通信工程專業(yè)課程建設(shè)和教學(xué)改革探索
——以《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》為例

孫天字，王慧敏

（延邊大學(xué)工學(xué)院電子信息與通信學(xué)科，延吉 133000）

通信網(wǎng)是通信系統(tǒng)的重要組成部分，隨著通信網(wǎng)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，通信網(wǎng)相關(guān)課程受到各個高校電子信息類專業(yè)的關(guān)注，尤其是通信工程專業(yè)，通信網(wǎng)課程是非常重要的專業(yè)課程。其中，《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》是學(xué)習(xí)移動通信，光纖通信，計算機網(wǎng)絡(luò)等后續(xù)課程的基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)該課程，能夠使學(xué)生掌握通信網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本理論、基本方法以及掌握利用通信網(wǎng)絡(luò)的基本原理分析和解決實際問題的能力，為今后從事通信領(lǐng)域的研究，甚至設(shè)計搭建新型通信網(wǎng)絡(luò)打下堅實的理論基礎(chǔ)。

《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》的主要內(nèi)容是通信網(wǎng)絡(luò)中的共性原理，主要包括傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)時延分析、多址技術(shù)、路由算法、流量和擁塞控制以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計。目的是討論各種通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原理和依據(jù)，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程奠定基礎(chǔ)。

1 課程主要內(nèi)容及存在問題

由于《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》的內(nèi)容會貫穿至后續(xù)專業(yè)課程中，所以該課程的教學(xué)內(nèi)容必須能夠體現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)性和共同性的問題，并且能夠適當(dāng)加入能夠反映通信領(lǐng)域的前沿技術(shù)以及最近的科技成果。因此該課程的內(nèi)容應(yīng)具有基礎(chǔ)知識清晰、結(jié)構(gòu)體系完整、相關(guān)技術(shù)全面的特點。

1.1 課程主要內(nèi)容

目前，《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》課程的主要內(nèi)容可以分為三大部分，如圖1所示：第一部分為通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，包括通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成和協(xié)議體系、通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論問題，以及學(xué)習(xí)該門課程所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（含概率論、隨機過程、圖論基礎(chǔ)），這部分內(nèi)容雖然不作為本課程的重點內(nèi)容，但是學(xué)生對這部分的掌握程度，特別是數(shù)學(xué)知識的掌握程度，會影響對后續(xù)的內(nèi)容的理解。第二部分為通信網(wǎng)絡(luò)的核心內(nèi)容也是本門課程的重點內(nèi)容，主要討論的是各種通信網(wǎng)絡(luò)的共性原理，包括端到端傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的時延性能、多址技術(shù)、路由算法以及流量和擁塞控制，該部分的內(nèi)容是各種通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原理和依據(jù)，是分析和設(shè)計新型網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。第三部分是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要涉及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的知識，可視為擴展內(nèi)容，擴大學(xué)生的知識面。

圖1 《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》主要內(nèi)容

1.2 課程中存在的問題

通過幾年的教學(xué)實踐并結(jié)合學(xué)生反饋的信息，不難發(fā)現(xiàn)在《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》課程的教學(xué)過程中存在一些問題，在教學(xué)內(nèi)容上也存在一定的局限性。

首先，教學(xué)內(nèi)容的問題。該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而部分學(xué)生在先修課程的學(xué)習(xí)過程中并未意識到這些課程的重要性，導(dǎo)致數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實。因此，在利用數(shù)學(xué)方法對通信網(wǎng)絡(luò)進行分析時，理解、掌握并靈活運用是非常困難的。另外，在之前的教學(xué)中，重點大多是對網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)知識的講解，比如對路由算法的介紹中，主要介紹的是傳統(tǒng)路由算法，而對泛洪算法等一些新型算法介紹較少。又如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，仍然是一些經(jīng)典結(jié)構(gòu)類型，而對AdHoc、Mesh網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點、優(yōu)勢及關(guān)鍵技術(shù)的介紹幾乎沒有。

其次，教材內(nèi)容的問題。參考一些相關(guān)教材后可以發(fā)現(xiàn)，教材中的部分內(nèi)容并不是用簡單易懂的文字進行敘述，語言晦澀，不易理解，甚至在邏輯性和條理性上有一定的欠缺，使學(xué)生在課后復(fù)習(xí)時存在一定的難度。例如對ARQ算法的描述中，整個算法的流程不夠清晰流暢，不光增加了教師講解時的難度，學(xué)生理解起來也很吃力。

最后，教學(xué)方式的問題。目前在《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》的教學(xué)形式上仍主要采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即教師講授，學(xué)生聽課的單向授課形式，課堂上教師與學(xué)生的互動少，學(xué)生缺乏參與感。這種形式使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降，認為課程內(nèi)容枯燥無味，導(dǎo)致課堂效率極差，課后復(fù)習(xí)難以達到理想效果，很難激發(fā)學(xué)生的研究興趣和創(chuàng)新意識。

由于上述問題的存在，如何能夠讓學(xué)生清楚、全面、立體地理解掌握通信網(wǎng)的基本原理、基本理論與基本技術(shù)，如何能準(zhǔn)確地掌握通信網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展變化過程中的本質(zhì)，是急需解決的問題。

2 課程改革思路與安排

針對本課程的教學(xué)目標(biāo)及當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容安排存在的問題，促使我們要在課程內(nèi)容和教學(xué)中做出調(diào)整和改革。調(diào)整和改革的目標(biāo)應(yīng)力求做到：課程內(nèi)容主次分明、主線清晰、結(jié)構(gòu)完整、理論聯(lián)系實際、擴展學(xué)生視野并接觸前沿技術(shù)。

基于上述目標(biāo)，《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》課程調(diào)整和改革的思路如下：

（1）由于學(xué)生已經(jīng)具有《信號與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號處理》、《通信原理》等相關(guān)的先修課程基礎(chǔ)，所以可以通過對信息、信號、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的定義及其各部分之間的聯(lián)系與區(qū)別的清晰闡述，建立起通信網(wǎng)絡(luò)的概念，并明確通信網(wǎng)絡(luò)要解決的基本問題，從而建立起網(wǎng)絡(luò)研究內(nèi)容的框架體系結(jié)構(gòu)。

（2）隨機過程、排隊論和圖論是研究分析通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，考慮學(xué)生對這些數(shù)學(xué)知識的掌握程度，在教學(xué)過程中，此部分將教材中復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程省略，側(cè)重于方法和結(jié)論的使用，使學(xué)生建立起利用數(shù)學(xué)理論分析通信網(wǎng)絡(luò)的方法和概念，從而能夠再后續(xù)具體通信網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程中掌握清晰的分析、研究甚至設(shè)計方法。

（3）端到端傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的時延性能、多址技術(shù)、路由算法以及流量和擁塞控制是通信網(wǎng)絡(luò)的核心部分，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。該部分的教學(xué)內(nèi)容既要重視基礎(chǔ)知識、經(jīng)典算法、經(jīng)典結(jié)構(gòu)的講解，將教材中部分語言晦澀，不易理解的內(nèi)容用簡單、清楚、流暢、更易于理解的方式進行闡述，更加有利于學(xué)生的理解與掌握。另一方面，還要適當(dāng)加入一些能夠反映本學(xué)科領(lǐng)域的前沿以及最新科技成果，將理論與實際相結(jié)合，以此來帶動和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識，了解當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的新趨勢和未來發(fā)展的方向。

（4）改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程的同時，能夠積極參與到學(xué)習(xí)過程中來，將課程中的理論知識具體應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)的建立與分析中。因此，在理論教學(xué)的同時，可適當(dāng)加入一些研討課程，借助如Matlab等軟件工具，對理論學(xué)習(xí)中涉及到的公式、算法進行驗證。也可以進行通信網(wǎng)絡(luò)的建模與仿真，在對網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)模型的建立與分析中，學(xué)生能夠?qū)W會利用數(shù)學(xué)方式研究通信網(wǎng)絡(luò)，掌握研究通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)分析方法，讓學(xué)生能夠獨立地對網(wǎng)絡(luò)進行分析，加深對通信網(wǎng)絡(luò)基本原理、基本結(jié)構(gòu)和基本方法的理解和掌握，為將來搭建不同場景下的新型特色網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》是電子信息類，尤其是通信工程專業(yè)一門非常重要的必修課程，是學(xué)習(xí)移動通信、光纖通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等后續(xù)通信網(wǎng)絡(luò)課程的基礎(chǔ)，該課程是學(xué)生在今后研究、設(shè)計和搭建通信網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。對該課程的教學(xué)改革具有重要意義，我們將在教學(xué)實踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，實現(xiàn)本科教育與通信技術(shù)人才對接的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)出適合通信行業(yè)發(fā)展需要的通信工程專業(yè)人才。