐，適應(yīng)通信新技術(shù)發(fā)展需要進(jìn)行課程改革，取得良好的教學(xué)效果，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)通信原理課程內(nèi)涵的深刻理解和對(duì)該課程知識(shí)體系的良好掌握，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，較好地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)興趣。

［1］樊昌信.通信原理：6版［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［2］王 琳，李曉峰，劉鐮斧，等.淺談“通信原理”課程教改的探索和體會(huì)［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(5).

［3］張堯?qū)W.扎實(shí)推進(jìn)質(zhì)量工程，抓緊抓實(shí)精品課程建設(shè)［J］.中國(guó)高等教育，2003(9).