基于通信原理課程的多維度本科教學(xué)探索實(shí)踐

陳振興，殷蔚明

摘要：為提高教學(xué)質(zhì)量和使學(xué)生適應(yīng)未來發(fā)展需要，本文闡述了基于通信原理課程的多維度本科教學(xué)改革與實(shí)踐，包括教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)、科研能力的培養(yǎng)以及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面。通過這種多維度本科教學(xué)模式，不但可以改善通信原理課程的教學(xué)質(zhì)量，也可以有效提高本科畢業(yè)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：通信原理；教學(xué)改革；團(tuán)隊(duì)意識(shí)；科研能力；畢業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）46-0241-02

隨著5G時(shí)代的來臨，社會(huì)對(duì)通信領(lǐng)域人才的需求越來越多，對(duì)人才質(zhì)量的要求越來越高，這都使高等院校的人才培養(yǎng)模式面臨更大的挑戰(zhàn)。通信原理作為高等院校電子、通信類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)高質(zhì)量的通信人才起著至關(guān)重要的作用，本課程理論性很強(qiáng)，比較抽象，公式推導(dǎo)復(fù)雜，并涉及到很多其他專業(yè)課程的內(nèi)容。一些多元化、多維立體教學(xué)法已經(jīng)在過去的通信原理課程中進(jìn)行了探討[1，2]。結(jié)合我校通信原理課程現(xiàn)狀，本文從提高教學(xué)質(zhì)量和使學(xué)生適應(yīng)未來發(fā)展的需要兩個(gè)方面出發(fā)，闡述了多維度本科教學(xué)模式。

一、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

通信原理課程是一門承上啟下的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，向上涉及到數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)與系統(tǒng)、高頻電子線路以及高等數(shù)學(xué)和概率論等課程的內(nèi)容，向下承接現(xiàn)代通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信和寬帶無線通信等課程?；诒鹃T課程的特點(diǎn)，有效的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)對(duì)在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)提高教學(xué)質(zhì)量顯得尤為重要。

我系通信原理課程采用樊昌信的第七版通信原理為教材，本書圍繞通信系統(tǒng)的有效性和可靠性展開[3]。全書可分為三大部分：數(shù)學(xué)工具部分，包括確知信號(hào)、隨機(jī)過程和信道等內(nèi)容；模擬通信部分，包括模擬通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)等內(nèi)容；數(shù)字通信部分，包括數(shù)字基帶與帶通傳輸系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)以及信源編碼等內(nèi)容。針對(duì)我系64學(xué)時(shí)的課程設(shè)置，其中包括12學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)原則如下。

1.強(qiáng)化基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)，承上啟下，前后結(jié)合。確知信號(hào)和隨機(jī)過程兩個(gè)章節(jié)是全書的重要數(shù)學(xué)工具部分，其中涉及到大量的概念與公式推導(dǎo)，盡管有些概念與公式在高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)等前期課程中都有涉及，但很多學(xué)生由于時(shí)間過長而存在淡忘的現(xiàn)象，而這部分內(nèi)容又是后續(xù)模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩部分的基礎(chǔ)，所以這兩個(gè)章節(jié)是重點(diǎn)要講解的章節(jié)，一方面是復(fù)習(xí)前期其他基礎(chǔ)課程所涉及到的理論知識(shí)，另一方面要建立起數(shù)學(xué)工具與通信理論的聯(lián)系，從而消除純數(shù)學(xué)推導(dǎo)的枯燥感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為后續(xù)章節(jié)打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。另一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容為數(shù)字通信部分，除了數(shù)字基帶調(diào)制與帶通調(diào)制外，第8章的新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)，特別是正交頻分復(fù)用技術(shù)是重點(diǎn)要講解的內(nèi)容。

2.教材內(nèi)容擴(kuò)展。由于教材內(nèi)容有限，并未列舉過多的內(nèi)容，這些可以通過課堂教學(xué)進(jìn)行擴(kuò)展，以達(dá)到學(xué)生對(duì)知識(shí)有更好的理解的目的。

3.理論聯(lián)系實(shí)際，緊跟通信發(fā)展前沿。本門課程的內(nèi)容理論性強(qiáng)，但實(shí)際上幾乎是所有通信應(yīng)用的一個(gè)理論基礎(chǔ)，作為通信物理層的調(diào)制與解調(diào)等技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，它的應(yīng)用非常廣泛，其理論基礎(chǔ)均出自本書的基礎(chǔ)內(nèi)容，又因正交頻分復(fù)用技術(shù)在現(xiàn)有3G、4G以及未來的5G移動(dòng)通信中都是一種重要的調(diào)制技術(shù)，所以教材內(nèi)容要充分聯(lián)系到實(shí)際應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

4.現(xiàn)代教學(xué)手段。除了板書外，多媒體已經(jīng)是現(xiàn)代課堂必不可少的一部分，一個(gè)好的PPT設(shè)計(jì)不但可以豐富教學(xué)內(nèi)容，還可以有效提高課堂效率，提高課堂的生動(dòng)性。同時(shí)，隨著“慕課”的發(fā)展，可以鼓勵(lì)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，在課外時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)課堂學(xué)時(shí)量的不足。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以MATLAB仿真的形式來進(jìn)行[4]，這樣能更好地體現(xiàn)通信系統(tǒng)的每個(gè)部分，對(duì)于一些原理性的概念體會(huì)更為深刻，避免了實(shí)驗(yàn)箱硬件更新快、不直觀等弊端，同時(shí)可以緊跟通信技術(shù)發(fā)展的前沿，實(shí)效性強(qiáng)，可以充分提高學(xué)生的編程能力與創(chuàng)新能力。

對(duì)于12學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，共安排三次實(shí)驗(yàn)。第一次實(shí)驗(yàn)熟悉MATLAB環(huán)境和一些與通信相關(guān)的函數(shù)用法，組建一個(gè)簡單的模擬通信系統(tǒng)，為后續(xù)的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真打好基礎(chǔ)；第二次實(shí)驗(yàn)是利用MATLAB中的M文件和Simulink組建一個(gè)完整的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。利用Simulink讓學(xué)生理解通信系統(tǒng)中每個(gè)模塊的作用及聯(lián)系，通過M文件讓學(xué)生充分理解每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，同時(shí)鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，這里我們主要針對(duì)2ASK和2PSK進(jìn)行仿真建模，最終畫出兩種數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能圖進(jìn)行比較；第三次實(shí)驗(yàn)是信源編碼與解碼，這部分實(shí)驗(yàn)的設(shè)置主是要讓學(xué)生理解模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程，我們選取一段語音信號(hào)，這部分可以要求學(xué)生錄制一段自己的語音或截取任意一段音樂等，通過MATLAB讀取再進(jìn)行均勻量化，然后再利用實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證在不同信噪比條件下接收信號(hào)的性能。

三、團(tuán)隊(duì)意識(shí)培養(yǎng)

為了使學(xué)習(xí)適應(yīng)未來發(fā)展的需要，我們通過通信原理課程對(duì)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)。通信系統(tǒng)是一個(gè)整體，包括發(fā)送端、信道、接收端三個(gè)基本的部分，有利于學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)，每個(gè)成員完成一部分內(nèi)容從而達(dá)到完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的不足，通過這種方式，既是對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的一個(gè)補(bǔ)充，也同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，通過團(tuán)隊(duì)完成一項(xiàng)復(fù)雜的工作，有利于學(xué)生畢業(yè)后能更快地融入到團(tuán)隊(duì)工作當(dāng)中。除實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)完成的內(nèi)容外，我們主要采用MATLAB仿真軟件中M文件編程的形式，以多進(jìn)制正交振幅調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真，同時(shí)結(jié)合教材第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中的幾種常用碼型，像三階高密度雙極性碼、傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼、差分碼等，每個(gè)團(tuán)隊(duì)分配不同的編碼和解碼方式，完成后以答辯的形式報(bào)告所在組的完成情況及過程，驗(yàn)收主要以代碼效率和實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行評(píng)定，最終成績作為平時(shí)成績并入期末總成績。

四、科研能力培養(yǎng)

科研能力是本科生培養(yǎng)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，無論是未來工作對(duì)科研能力的需求，還是讀研對(duì)科研能力的要求，都對(duì)本科的培養(yǎng)模式提出了更大的挑戰(zhàn)。通信原理課程理論性強(qiáng)，發(fā)展比較快，非常適合對(duì)本科生進(jìn)行科研能力的培養(yǎng)。這部分教學(xué)改革內(nèi)容只針對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行，主要是對(duì)通信比較感興趣或有意向考取通信方面研究生的學(xué)生。研究內(nèi)容圍繞正交頻分復(fù)用技術(shù)展開，除理解教材的本部分內(nèi)容，還要求學(xué)生閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生收集資料、理解問題、解決問題的能力，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

五、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)本科生四年學(xué)習(xí)過程的一個(gè)總結(jié)，是檢驗(yàn)本科學(xué)生質(zhì)量的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。我們選定部分學(xué)生，即上述參與到科研工作中的學(xué)生，以通信作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向，以正交頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)開展本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，利用科研內(nèi)容直接作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，以達(dá)到提高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。2017屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目包括：（1）基于子載波索引調(diào)制的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)研究；（2）基于六角形星座圖的語音插入技術(shù)降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均功率比研究；（3）基于虛擬序列插入技術(shù)降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均功率比的研究。

六、結(jié)束語

基于通信原理課程，我們進(jìn)行了多維度的本科教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)本科生的綜合能力培養(yǎng)。從通信原理課程本身出發(fā)，包含了對(duì)相關(guān)知識(shí)的回顧與應(yīng)用以及后續(xù)課程的基礎(chǔ)教學(xué)，從本課程影射到團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)、科研能力的培養(yǎng)以及本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)本科階段的綜合培養(yǎng)模式，提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)也改善畢業(yè)生的質(zhì)量。同時(shí)，本文的多維度本科教學(xué)模式也適用于其他本科專業(yè)基礎(chǔ)課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣鈴鴿，黃繼翔.“通信原理”多元化教學(xué)的探索實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（06）：3，95-97.

[2]王峰，楊凱，王娟，宋博.多維立體教學(xué)法在“通信原理”教學(xué)中的應(yīng)用[J].電氣與電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（10）：5，96-97，100.

[3]樊昌信，曹麗娜，通信原理[M].第七版，北京：國防工業(yè)出版社，2015.

[4]郭文彬，楊鴻文，桑林，鄒慧蘭.通信原理-基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真[M].第二版，北京郵電大學(xué)出版社，2015.