基于CDIO模式下的《現(xiàn)代通信原理》教學探究

唐 云 張文昭

（湖南科技學院 電子研究所，湖南 永州 425199）

《現(xiàn)代通信原理》課程是高等院校電子信息類專業(yè)及通信工程專業(yè)本科生的一門必修專業(yè)基礎課程，是主干課程之一。然而，該課程涵蓋內(nèi)容之多、知識面之廣，涉及隨機過程、復變函數(shù)與積分變換、信息論、信號與系統(tǒng)等多方面的知識，并且概念抽象、理論性強、原理復雜，學生在學習中往往感到吃力和乏味，缺乏學習興趣，造成學習后勁與動力不足。因此，為了讓學生更容易學好和更喜愛這門課程，把握現(xiàn)代通信原理，掌握必要的通信工程技能，必須從教師自身入手，從教學上予以探究，在教學內(nèi)容、教學方法和考評方式上予以改革。筆者認為，運用CDIO大工程教育模式是探討此課程教學改革的有效之法。

1 CDIO教育模式的內(nèi)涵

CDIO教育模式是大學生應用能力培養(yǎng)的一種工程教育模式。CDIO是“構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）”四個詞組的英文縮寫，這四個詞組有序地聯(lián)在一起，其含義是指以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體的工程人才培養(yǎng)教育模式[1]。這種教育模式是基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人才能力對接的需求，于 2000年由美國麻省理工學院等四所高校聯(lián)合研究而提出來的。它囊括了學生四個層面的能力培養(yǎng)：一是專業(yè)基礎知識的把握能力，包括基礎科學知識、核心工程基礎知識、高級工程基礎知識等；二是個人素質(zhì)的拓展能力，包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題、系統(tǒng)思維、個人技能和職業(yè)技能等；三是團隊結(jié)構的合作能力，包括團隊精神、交流溝通、興趣指向、學識水平等；四是CDIO工程的理順能力，包括外部和社會環(huán)境、企業(yè)與商業(yè)環(huán)境、構想與工程系統(tǒng)、設計與規(guī)劃系統(tǒng)、實施與周期系統(tǒng)、運作與問題系統(tǒng)等。

CDIO教育模式的根本點是建立問題探究式學習方式。這種學習方式是以工程項目為平臺，以實物為主線，倡導問題驅(qū)動性。也就是說，讓學生在具體項目上自主地提出問題，找到解決問題的方法，形成合作、互動、追源、查因的探究式學習方式。這種問題探究式學習方式是通過工程項目的選取、情景氛圍的創(chuàng)設、協(xié)作互動的開展，從而促使學生自覺地運用工程基礎知識，有效組合個人、團隊、環(huán)境等各種因素來實現(xiàn)的；是通過一種具體的情景模式，在準確理解、分析、判斷問題的基礎上打造出來的；是通過工程項目的具體制作，在縱橫交錯的多學科多維度融合的理論與實踐活動中展開的。這種工程教育模式，不僅促進了理論知識的學習與企業(yè)實際項目的緊密結(jié)合，而且更是人才智慧的培養(yǎng)之窗。這種工程教育的人才培養(yǎng)理念在國際上獲得了廣泛的共識。

CDIO教育模式的核心路徑是教學的實踐性。這種教學模式最為關鍵的環(huán)節(jié)是以項目為學習中心。倡導在項目中“做”，在項目中“學”，在項目中激發(fā)學生的學習興趣，在項目中提高學生解決實際問題的能力。這種教育模式，強調(diào)的是課程實驗活動，是教師對工程項目的篩選與引導，是學生在實驗活動中動手能力的培養(yǎng)。這一目標的實現(xiàn)過程，既需要理論的整合，又需要實驗的支撐。也就是說，在實驗的基礎上把握理論，再在理論的整合上指導實踐操作。這個過程的每一步都離不開教師“教”的實踐與學生“學”的實踐性。實踐性是CDIO教育模式的核心所在。

2 傳統(tǒng)通信原理教學模式存在的問題

《通信原理》是理論與實踐性極強的一門課程。傳統(tǒng)的教學模式存在的最大問題就是忽視了學生的實驗與實踐活動。具體表現(xiàn)為：教學活動中以理論闡釋理論，以知識灌輸替代自主思考，以考卷分數(shù)高低評價學習優(yōu)劣。

（1）在課程教法上的理論與實踐嚴重脫節(jié)

傳統(tǒng)教學法是依據(jù)通信原理教材模塊組織教學。其教材版本的設計，注重的只是理論學習，忽視了實驗與實踐環(huán)節(jié)。課堂上，教師依照教材往往花費課堂的全部時間去講解基本概念，推導繁瑣的數(shù)理公式，實際上是在以理論闡釋理論。教師所傳授的概念知識、公式推導和學生課后的練習，與通信原理課要解決的實際問題不配套、相脫離。通信原理課程的重點應該是運用數(shù)理結(jié)論、方法，設計出通信工程項目和項目流線。要達到這一目標，必須要依據(jù)形象的、實實在在的真實感知項目，讓學生浸泡在通信原理的情境模式中，設法構造“想象”的真實；必須要運用具體實例，進行實驗操作，分析結(jié)構、數(shù)據(jù)，得出原理。因此，如何將書本上的理論知識與實踐應用聯(lián)系起來，以實驗過程得出理論結(jié)論，這才是最重要的。

（2）在知識傳授上的教師與學生難以互動

傳統(tǒng)教學法是教師的單向性。課堂上，教師只能依據(jù)教材單純灌輸通信工程的原理知識，學生只能是被動地去接受，根本發(fā)揮不了學生把握知識的積極性和主動性。美國教育家約翰·杜威（John Dowey.1859-1952）指出，在整個學校生活與教學中學生必須成為積極主動的參與者，而教師則是學生活動的協(xié)助者[2]。根據(jù)這一觀點，這就需要教師將教學信息由“單工”傳輸方式轉(zhuǎn)化為“全雙工”傳輸方式。教師作為信源時，需要合理設計課堂、實驗、作業(yè)，把教學內(nèi)容搬移到學生最容易提取信息的“頻帶”上，盡量以遞增的方式增加項目流程知識，借助信源的相關性，減少單向傳輸量。只有在實驗操作中被理解的知識才是真正被譯出的信息，這才成為學生自己的知識。否則，單向灌輸?shù)臇|西只是暫存在學生的存儲區(qū)中。應充分利用實驗室條件，盡量引導學生自己給出結(jié)論，教師循序漸進地追問為什么。這樣，才可能達到開發(fā)學生學習智慧的目的。

（3）在學習評價上的不科學性導致人才培養(yǎng)目標的難以實現(xiàn)

正確而科學的學習評價方式，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的關鍵環(huán)節(jié)。評價學生學習課程的優(yōu)劣，應根據(jù)不同的科目采取不同的評價法。傳統(tǒng)的通信原理課程評價法只是單一的試卷考試法。這種統(tǒng)一的格式規(guī)范法，教師只看到了試卷分數(shù)的高低，則難以判斷學生能力的強弱。通信原理這門課程應側(cè)重學生應用能力的培養(yǎng)，應該采取考核評價方式。因為這門課程不只是知識的記憶，而是知識的應用。應設置通信工程項目，讓學生在實驗室具體操作中予以作答，從項目的構思、設計、實施、運行過程的最優(yōu)化實踐上來判斷學生的學習能力和應用能力優(yōu)劣。如何知道通信工程教師的“教學”方案是一個比較佳的設計？學生的學習能力與應用能力是否得到了提升？傳統(tǒng)的筆試是難以評價出來的。在傳統(tǒng)的教育背景下，學生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓練，導致高校人才培養(yǎng)和企業(yè)人才需求上的脫鉤[4]。

3 CDIO理念下的現(xiàn)代通信原理教學改革構想

CDIO教育模式是大工程理念下的人才培養(yǎng)模式，是與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應的人才能力培養(yǎng)的對接，是應用型人才培養(yǎng)的有效路徑?，F(xiàn)代通信原理課程是實現(xiàn)CDIO教育目標的紐帶，其教學過程亟需改革。

（1）教學內(nèi)容的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學內(nèi)容是 CDIO模式教育的首要任務。第一，應構建出一個連貫有序的通信方向課程體系。這個課程體系應遵循CDIO規(guī)則，按照工程項目全生命周期的要求，依據(jù)通信知識的全方向體系來組織“教”、組織“學”、組織“做”。在構建通信方向課程體系的過程中，特別要突出課程之間的關聯(lián)性和專業(yè)的目標性來設計教學內(nèi)容，避免不必要的重復。經(jīng)我們充分討論研究，通信方向課程體系如圖1所示。

圖1 通信方向的課程體系

（圖中課程內(nèi)容上方的數(shù)字代表開設的學期）

按照新組建的通信方向體系進行教學，既便于學生掌握通信知識之間的聯(lián)系性，又便于學生運用通信知識解決綜合性問題。同時更促使學生在不同典型模塊比較中激發(fā)學習興趣，建立起通信技術知識體系。

第二，精選典型模塊，強化知識運用。依據(jù)通信方向的連貫性，在教學過程中，教師應以信號的傳遞流程為主線，精選出典型通信模塊，逐步展開技術實現(xiàn)的分析，讓學生在不同典型的通信模塊中把握技術要領。

（2）教學方法與手段的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學方法與手段是 CDIO模式教育的必然要求。第一，必須打造教學團隊的工程實踐能力。要把CDIO教育模式引入通信課程的教學當中，教師必須通過工程項目和典型通信技術案例等方法，將理論知識與企業(yè)實際項目關聯(lián)起來，教師除了有系統(tǒng)的理論知識外，還要有相當豐富的工程實踐經(jīng)驗。提升任課教師工程實踐能力，學校應建立企業(yè)實踐基地，鼓勵任課教師利用寒暑假到對口單位參加工程實踐。

第二，必須使理論教學與實驗教學相得益彰。在課堂教學中，教師不僅要講清通信理論的基本點，更要把課堂搬進實驗室。在闡釋有關通信理論時應充分利用實驗室條件，穿插配套實驗，如圖2所示。

圖2 理論教學內(nèi)容與配套實驗

在圖中可見，理論教學與實驗教學是相輔相成并行開展的。通過軟件仿真、硬件實驗及軟硬組合實驗，加深學生對通信原理中基本概念的理解。

第三，必須“走出去，請進來”。走出去是指把學生帶到對口企業(yè)中，通過企業(yè)通信工程制作的具體觀摩，讓學生進一步深化通信原理的把握；請進來是指邀請對口企業(yè)的工程師來校講學，讓學生著重了解在一個工程項目的構思、設計、實施、運作的全過程中需要些什么，自己還缺什么。從而達到自我培養(yǎng)的目的。

（3）教學考評方式的改革

改革現(xiàn)代通信原理教學考評方式是 CDIO模式教育的核心選擇。第一，依據(jù)教師教案設置的科學性評價教學。通信原理教學重在學生對各門通信技術知識信號的把握，教師的教學效果很大程度上取決于教案的設計，因為教案是知識傳授的實施方案，是傳授的依據(jù)，通過教案的觀摩可檢測出教師對知識闡釋的表里、深淺、優(yōu)劣。

第二，依據(jù)教師對課外活動與實驗活動的組織評價教學。任課教師是否組建了課程學習小組，在實驗活動中是否以團隊為單位，是否加了學生協(xié)作能力的培育，是否調(diào)動了學生自主解決問題的積極性。這個過程是考評教學效果的重要環(huán)節(jié)。

第三，依據(jù)學生的應用能力強弱來考核評價成績的優(yōu)劣。學生對這門課程的期末成績，不能憑一套試卷考分高低來判斷，而應該通過一個項目完成過程的優(yōu)劣來評定。比如，為了讓學生掌握數(shù)字通信系統(tǒng)各模塊的實現(xiàn)方法，我們設計了信源編碼、信道編碼及數(shù)字調(diào)制3個模塊的項目對學生應用能力進行考核，如圖3，效果很好。

圖3 課程設計與數(shù)字通信系統(tǒng)的關系

單單采用傳統(tǒng)的試卷考試形式，會束縛學生的學習興趣，而且無法很好地考查學生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，因此，可以采取多種考查方式，如口試、演講、提交論文等形式。

經(jīng)過一個學期的試點教學，基于CDIO教育理念的《現(xiàn)代通信原理》課堂教學改革，能有效地解決理論教學與實踐教學脫節(jié)的問題，在教學過程中，學生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力有所提升，遇到問題時也學會了相互協(xié)作，同時教師的業(yè)務水平也比以往有了更大的提高。

[1]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009,(5):86.

[2]查建中.論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1.

[3]王建波,鄭世旺.《通信原理》的系統(tǒng)教學法[J].商丘師范學院學報,2011,27(6):123.

[4]王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國電力教育,2009,(6):11-12.