STEAM理念下的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真教學(xué)改革探索

馮彩英　趙艷

【摘??要】針對(duì)“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”課程在傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題。鑒于該課程是一門多學(xué)科交叉的綜合性課程這一獨(dú)有的特點(diǎn)，對(duì)該門課程進(jìn)行教學(xué)模式改革。本文以STAEM教育理念為依托，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容考慮模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊都由淺入深，以需求學(xué)理論、以實(shí)踐為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維解決實(shí)際問(wèn)題。從而提高學(xué)生的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)習(xí)成果。

【關(guān)鍵詞】STEAM理念;教學(xué)改革;項(xiàng)目學(xué)習(xí);模塊化設(shè)計(jì);跨學(xué)科思維

中國(guó)分類號(hào)：TP301????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0?引言

國(guó)內(nèi)各高校對(duì)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真這門課的講授大多以理論和仿真為主，沒有讓學(xué)生從項(xiàng)目及硬件層次上實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中的基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數(shù)字調(diào)制解調(diào)等技術(shù)。歐美國(guó)家各院校的培養(yǎng)是采用STEAM教育，通過(guò)項(xiàng)目化教學(xué)方法來(lái)完成的，實(shí)現(xiàn)了從培養(yǎng)簡(jiǎn)單學(xué)科素養(yǎng)到綜合素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的能力。本文針對(duì)“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”課程的特點(diǎn)及在傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，探索STEAM理念下的該課程教學(xué)改革思路。

1?STEAM教育理念

STEAM課程是美國(guó)政府主導(dǎo)的以科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）為核心的課程，STEAM教育以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)來(lái)完成學(xué)業(yè)，同時(shí)獲得創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-2]。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步深刻地影響著科學(xué)教育（STEAM）的發(fā)展，新媒體聯(lián)盟首次發(fā)布的《2012-2017科學(xué)教育技術(shù)前瞻》[3]正是以科學(xué)技術(shù)發(fā)展為切入點(diǎn)研究美國(guó)的科學(xué)教育。本文以STEAM理念為指導(dǎo)，改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

2通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程特點(diǎn)

信息時(shí)代的快速發(fā)展和人才的緊缺促使通信工程專業(yè)成為理工專業(yè)里的翹楚。5G時(shí)代的技術(shù)革命使通信企業(yè)對(duì)通信工程專業(yè)的人才提出了新的要求。“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”[4-5]。

該課程以通信系統(tǒng)的基本理論為基礎(chǔ)，主要講述通信系統(tǒng)中的基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數(shù)字調(diào)制解調(diào)等技術(shù)。傳統(tǒng)教學(xué)一般運(yùn)用MATLAB仿真軟件對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，使學(xué)生加深對(duì)通信基本理論及通信系統(tǒng)基本工作原理的掌握和理解。但該課程教仍然存在很多問(wèn)題，一是教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，沒有模塊化設(shè)計(jì);二是教學(xué)目標(biāo)不夠貼合市場(chǎng)，沒有完全做到以學(xué)生為中心，對(duì)學(xué)生專業(yè)技術(shù)、應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流能力、系統(tǒng)工程分析能力和自我提升能力的培養(yǎng)目標(biāo)不完善;三是教學(xué)策略比較單一傳統(tǒng)，未采用多種教學(xué)策略來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;四是理論課時(shí)過(guò)多，過(guò)于側(cè)重理論課的講解，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠。

為適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)通信從業(yè)者需具備綜合實(shí)踐能力的要求，需對(duì)“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”課程進(jìn)行教學(xué)改革，改變傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式及教學(xué)理念，注重實(shí)踐教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和設(shè)計(jì)新的通信系統(tǒng)的能力。

3?STEAM理念下的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真教學(xué)改革思路

根據(jù)該門課程的特點(diǎn)及傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足，對(duì)本門課程的改革思路基于STEAM理念[6]，從市場(chǎng)需求的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，構(gòu)建通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)成果，進(jìn)而確定教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等。學(xué)生的培養(yǎng)需要從通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程的實(shí)施，達(dá)成通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真學(xué)習(xí)成果，使培養(yǎng)的學(xué)生能夠滿足企業(yè)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才的需求，這是一種反向建設(shè)和正向培養(yǎng)的過(guò)程。

（1）教學(xué)模式上的創(chuàng)新。首先分析目前社會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真人才的需求，確定通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的人才培養(yǎng)目標(biāo)，制定通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建BOPPPS教學(xué)設(shè)計(jì)模式。

（2）教學(xué)內(nèi)容上的創(chuàng)新。鑒于該課程是一門多學(xué)科交叉的綜合性課程這一獨(dú)有的特點(diǎn)，以STAEM教育理念為依托，考慮模塊化設(shè)計(jì)，內(nèi)容盡可能全面，每個(gè)模塊都由淺入深，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，以需求學(xué)理論、以實(shí)踐為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐鍛煉，使學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)來(lái)完成學(xué)業(yè)，讓學(xué)生能夠采用不同的平臺(tái)（MATLAB仿真、Simulink建模、DSP實(shí)現(xiàn)、FPGA實(shí)現(xiàn)等）進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的開發(fā)。

（3）教學(xué)策略多樣化。以STAEM教育理念為依托，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)來(lái)完成學(xué)業(yè)，獲得知識(shí)與技能，期間同時(shí)獲得創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時(shí)采用PBL學(xué)習(xí)、CBL學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、討論學(xué)習(xí)等方法。

（4）成果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)多元化。改變傳統(tǒng)的成果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用多元和梯次的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)達(dá)成學(xué)習(xí)成果的內(nèi)涵和個(gè)人的學(xué)習(xí)進(jìn)步，淡化學(xué)生之間的比較。根據(jù)每個(gè)學(xué)生能達(dá)到教育要求的程度，賦予從不熟練到優(yōu)秀不同的評(píng)定等級(jí)，進(jìn)行針對(duì)性評(píng)價(jià)。

（5）實(shí)驗(yàn)手段的創(chuàng)新。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)主要采用MATLAB仿真工具對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，學(xué)生無(wú)法了解硬件相關(guān)的知識(shí)，而且人機(jī)交互不友好。因此為提高學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在MATLAB仿真的基礎(chǔ)上，應(yīng)用DSP集成開發(fā)環(huán)境—CCS調(diào)試程序，通過(guò)SEED-DTK5502試驗(yàn)箱對(duì)基帶傳輸、信源編譯碼、信道編譯碼、數(shù)字調(diào)制解調(diào)等技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

4?結(jié)論

針對(duì)“通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”課程的特點(diǎn)，為適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)通信從業(yè)者需具備綜合實(shí)踐能力的要求，基于STEAM教育理念，改變傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式及教學(xué)方法，注重實(shí)踐教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和設(shè)計(jì)新的通信系統(tǒng)的能力。

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基金項(xiàng)目：

2019年校級(jí)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2019JGXM25）.

作者簡(jiǎn)介：

馮彩英（1987-），女，河南商丘人，碩士，主要從事計(jì)算智能與模式識(shí)別研究.

趙艷（1988-），女，河南商丘人，碩士，主要從事計(jì)算機(jī)圖像處理研究.

（作者單位：商丘工學(xué)院??信息與電子工程學(xué)院）