通信原理實(shí)驗(yàn)課程思政教學(xué)改革與探索

彌 寅 和 煦

習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，堅(jiān)持以馬克思主義學(xué)科為引領(lǐng)，構(gòu)建哲學(xué)社會(huì)學(xué)科和其他各學(xué)科協(xié)同一致、合力育人的思想政治工作格局，使學(xué)校各方力量、各種有效資源、各類課程都能發(fā)揮育人功能，全過(guò)程、全方位將立德樹(shù)人有機(jī)地融入到高校專業(yè)課程教學(xué)之中，推動(dòng)課程思政與思想政治理論課形成“協(xié)同效應(yīng)”，是當(dāng)前高校課堂教學(xué)面臨的重要任務(wù)[1]。因此，我們需要思考在專業(yè)課教學(xué)當(dāng)中，除了傳授知識(shí)本身，更應(yīng)該落實(shí)好課程思政價(jià)值情感的塑造、顯隱結(jié)合的方法、灌輸啟發(fā)的模式，以及批判的精神、理論實(shí)踐的統(tǒng)一和科學(xué)創(chuàng)新的思維。

隨著近些年來(lái)5G、云計(jì)算、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的飛速發(fā)展，通信的基礎(chǔ)理論和傳輸知識(shí)變得尤為重要。通信原理課程是通信工程、信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等工科專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程[2]，該課程數(shù)學(xué)公式多、理論性較強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁多、概念抽象不易理解，一直以來(lái)，教師普遍反映不易教，學(xué)生反映不易學(xué)。基于此，通信原理實(shí)驗(yàn)課程要求理論聯(lián)系實(shí)踐, 加深對(duì)通信原理知識(shí)的掌握和理解，充分彌補(bǔ)理論課的不足,應(yīng)用學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。除此之外，為了更好地落實(shí)立德樹(shù)人的理念，在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中需要充分挖掘其蘊(yùn)含的思政要素，對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義、辯證唯物主義、科學(xué)進(jìn)取精神、勇于探索和創(chuàng)新、理想信念教育等，從而將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值塑造三者有機(jī)融合。通過(guò)內(nèi)容與案例、線上與線下、虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合的方式,全方位融入思想政治元素，使課程思政切實(shí)發(fā)揮教育的引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)全方位育人[3]。

一、 提倡自主研發(fā)，根植愛(ài)國(guó)主義、自立自強(qiáng)信念

西安郵電大學(xué)通信原理實(shí)驗(yàn)課程受益面大，每年涉及近10個(gè)專業(yè)800余名學(xué)生，課程學(xué)時(shí)數(shù)為16學(xué)時(shí)，涵蓋通信工程、信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、廣播電視工程等不同專業(yè)的知識(shí)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)課程由通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)設(shè)。隨著國(guó)產(chǎn)教儀設(shè)備和測(cè)試測(cè)量?jī)x器的不斷發(fā)展和進(jìn)步，與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備廠商的差距已越來(lái)越小。[4]該課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)經(jīng)過(guò)幾次更新迭代，已由最初的國(guó)外設(shè)備轉(zhuǎn)變到如今的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，所有設(shè)備均來(lái)自國(guó)內(nèi)廠商。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)立足于“新基建”“新工科”人才培養(yǎng)需求，知行并重，歷經(jīng)10年發(fā)展，自主研制的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，形成了三代七款產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)多所高校實(shí)際應(yīng)用，千余名學(xué)生受益?；谠撈脚_(tái)在全校率先開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，已開(kāi)發(fā)10多個(gè)“虛實(shí)結(jié)合”的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，并多次在全國(guó)高校自制儀器大賽中獲獎(jiǎng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)替代和自主研制，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立技術(shù)可控和科技報(bào)國(guó)的理想，增強(qiáng)民族自豪感。

二、課程內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目緊密結(jié)合，深挖課程思政元素

對(duì)一門課程來(lái)說(shuō)，作為指導(dǎo)性文件的課程大綱，詳細(xì)闡述了課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、考核方式、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)以及參考資料等方面，我們通過(guò)重新修訂課程大綱，將課程思政要點(diǎn)科學(xué)合理地分解到通信原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容當(dāng)中。結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，在通信原理實(shí)驗(yàn)課程每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容上明確體現(xiàn)了德育目標(biāo)。

(一)課程思政在教學(xué)設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

作為教學(xué)“主陣地”的課堂，成功的教學(xué)設(shè)計(jì)是精彩課程的必要元素。教學(xué)設(shè)計(jì)能夠確保課程目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)，是課程實(shí)施的重要綱領(lǐng)。圍繞教學(xué)內(nèi)容、靈活切入思政要素，精心準(zhǔn)備教學(xué)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)知識(shí)和德育雙重目標(biāo)的保障。思政要素的表現(xiàn)形式多樣，比如：視頻、圖片、文獻(xiàn)等，內(nèi)涵豐富，形式多樣，在實(shí)驗(yàn)課當(dāng)中盡量以課堂知識(shí)或行業(yè)發(fā)展為背景，切忌生搬硬套，脫離課堂實(shí)際。例如：在介紹數(shù)字基帶和頻帶傳輸系統(tǒng)時(shí)，可以由手機(jī)SoC(System on Chip，片上系統(tǒng))芯片行業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行引入，尤其是高性能SoC領(lǐng)域，當(dāng)前市場(chǎng)上主要有六家，依次為聯(lián)發(fā)科、高通、蘋果、紫光展銳、三星和華為海思[5]。需要強(qiáng)調(diào)的是，其中只有三星具備手機(jī)SoC的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，其余幾家均須委托代理工廠生產(chǎn)。華為海思投入巨大的研發(fā)費(fèi)用就是想攻克這項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)，早日實(shí)現(xiàn)技術(shù)自立自強(qiáng)，不受制于人，掌握芯片行業(yè)的話語(yǔ)權(quán)。通過(guò)這個(gè)案例的引入激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的民族自信心，提高科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)，并號(hào)召學(xué)生樹(shù)立與國(guó)家需求相結(jié)合的遠(yuǎn)大理想，早日為我們國(guó)家在多個(gè)領(lǐng)域掌握話語(yǔ)權(quán)、突破技術(shù)壁壘貢獻(xiàn)自己的力量。

(二)教學(xué)過(guò)程全方位體現(xiàn)課程思政

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)在課前通過(guò)超星學(xué)習(xí)通發(fā)布預(yù)習(xí)提綱、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)以及所用到的相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程、復(fù)習(xí)所用到的知識(shí)內(nèi)容。上課前幾分鐘會(huì)安排小測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)給出得分，并計(jì)入平時(shí)成績(jī)，這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性。

課中教師會(huì)根據(jù)問(wèn)題反饋和學(xué)生的測(cè)試結(jié)果，將學(xué)生的問(wèn)題設(shè)計(jì)為頭腦風(fēng)暴、課堂討論等教學(xué)活動(dòng)，并在課堂上開(kāi)展有針對(duì)性的講解和演示。大力推進(jìn)SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)[6]，以小組為單位輪流進(jìn)行原理講解和實(shí)驗(yàn)操作，活躍課堂氣氛，學(xué)生可以更加深入地理解知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，大大提高了學(xué)生的思辨意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及溝通技能；通過(guò)隨機(jī)選人考察實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，理論聯(lián)系實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)科學(xué)精神；最后客觀地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并規(guī)范報(bào)告格式，強(qiáng)調(diào)工匠精神和實(shí)事求是的態(tài)度。

課后教師發(fā)布思考和答疑，繼續(xù)拓展學(xué)生思維，提高學(xué)生的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，力求做到學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一，從而鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索、開(kāi)拓創(chuàng)新。

三、虛實(shí)結(jié)合、線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展課程思政

2020年受新冠肺炎疫情影響，多個(gè)專業(yè)的學(xué)生沒(méi)能如期返校，為了不影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的順利實(shí)施，我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)建設(shè)了線上課程資源。另外，由于現(xiàn)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一，混合式教學(xué)能夠最大限度地調(diào)動(dòng)軟件和硬件設(shè)施、整合線上線下資源，最大化發(fā)揮線上教學(xué)和課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前，我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)已錄制了15集實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻，包括軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)，其中軟件仿真分為SystemVIEW軟件的安裝與使用、數(shù)字基帶系統(tǒng)、AM幅度調(diào)制系統(tǒng)、DSB雙邊帶系統(tǒng)、SSB單邊帶系統(tǒng)、PAM脈沖振幅調(diào)制系統(tǒng)、2ASK振幅鍵控系統(tǒng)和2FSK頻移鍵控系統(tǒng)；硬件實(shí)驗(yàn)分為：測(cè)試儀器與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用、信源編譯碼實(shí)驗(yàn)、信道編譯碼實(shí)驗(yàn)、2PSK/2DPSK相移鍵控、差分相移鍵控?cái)?shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字基帶與頻帶系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。通過(guò)PAM、PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)[7]，使學(xué)生了解到信源編碼是通信系統(tǒng)的重要組成部分，與學(xué)生一同回顧奈奎斯特抽樣定理的發(fā)展歷程，學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，幫助學(xué)生深入理解原理知識(shí)與技術(shù)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的行業(yè)信心和學(xué)習(xí)動(dòng)力；通過(guò)數(shù)字通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，講述我們國(guó)家的移動(dòng)通信發(fā)展史，使學(xué)生了解未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，增強(qiáng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和家國(guó)情懷。

目前上述課程資源均已上傳至 “知行園地”公眾號(hào)及學(xué)習(xí)通，學(xué)生可以隨時(shí)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式一改常態(tài)，老師不再 “滿堂灌”，學(xué)生成為課堂上的主角，留出大部分時(shí)間給學(xué)生去學(xué)、去講、去思考，學(xué)習(xí)的場(chǎng)合也不再限于課堂，學(xué)生可以隨時(shí)隨地去學(xué)習(xí)。在當(dāng)前學(xué)時(shí)壓縮的大背景下，通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容來(lái)增大信息量，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)活力、延長(zhǎng)學(xué)習(xí)時(shí)間，培養(yǎng)學(xué)生探究式的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

隨著疫情常態(tài)化，線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迫切性變得尤為突出。團(tuán)隊(duì)采用校企合作“虛實(shí)結(jié)合”的方式，與南京潤(rùn)眾集團(tuán)共建實(shí)驗(yàn)資源?，F(xiàn)已建成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)最多可同時(shí)容納32名學(xué)生同時(shí)在線，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是硬件實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果一致。學(xué)生能夠在Web瀏覽器上實(shí)時(shí)搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，修改設(shè)備配置參數(shù)，遠(yuǎn)程下載實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用虛擬儀器實(shí)時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。完成實(shí)驗(yàn)后學(xué)生在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，任課教師進(jìn)行線上批改和成績(jī)分析。

通過(guò)開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合、線上線下混合式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，借助網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入課程思政元素，利用平臺(tái)反饋功能調(diào)查學(xué)生對(duì)教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容、線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果。

四、全過(guò)程跟蹤，完善實(shí)驗(yàn)課程考核方式

客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力一直以來(lái)都是實(shí)驗(yàn)課程考核的一個(gè)痛點(diǎn)，特別是在引入課程思政、虛擬仿真、線上線下混合式教學(xué)要素后這一問(wèn)題就更加突出。我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不斷思考和實(shí)踐，現(xiàn)已總結(jié)出了一套相對(duì)完備的實(shí)驗(yàn)課程考核方法。

實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)以百分制表示，總成績(jī)由平時(shí)(30%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%)以及實(shí)驗(yàn)考試(40%)三部分的成績(jī)綜合構(gòu)成。其中：平時(shí)成績(jī)除根據(jù)學(xué)生遲到、早退、缺勤情況評(píng)定外，還要考查學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)課程的態(tài)度，鼓勵(lì)學(xué)生和老師一起挖掘課程思政要素，對(duì)于有貢獻(xiàn)的同學(xué)予以加分；實(shí)驗(yàn)報(bào)告從實(shí)驗(yàn)操作(30%)、實(shí)驗(yàn)記錄(40%)和實(shí)驗(yàn)分析(30%)三部分進(jìn)行考察，對(duì)于采用虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)報(bào)告線上提交，線下提交紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。任課教師批改后按百分制評(píng)分，所有實(shí)驗(yàn)的平均成績(jī)即為實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)；實(shí)驗(yàn)考試根據(jù)大綱所列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目隨機(jī)派發(fā)(實(shí)驗(yàn)參數(shù)有所調(diào)整)，考核環(huán)節(jié)包括：實(shí)驗(yàn)原理闡述、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄、實(shí)驗(yàn)分析敘述以及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程四部分。經(jīng)過(guò)近年的實(shí)施和不斷完善，這套實(shí)驗(yàn)課程考核方式能夠客觀反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰筒僮魉健?/p>

綜上所述,通信原理實(shí)驗(yàn)作為工科專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，在人才培養(yǎng)過(guò)程中扮演著重要角色。我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程思政有機(jī)融合，從技術(shù)的自主創(chuàng)新入手，深挖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思政元素，全方位嵌入教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程，并利用虛擬仿真和線上線下等先進(jìn)的教學(xué)手段付諸實(shí)施。最后通過(guò)完備的實(shí)驗(yàn)課程考核機(jī)制檢驗(yàn)課程思政的實(shí)施效果，對(duì)出現(xiàn)的新問(wèn)題進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，形成有效的閉環(huán)優(yōu)化機(jī)制。