基于騰訊課堂的《寬帶無線通信技術(shù)》在線研究性教學(xué)

王昕 龔清勇

摘要：基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的課程教學(xué)以及研究性教學(xué)是近幾年來我國(guó)教育研究關(guān)注的熱點(diǎn)之一。疫情期間，將在線平臺(tái)和教學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)互動(dòng)，師生互助學(xué)習(xí)結(jié)合，成為一種新穎而有力的教學(xué)手段。本文對(duì)《寬帶無線通信技術(shù)》傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式進(jìn)行了分析，基于騰訊課堂實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)，利用投票和開放性課題作業(yè)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主研發(fā)的能力。最后，教學(xué)實(shí)踐證明了新型教學(xué)方法的有效性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù);移動(dòng)通信;教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）33-0173-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

寬帶無線通信是指以寬帶信號(hào)為載體進(jìn)行通信的系統(tǒng)，包括無線局域網(wǎng)（WLAN）、4G、5G、UWB以及多種定位和個(gè)域網(wǎng)系統(tǒng)。上述寬帶無線通信不僅可以實(shí)現(xiàn)短消息、圖文等多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)無線定位、個(gè)域網(wǎng)連接和物聯(lián)等功能。目前，寬帶無線通信已經(jīng)涵蓋生活中的各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)展得到了各種不同的系統(tǒng)應(yīng)用，如WLAN、寬帶蜂窩移動(dòng)通信、UWB室內(nèi)定位、寬帶衛(wèi)星通信等。

實(shí)際應(yīng)用中，寬帶無線通信系統(tǒng)與我們的生活息息相關(guān)。不同寬帶無線通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸和復(fù)用技術(shù)通常有所區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)配置算法、協(xié)議體系結(jié)構(gòu)以及接人方式等也都存在互異特性，無線傳輸特征和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也復(fù)雜多變。僅對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行課程教學(xué)無法去深入了解不同應(yīng)用領(lǐng)域的寬帶無線系統(tǒng)原理和架構(gòu)。因此，國(guó)內(nèi)許多本科院校都專門設(shè)置了《寬帶無線通信》課程學(xué)習(xí)，對(duì)不同應(yīng)用背景下寬帶無線通信系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行介紹，其中包括信號(hào)處理流程、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及協(xié)議體系。通過該課程的學(xué)習(xí)，可以使得學(xué)生能夠基本了解無線傳播信道中發(fā)射和接收信號(hào)的處理流程以及各種系統(tǒng)中，從而為后續(xù)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

然而，課堂教學(xué)往往僅針對(duì)1-2本參考教材進(jìn)行講解，教材中可能存在一些陳舊過時(shí)的內(nèi)容，無法體現(xiàn)現(xiàn)代快速發(fā)展的多領(lǐng)域應(yīng)用的最新進(jìn)展。此外，教師講學(xué)生聽的模式下，學(xué)生吸收知識(shí)較為被動(dòng)，對(duì)教材內(nèi)容理解可能存在偏差或者浮于表面的現(xiàn)象，也無法培養(yǎng)自主解決問題的能力。

近年來，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展將我們的生活帶人一個(gè)嶄新的時(shí)代?，F(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)寬帶通信系統(tǒng)都在實(shí)現(xiàn)或者將實(shí)現(xiàn)通信和網(wǎng)絡(luò)的融合。其中，4G-5G通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的提升，多網(wǎng)融合技術(shù)也使得各種在線教學(xué)平臺(tái)層出不窮，在線教學(xué)確實(shí)可以落地實(shí)現(xiàn)。疫情期間，各大高校封校，線下教學(xué)關(guān)閉，使得在線教學(xué)需求急劇增加。

2 傳統(tǒng)課堂教學(xué)的問題

2.1 教材內(nèi)容落后

目前，大部分本科院校采用的教材內(nèi)容均落后于當(dāng)前最新技術(shù)。教材中介紹的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)主要章節(jié)還依然基于第2代和第3代蜂窩系統(tǒng)技術(shù)，內(nèi)容陳舊，對(duì)于現(xiàn)有生活中廣泛應(yīng)用的第4-5代系統(tǒng)介紹不多，關(guān)鍵技術(shù)原理沒有涉及，與現(xiàn)實(shí)生活脫節(jié)。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)章節(jié)中，部分衛(wèi)星系統(tǒng)和應(yīng)用已經(jīng)停止，教材中仍然在做介紹。此外，已經(jīng)更新的衛(wèi)星定位系統(tǒng)也沒有在教材中做更新。這部分陳舊落后的內(nèi)容在教學(xué)中需要進(jìn)行選擇性的剔除和更新，以適應(yīng)當(dāng)前日新月異的技術(shù)發(fā)展。

2.2 學(xué)生興趣偏離

專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)大都采用被動(dòng)的填鴨式理論教學(xué)方法。由于專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)理論性較強(qiáng)，文字?jǐn)⑹鰞?nèi)容過多，主動(dòng)性操作少，使得學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的興趣不高，主觀能動(dòng)性不強(qiáng)。本門課程中，衛(wèi)星通信以及無線自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域較為特殊，遠(yuǎn)離學(xué)生的日常應(yīng)用。此外，WLAN和物聯(lián)網(wǎng)章節(jié)雖然與生活聯(lián)系緊密，但是教材中對(duì)這些系統(tǒng)地介紹理論性較強(qiáng)，遠(yuǎn)離學(xué)生感興趣的上網(wǎng)多媒體傳輸和智能家居等相關(guān)內(nèi)容。即使學(xué)生學(xué)習(xí)，也只能依靠單純的理論內(nèi)容聯(lián)想獲得一些理解。上課時(shí)，由于不感興趣，部分同學(xué)存在不認(rèn)真聽講的現(xiàn)象。此外，單純依靠教材講解和PPT播放的教學(xué)方式，文字內(nèi)容過多，同一頁幻燈片播放時(shí)間較短，學(xué)生僅能短暫記憶部分考試內(nèi)容，不容易實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)知識(shí)的長(zhǎng)期記憶。

2.3 學(xué)生主動(dòng)性低

傳統(tǒng)教學(xué)中是老師講理論知識(shí)，學(xué)生聽講，課后老師提出問題并給出答案。在這個(gè)過程中，學(xué)生自己主動(dòng)性較低，并沒有動(dòng)力去自主提出問題，理解問題存在的背景和原因，更不能深入分析一些現(xiàn)象的基本原理以及解決方案。單純進(jìn)行課堂教學(xué)，課外活動(dòng)時(shí)同學(xué)隨即會(huì)把興趣轉(zhuǎn)移，即使進(jìn)行課后作業(yè)，也存在抄襲或者隨意回答的現(xiàn)象。此外，由于課后作業(yè)只是采取簡(jiǎn)單的問答和計(jì)算的形式，學(xué)生在短時(shí)間回憶上課內(nèi)容并完成作業(yè)后就不再關(guān)注課程。由此可見，學(xué)生積極性不高，不僅使得課程學(xué)習(xí)時(shí)間受限，還會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)不能深入。大部分學(xué)生在簡(jiǎn)單了解了各類系統(tǒng)的基本原理架構(gòu)后不再花費(fèi)更多時(shí)間去深入研究其中的關(guān)鍵技術(shù)。另外，被動(dòng)性接受知識(shí)也會(huì)使得記憶不深刻，很容易就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)忘記。

3 基于騰訊課堂的在線教學(xué)

基于上述傳統(tǒng)教學(xué)弊端，本文在對(duì)新型在線教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行研究后，開發(fā)基于騰訊課堂的新型《寬帶無線通信系統(tǒng)》課程的研究性教學(xué)模式，具體方案如下。

3.1《寬帶無線通信技術(shù)》教學(xué)大綱和資源調(diào)研

基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，使得教學(xué)不再局限于某本教材。集中教師和學(xué)生的力量，利用網(wǎng)絡(luò)搜索引擎尋找并辨別精品教學(xué)資料。充分利用各種資源，包括電子教材、教學(xué)大綱和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，來綜合引導(dǎo)學(xué)生的主動(dòng)性，達(dá)到寓教于學(xué)的目的。最終構(gòu)建教學(xué)大綱如下圖1所示。其中包括無線通信網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)基礎(chǔ)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和蜂窩通信和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等章節(jié)。每個(gè)章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容在大綱的第三排里面總結(jié)列出。針對(duì)這些內(nèi)容，在中國(guó)大學(xué)MOOC（愛課程）、智慧樹平臺(tái)、學(xué)堂在線平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)搜索引擎上查找了相關(guān)精品教學(xué)資料，并按照課程相關(guān)程度選擇了兩類精品課程——學(xué)堂在線的《寬帶無線通信》和中國(guó)大學(xué)MOOC北郵的《移動(dòng)通信系統(tǒng)》部分章節(jié)。

3.2 按照大綱合理設(shè)計(jì)課件，結(jié)合生活相關(guān)主題

在大綱中引入聯(lián)系生活中實(shí)際的內(nèi)容。對(duì)通信信道傳輸特征，從日常中經(jīng)常遇到的WIFI連接為例，討論電磁波傳播過程中可能存在的傳播方式和損耗。強(qiáng)調(diào)日常中無障礙傳播為直射、有障礙傳播為繞射損耗、粗糙界面為散焦以及無論何種傳播方式都存在的損耗。從教材和調(diào)研文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)損耗與距離的關(guān)系，并應(yīng)用舉例和課后開放實(shí)驗(yàn)的方式來進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)第1代一第5代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)章節(jié)介紹，可以結(jié)合手機(jī)的發(fā)展歷程，從中提取不同時(shí)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)以及對(duì)應(yīng)的移動(dòng)終端的改變，進(jìn)而介紹通信基本原理。第3代移動(dòng)通信開始引入CDMA多址接人技術(shù)，同時(shí)代出現(xiàn)了CDMA手機(jī)，從而引入不同時(shí)代系統(tǒng)中信號(hào)的多址接入方式介紹。CDMA中信號(hào)理論上正交，實(shí)際上多徑效應(yīng)導(dǎo)致額外的時(shí)間延遲，導(dǎo)致信號(hào)不完全正交和衰減，進(jìn)而討論CAMD系統(tǒng)中特有的抗信號(hào)衰減和功率控制技術(shù)。

在物聯(lián)網(wǎng)章節(jié)介紹中，結(jié)合現(xiàn)代生活中比較熱門的智能家居進(jìn)行介紹，引人物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵模塊。介紹關(guān)鍵模塊的功能，以現(xiàn)有比較熱門的智能音箱為例，說明關(guān)鍵模塊存在的地方，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和基本原理的理解。

這樣從生活出發(fā)，可以吸引學(xué)生的興趣，把注意力集中到實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生考慮這些系統(tǒng)中實(shí)際遇到的問題。實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)原理從應(yīng)用到理論，再回歸到理論的過程。

3.3 基于在線平臺(tái)的研究性學(xué)習(xí)

本文定義研究性學(xué)習(xí)方式為學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，自主地調(diào)研文獻(xiàn)和背影知識(shí)，對(duì)開放性課題進(jìn)行探討。經(jīng)調(diào)研和分析后發(fā)現(xiàn)問題存在的原因進(jìn)而解決問題，而不是由教師直接給出結(jié)論的學(xué)習(xí)方式。在《寬帶無線通信系統(tǒng)》課程中，如何引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)研究性學(xué)習(xí)是本文的一個(gè)關(guān)鍵問題。在一些重要章節(jié)，結(jié)合重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容提出幾個(gè)課題，設(shè)計(jì)學(xué)生分組選擇課題，引導(dǎo)學(xué)生在課前和課后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，對(duì)課題的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)和探討。其中，課題列表如表1所示。上課期間，利用騰訊等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)交流，針對(duì)學(xué)生的課題分析進(jìn)行討論，指出其中的問題所在，進(jìn)而講解相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí);課后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，驗(yàn)證研究方案并最終解決課題，撰寫課題分析報(bào)告。經(jīng)歷上述課前到課后的一系列過程，學(xué)生從實(shí)際完成過程中學(xué)習(xí)課程中相關(guān)原理，不僅學(xué)會(huì)了自主發(fā)現(xiàn)和解決問題的思路，還可以對(duì)無線通信系統(tǒng)中的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行深刻理解和記憶。

3.4 綜合考核評(píng)價(jià)

在研究性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。平時(shí)成績(jī)中，需要對(duì)學(xué)生的開放性課題完成情況進(jìn)行考核，不再單純地按照考勤和點(diǎn)名進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，對(duì)學(xué)生課題完成報(bào)告中的文獻(xiàn)調(diào)研工作、背景調(diào)研、問題分析以及解決方案進(jìn)行考核。此外，基于QQ群和騰訊課堂進(jìn)行通知、平時(shí)簽到和課堂問答互動(dòng)，對(duì)簽到和問答計(jì)分計(jì)次，如圖3所示。新考核評(píng)價(jià)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了本文在線教學(xué)設(shè)計(jì)的初衷，極大程度上開發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力，解決了線性點(diǎn)名占用時(shí)間長(zhǎng)和學(xué)生回答問題不積極的現(xiàn)象。

經(jīng)過為期一學(xué)期的實(shí)踐，學(xué)生自主解決問題的能力有所發(fā)展，不再是單純的記憶式學(xué)習(xí)，驗(yàn)證了在線教學(xué)方法的有效性。

4 結(jié)論

本文對(duì)《寬帶無線通信技術(shù)》傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行了分析，指出其中的缺陷。然后，疫情期間，在線下課程受限的前提下，本文設(shè)計(jì)引入網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，基于騰訊平臺(tái)實(shí)現(xiàn)新型線上教學(xué)和實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明，本文在線教學(xué)方法極大程度地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣并提高了學(xué)生自主解決問題的能力，為課程教學(xué)的長(zhǎng)久發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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