應(yīng)用型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)背景下通信原理課程混合式教學(xué)模式探索與實踐

胥田田　雷錫騫　秦玉娟　金慧

關(guān)鍵詞：通信原理；教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0160-03

1 引言

通信原理是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和眾多院校研究生入學(xué)考試必考科目。隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的迅速發(fā)展及社會對人才培養(yǎng)的需求，課程作為人才培養(yǎng)的核心要素，通信原理課程開設(shè)過程中，團隊以信息化建設(shè)為手段，引入慕課、學(xué)堂在線等優(yōu)質(zhì)課程資源，逐步完善教學(xué)資源；以“老帶新”、研討、觀摩等形式探討課程“做什么、怎么做、誰來做”等問題；建立網(wǎng)絡(luò)平臺，探索線上線下混合教學(xué)模式，在日常教學(xué)中充分利用各項教育資源，達到課程提質(zhì)創(chuàng)新、促進學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展的目的。在原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，各研究者基于課程特點融合信息化教育，保留傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢，從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進行改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、分析解決通信領(lǐng)域工程問題的應(yīng)用能力。

2 通信原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學(xué)方式重教師主導(dǎo)教、輕學(xué)生自主學(xué)，擬制了學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，不利于啟迪、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，阻礙學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的形成，缺乏更高層次的創(chuàng)新提升，在步入工作崗位后很難將所學(xué)知識與行業(yè)應(yīng)用聯(lián)系起來，從而缺少解決實際工程項目的能力，“翻轉(zhuǎn)課堂”等模式提高了學(xué)生自主有效的學(xué)習(xí)能力[1]。通信原理課程理論性強、概念抽象、公式復(fù)雜，授課過程中學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容難直觀理解、難以學(xué)以致用，易失去學(xué)習(xí)興趣與動力，雨課堂、智慧課堂等現(xiàn)代化技術(shù)手段的加入，潛移默化提升學(xué)生積極創(chuàng)新、工程實踐、團隊協(xié)作能力[2-3]。通信原理實驗課程可通過實驗箱或仿真平臺開展，前者的硬件電路固化在內(nèi)部箱內(nèi)，學(xué)生難以通過硬件電路連線和示波器調(diào)試掌握實驗原理，導(dǎo)致學(xué)生實驗和理論脫節(jié)，形成似學(xué)非學(xué)、似懂非懂的學(xué)習(xí)狀態(tài)；同時，因時間、區(qū)域的影響，基于硬件平臺的實驗教學(xué)資源面向?qū)W生開放時受到限制，且實驗設(shè)備的升級、擴展及后續(xù)維護成本較高。實際進行中可將虛擬仿真和硬件電路同時開展，兩者相輔相成加強了學(xué)生創(chuàng)新思維方法和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)[4-6]。針對不同專業(yè)、課程學(xué)時、學(xué)情等參差不齊的情況，引入BOPPPS、CDIO等模型開展教學(xué)，在教學(xué)模式、教學(xué)方式、教學(xué)目標、教學(xué)評價等角度進行優(yōu)化調(diào)整，注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、團隊協(xié)作意識的培養(yǎng)，取得學(xué)生工程應(yīng)用、創(chuàng)新能力提高的學(xué)習(xí)成果[7-9]。課程依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，立足教學(xué)內(nèi)容巧融思政元素，規(guī)劃線上線下學(xué)時分配，明確各單元教學(xué)目標與要求，掌握學(xué)情，調(diào)整教學(xué)過程。

3 混合式教學(xué)模式探索與實踐

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，巧融思政元素

教學(xué)內(nèi)容補充通信行業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)，面向應(yīng)用，以微課等形式融入無線協(xié)同通信、量子通信等技術(shù)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)方式，營造良好學(xué)習(xí)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；充分運用開物云、雨課堂等進行導(dǎo)學(xué)，課堂中用實例引入課程的前期知識，引導(dǎo)學(xué)生梳理已學(xué)知識點并對待學(xué)內(nèi)容有初步的了解，同時持續(xù)在課堂中以微課、科學(xué)家故事、時政熱點等形式融入思政元素，豐富思政教育內(nèi)容和載體，加強課堂教學(xué)效果。課程教學(xué)內(nèi)容從理論分析、工程實踐、創(chuàng)新應(yīng)用三個方面層層遞進，課內(nèi)理論教學(xué)中弱化推導(dǎo)，強化實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程，實踐教學(xué)采用兩條分支、三種方式，分支包括實驗與課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)，三種方式一是基于儀器設(shè)備開展實際實驗，二是利用Matlab軟件進行仿真研究，三是結(jié)合e-Labsim仿真平臺設(shè)計通信仿真系統(tǒng)；課外工程實踐中教師參與課題研究并引入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與動手實踐。擴充題庫，根據(jù)題目將題型設(shè)置為基礎(chǔ)題、提升題、綜合應(yīng)用題，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，逐步、有序推進課程學(xué)習(xí)。教師授課過程中歸納匯總每一單元教學(xué)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生更進一步明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，系統(tǒng)、有框架地學(xué)習(xí)課程。

3.2 調(diào)整教學(xué)模式，校企協(xié)同育人

課程充分利用省級實驗教學(xué)示范中心、ICT產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地等優(yōu)勢，促進高校與社會教育資源有力互動，為實現(xiàn)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。探索線上線下混合教學(xué)模式，采用線上教學(xué)時，通過學(xué)生自主方式進行線上學(xué)習(xí)，學(xué)生課前自主探索、教師課中適當引導(dǎo)、師生課后拓展交流；通過微視頻、PPT課件，使用多媒體和板書結(jié)合組織線下教學(xué)，在教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論、知識競賽等，多樣化開展理論、實踐教學(xué)。已開展多學(xué)期的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，通過學(xué)校開物云、雨課堂等平臺推送教學(xué)視頻片段，課件、講義、實驗指導(dǎo)書，按照課前、課中、課后的形式開展教學(xué)，進行在線作業(yè)、測驗、輔導(dǎo)答疑和小組討論等，結(jié)合師生評價進行實時質(zhì)量監(jiān)督。課程采用混合式教學(xué)模式如圖1所示。

3.3 改進教學(xué)方式，以學(xué)生為中心

借助雨課堂、開物云等平臺，混合教學(xué)過程，師生教學(xué)活動明確，實現(xiàn)從課堂“單向傳輸”到“單向引導(dǎo)+雙向溝通+多方互動”的轉(zhuǎn)變進行翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論、知識競賽等，學(xué)生學(xué)習(xí)主動、目的明確，符合當代以互聯(lián)網(wǎng)為平臺、線上線下同步學(xué)習(xí)等先進新型教育理念。利用Matlab開發(fā)教學(xué)輔助平臺，以波形的形式直觀展示課程重點和難點，演示抽樣定理等的驗證過程；運用e-Labsim仿真平臺設(shè)計通信仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制解調(diào)等，提升實踐環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量，銜接理論與實踐內(nèi)容。如在知識競賽環(huán)節(jié)，教師設(shè)計知識競賽方案、學(xué)生按照4～5人自行組隊，題型設(shè)置必答題、搶答題、冒險題，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動力、學(xué)習(xí)積極性及團隊協(xié)作能力。課程組織進行知識競賽流程框圖如圖2所示。

3.4 新型考核方式，增加不確定性

多樣化考核方式全面、隨機，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)意識。與教學(xué)方式、教學(xué)模式相輔相成，涵蓋教學(xué)內(nèi)容，借助雨課堂、開物云等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，結(jié)合新型教學(xué)方式，考核方式采用“過程+末考”的形式，過程側(cè)重反映學(xué)生的平時學(xué)習(xí)狀況，除上述兩項平時成績構(gòu)成因素以外，可以將預(yù)習(xí)、問題討論、翻轉(zhuǎn)課堂、單元測試等加入考核范疇，新元素以互聯(lián)網(wǎng)、手機等為載體，順應(yīng)時代變化，同時增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。作業(yè)、課堂測驗等實時教學(xué)監(jiān)督、師生評價反饋，便于持續(xù)改進，優(yōu)化閉環(huán)教學(xué)，多樣化考核方式各環(huán)節(jié)所占比例如圖3所示。

4 以“無碼間串擾基帶傳輸特性”為例，探索實施混合式教學(xué)模式

通信原理課程要求主講教師立足教學(xué)內(nèi)容有序開展課程教學(xué)。教師通過講解奈奎斯特第一準則，以微課形式講述科學(xué)家奈奎斯特的奮斗歷程，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹科學(xué)態(tài)度、勇敢探索未知、積極追求真理、攀登知識高峰的工匠精神，具備嚴謹縝密的科學(xué)思維和堅持不懈的科學(xué)精神，促進學(xué)生創(chuàng)新意識、知識遷移、工程應(yīng)用的統(tǒng)一。

1） 課前預(yù)習(xí)檢查：教師在雨課堂發(fā)布少量題目進行前測試，題目內(nèi)容與所學(xué)內(nèi)容和待學(xué)內(nèi)容相關(guān)，以選擇或判斷的形式查看學(xué)生對常見基帶傳輸碼型的編碼規(guī)則、信息傳輸過程中造成誤碼因素的掌握及理解情況，在了解知識點內(nèi)化的情況下同時實現(xiàn)學(xué)生考勤工作，替換傳統(tǒng)教學(xué)過程中的“點名”環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效率。

2） 課中引導(dǎo)：一是引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標，分析碼間串擾產(chǎn)生的情況（遇到問題）；二是引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，分析消除碼間串擾的原理（分析問題）；三是引導(dǎo)學(xué)生理解無碼間串擾的理論基礎(chǔ)，復(fù)雜公式簡單化，得到無碼間串擾的時域、頻域條件（解決問題）；四是引導(dǎo)學(xué)生將知識點掌握吸收，學(xué)會判斷抽樣點上能否實現(xiàn)無碼間串擾的過程（課堂測驗）；五是引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，分析理想基帶傳輸特性存在的問題，以實際中可實現(xiàn)的升余弦滾降系統(tǒng)為例（知識延伸），為學(xué)生展現(xiàn)解決工程問題的流程，引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計準則出發(fā)，具備全面發(fā)現(xiàn)、思考、解決問題的工程思維和不斷優(yōu)化系統(tǒng)的工程設(shè)計能力；六是結(jié)合Matlab、e-Labsim仿真平臺通過實驗手段方便地估計系統(tǒng)性能，掌握眼圖的測量過程，引導(dǎo)學(xué)生體會“實踐是檢驗真理的唯一標準”，將理論與實踐充分結(jié)合（參與式學(xué)習(xí)）；七是引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，融會貫通，強化并應(yīng)用知識點。

3） 課后拓展：教師提出問題，給學(xué)生安排任務(wù)，一是綜合已學(xué)知識，思考碼間串擾造成的誤碼能否徹底消除？在理想低通系統(tǒng)中，存在難以實現(xiàn)，且沖激響應(yīng)尾巴振幅大、收斂慢、對定時要求嚴格的情況；升余弦滾降系統(tǒng)可以克服以上缺點，但是以犧牲頻帶利用率為前提，兩者不能適應(yīng)高速傳輸?shù)陌l(fā)展；是否存在具備兩者優(yōu)點的系統(tǒng)？二是查閱開物云平臺資料，學(xué)生根據(jù)問題，聯(lián)系實際、查閱資料初步學(xué)習(xí)均衡技術(shù)，部分響應(yīng)系統(tǒng)，并將學(xué)習(xí)情況反饋授課教師，便于教師“有序、有理、有據(jù)”、學(xué)生有目標地開展課程教學(xué)。

5 教學(xué)改革成效和反思

經(jīng)過三年的教學(xué)改革，學(xué)生的綜合能力不斷提高，教師的教學(xué)素養(yǎng)也在持續(xù)改進。學(xué)生滿意度評價：經(jīng)過對學(xué)生進行課程問卷調(diào)查，學(xué)生對改革的參與度、滿意度較好，結(jié)合新型信息化教學(xué)手段，學(xué)生表現(xiàn)積極、反映良好，評教結(jié)果優(yōu)秀。

考核結(jié)果對比評價：通過對2018、2019、2020三屆學(xué)生統(tǒng)計通信原理課程平均分，知識傳授的初步成效分別體現(xiàn)為71.7、72.05、74.26，學(xué)生綜合考試成績逐年提升。目前課程改革還需要更進一步的創(chuàng)新與應(yīng)用，教師主導(dǎo)、學(xué)生主動，在保證課程教學(xué)效果的同時，更簡潔地梳理教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高應(yīng)用能力，促進不同學(xué)生的全面發(fā)展。

1） 每節(jié)課教學(xué)目標需要完善，以學(xué)習(xí)目標引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)要求、鍛煉思維模式。

2） 每節(jié)課重難點需要進一步簡化推導(dǎo)過程，針對不同學(xué)生的理解程度，優(yōu)化教學(xué)案例，采用類比教學(xué)日?；绞?，促進學(xué)生的直觀理解，避免“不懂、不會、不想”的惡性循環(huán)。

3） 思政案例、工程應(yīng)用實例等不夠豐富，限制學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、工程思維等能力的培養(yǎng)。

4） 在小組討論、知識競賽等團隊合作任務(wù)中，部分學(xué)生參與度不高，教師需進一步完善任務(wù)要求、調(diào)整任務(wù)內(nèi)容，理論聯(lián)系實際，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。

6 結(jié)束語

通信原理知識點較多、較雜，對高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較高，團隊分析課程特點及存在問題，掌握學(xué)情，提出基于應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)背景下混合式教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生有目標、有方法、有條理地進行課程學(xué)習(xí)。通過優(yōu)化課程教學(xué)評價體系，教師實時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，線上線下結(jié)合引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實踐，提高學(xué)生創(chuàng)新意識與工程思維。多樣化教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生團隊協(xié)作能力，實現(xiàn)合理閉環(huán)教學(xué)，并在日常課程建設(shè)和課程教學(xué)中落實應(yīng)用。