基于專題研討的通信工程專業(yè)課教學.doc

基于專題研討的通信工程專業(yè)課教學 曾菊玲，王剛，劉馨瓊，嚴朝軍 （三峽大學計算機與信息學院，湖北宜昌443002） 摘要：提出基于專題研討的通信工程專業(yè)課教學模式的設(shè)想，闡述專題確立及研討實施的方法，以斯坦福大學的無線通信原理課程為例，分析專題確立的科學性以及講授內(nèi)容與專題研討的相互支撐關(guān)系，以期對通信工程專業(yè)課教學改革有所幫助。 關(guān)鍵詞：專題研討；專題確立；研討實施；通信工程；無線通信原理 基金項目：國家自然基金項目（41172298）；三峽大學博士基金項目（06201xx9）；三峽大學教學基金項目（Jxx061）。 第一作者簡介：曾菊玲，女，副教授，研究方向為寬帶無線接入網(wǎng)的QOS技術(shù)及資源管理，julingzeng163.。 0引言 國內(nèi)很多高校嘗試了通信工程專業(yè)課教學改革，一些專業(yè)實力較強的大學如清華大學等1-2，提出學生直接參與科研項目的研究性教學模式，對改變專業(yè)課教學內(nèi)容陳舊、單一的現(xiàn)狀起到重要作用。然而，這一教學模式需要豐富的、合適的科研項目以及教師本身對學科前沿和工程實際的深入研究和學生良好的學科基礎(chǔ)作支撐，很多學校不具備這樣的條件。專題研討的教學模式中，專題的深度和覆蓋面更容易掌控，以專題為線索組織研討更便于學科前沿與基礎(chǔ)知識的融匯以及理論與實踐的結(jié)合，形成良好的課程體系；更便于發(fā)揮學生的主觀能動性，使其得到從知識準備到系統(tǒng)設(shè)計、從個人能力到團隊合作、從動手能力到語言表達等多方面的訓練。 1專題確立 合理選取專題是基于專題研討的專業(yè)課教學能否成功的關(guān)鍵。 首先，基于通信行業(yè)的發(fā)展特點，教師應(yīng)通過專題研究克服教學大綱和教材內(nèi)容陳舊的缺陷，令專題的內(nèi)容緊跟學科前沿，順應(yīng)通信行業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)狀。同時，考慮到教學的目的是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，專題新穎性和內(nèi)容寬窄程度應(yīng)有別于科學研究，選取那些具有相對明確發(fā)展方向和相對完善理論基礎(chǔ)的熱點問題，為學生從事專業(yè)工作奠定知識基礎(chǔ)，也為學生貫通前沿與基礎(chǔ)知識奠定能力基礎(chǔ)。因此，專題的新穎程度應(yīng)稍低于科研課題而覆蓋面更寬。 其次，選取的專題應(yīng)能在知識體系中提綱挈領(lǐng)，注重前沿與傳統(tǒng)、應(yīng)用與基礎(chǔ)、知識與能力、能力與素養(yǎng)的貫通，使繁雜的內(nèi)容以專題為線索體系化。同時，教師在專題研討中要注重專業(yè)課教學對學生的職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)，在教學內(nèi)容上不僅要考慮科學前沿，還要考慮行業(yè)及職業(yè)要求，提供專業(yè)知識和創(chuàng)新平臺。 以斯坦福大學AndreaGoldsmith教授主講的無線通信原理課程3為例。主講人AndreaGoldsmith從加州伯克利大學（UniversityofCalifornia-Berkeley）獲得博士學位，具有豐富的科研教學經(jīng)歷，是軟件定義無線網(wǎng)絡(luò)的Aelera公司和著名的高通公司發(fā)起人、首席科學家和首席技術(shù)官，也曾供職于MaximTechnologies、MemorylinkCorporation以及貝爾實驗室，其研究領(lǐng)域包括無線信息論及通信理論、認知無線電、傳感器網(wǎng)絡(luò)、綠色無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計、智能電網(wǎng)以及通信及信號處理在生命科學中的應(yīng)用，幾乎涉獵當前無線通信領(lǐng)域的所有前沿，對通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及硬件、軟件各行業(yè)都有相當高度的了解。教授多次主講無線通信原理并出版多部相關(guān)教材，豐富的教學科研經(jīng)歷使其擬定的專題具有很強的科學性。AndreaGoldsmith教授在無線通信原理課程擬定的專題見表14。 專題特點分析如下： （1）前沿性。表1中專題可分為應(yīng)用（1、6、9）、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)（2、3）、物理層技術(shù)（7、8）及基礎(chǔ)理論（4、5）研究四大類?；谝苿踊ヂ?lián)網(wǎng)的新型業(yè)務(wù)提供是當前移動通信的熱點和難點，而新型業(yè)務(wù)歸納起來主要有視頻類、交互類、社交類等。因此，所選應(yīng)用型專題無線視頻流傳輸（1）、網(wǎng)絡(luò)定位（6）這兩個專題具有較好的前沿性和覆蓋性；另一應(yīng)用型專題無線電力傳輸（9），將節(jié)能綠色通信與智能電力傳輸相結(jié)合，是未來家居智能的一個主要方向。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)研究專題量子通信（2）、無線連接3則為新型業(yè)務(wù)安全性、移動性及無縫接入提供新的網(wǎng)絡(luò)解決方案，其中包含量子密鑰、寬帶接入、異構(gòu)融合、虛擬網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容，緊跟新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的前沿研究。大規(guī)模MIMO（4）、無線通信新基礎(chǔ)探究（8）這兩個專題則從物理層面研究新型業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)所要求的并行高速和寬帶信道模型，緊跟MIMO信道信息論、新的信道建模理論等前沿內(nèi)容。表1中的專題以應(yīng)用前沿為導(dǎo)引，提出從應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)傳輸直至信道的網(wǎng)絡(luò)通信各個層面的前沿研究專題，便于學生直接切入不同層面的研究前沿。 （2）貫通性。9個專題中，1、6、9提出3個無線通信的應(yīng)用熱點，共同的核心問題是無線傳輸自適應(yīng)、高帶寬及有效性，自適應(yīng)通信實現(xiàn)方法需跨層設(shè)計，以能夠較好地實現(xiàn)上層與下層的貫通；以此為線索提出2、3兩個專題研究支撐新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，再往下的7、8兩個專題研究滿足新型網(wǎng)絡(luò)高帶寬、自適應(yīng)等要求的新的物理層技術(shù)，主要內(nèi)容圍繞新的高速并行信道建模及信息論展開；最后，4、5兩個專題研究傳統(tǒng)的信道建模理論，為前述專題提供支撐。可以看出，全部專題實現(xiàn)了應(yīng)用與基礎(chǔ)、前沿與傳統(tǒng)、上層與下層的融會貫通，便于形成良好的理論體系，培養(yǎng)學生追根溯源的能力。 （3）典型性。表1中的所有專題都是在移動互聯(lián)這一典型環(huán)境下，基于OSI分層模型每一層面的最核心內(nèi)容，具有很好的輻射性。專題4、5研究散射信道和多徑傳輸信道模型，這是移動通信最基本、最典型的信道建模方法。在此基礎(chǔ)上，專題7、8研究大規(guī)模MIMO等典型無線通信新技術(shù)中的建模及傳輸問題。專題2、3則在專題7、8的基礎(chǔ)上，研究新興業(yè)務(wù)支撐的典型網(wǎng)絡(luò)解決方案寬帶接入技術(shù)。專題1、6、9研究無線視頻流傳輸跨層優(yōu)化、基于傳播自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)定位以及無線電力傳輸。這些專題不僅體現(xiàn)了新興業(yè)務(wù)的集成性、可視性、交互性等典型特點，還包括了QoE、高帶寬、同步、移動性、信息安全等移動互聯(lián)的典型問題，三類業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方法跨層優(yōu)化也是目前具吸引力的設(shè)計方法。 （4）奠基職業(yè)。面向系統(tǒng)設(shè)計，專題分別從業(yè)務(wù)（專題1、6、9）、網(wǎng)絡(luò)（專題2、3）、射頻（專題4、5）、基帶（專題7、8）層面為學生奠定通信行業(yè)的四大主流職業(yè)基礎(chǔ)。 （5）成果要求。表1中的專題除了4、5外，其他都采用文獻綜述的成果展示形式，在創(chuàng)新性要求上低于科研成果要求，對知識和能力的要求更適合本科教學；同時便于學生通過大量閱讀形成相關(guān)專題的理論體系，通過積累和陳述培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，實現(xiàn)從學習知識到應(yīng)用知識的能力提升。 以上分析說明，專題的確立需要相關(guān)教師具有豐富的科研教學職業(yè)經(jīng)歷，在確立專題時首先跟蹤學科前沿，選取具有前沿性、貫通性和典型性的專題并兼顧職業(yè)需求。 2研討實施 2.1以研討與講授的有機結(jié)合代替單一的講授 講授法是目前最基本的教學方法，與此相應(yīng)的教學組織形式是班級授課制。這種以班級授課制為基礎(chǔ)的講授具有一定優(yōu)勢：以“課”為活動單元，循序漸進，系統(tǒng)完整；以講授為主，有利于發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用；固定的班級人數(shù)和統(tǒng)一的時間單位，有利于教學內(nèi)容和進度安排，保證教學的有序性?？茖W技術(shù)的進步對學生現(xiàn)代科學意識的要求提高，該方法也不可避免地暴露其局限性：完全以講授為主，學生的主動性和獨立性受到限制，探索精神和創(chuàng)造能力得不到培養(yǎng)；時間、內(nèi)容和進程的程序化、固定化導(dǎo)致教學活動中難以容納更多的特別是學科前沿的內(nèi)容和方法；以課程為活動單元，課時限制往往將某些完整的教材內(nèi)容人為地割裂，導(dǎo)致其缺乏系統(tǒng)性。 專題研討需要對這種班級授課形式揚長避短，首先由教師對一些公共基礎(chǔ)知識以班級為單位或者針對專題基礎(chǔ)以研討小組為單位統(tǒng)一講授，為研討提供知識保證，為教學有序進行提供基本保障。在此基礎(chǔ)上，在教師的指導(dǎo)和組織下，研討以專題為核心內(nèi)容，以小組為單位開展，打破班級和課堂的時間、空間、內(nèi)容限制，以保證研討的有序和連貫。 研討與講授有機結(jié)合是研討實施的前提條件。我們以斯坦福大學AndreaGoldsmith教授在無線通信原理這門課中的講授內(nèi)容（見表2）與專題之間的關(guān)系進行說明。 對比表1和表2，我們用圖1描述講授內(nèi)容與專題內(nèi)容的關(guān)系。圖中虛線線條描述了講授內(nèi)容之間的關(guān)系，講授內(nèi)容2、3、4、5、6、7分別從傳播、陰影損耗模型、衰落模型、多普勒擴展及時延等幾方面講述無線及移動信道特征，奠定無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)；內(nèi)容8、9、10、11、12、13則在此基礎(chǔ)上講述衰落信道的自適應(yīng)調(diào)制及抗衰落措施，講解主要的、基本的無線通信技術(shù)；內(nèi)容14、15、16講述MIMO信道特征及相關(guān)技術(shù)；內(nèi)容17、18、19講述OFDM、擴頻等寬帶通信技術(shù)，這是3G、4G的基礎(chǔ)，也是無線通信新技術(shù)。講授內(nèi)容本身從傳統(tǒng)到前沿形成了一個非常完善的基礎(chǔ)理論體系。圖1中實線線條描述了講授內(nèi)容與專題內(nèi)容之間的關(guān)系，9個專題都有充分的講授內(nèi)容支撐，例如，對于專題1無線視頻流傳輸跨層優(yōu)化，講授內(nèi)容為其提供了自適應(yīng)調(diào)制、OFDM資源分配、MIMO自適應(yīng)通信等多種通信技術(shù)以支持跨層優(yōu)化和保證質(zhì)（QoS）的自適應(yīng)視頻流傳輸。從圖中還可看出，專題研討反過來又為更高級的講授內(nèi)容提供支撐，例如，專題4、5是現(xiàn)代無線通信的2種典型信道，通過建?？梢詾闊o線電力傳輸、基于傳播自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)定位等專題奠定堅實基礎(chǔ)，也為講授衰落信道自適應(yīng)調(diào)制打下基礎(chǔ)。講授內(nèi)容與專題研究互為基礎(chǔ)，逐漸延伸到科技前沿和工程實際。 2.2以專題研討升華實踐教學 目前的教學實踐形式有實驗、實習實訓、社會實踐等5-6。單一的實踐形式不能提高學生的綜合素養(yǎng)。在專題研討中，教師一方面需要根據(jù)專題內(nèi)容設(shè)計一些探索性或仿真性綜合實驗，由于從原理設(shè)計到系統(tǒng)實現(xiàn)、再到結(jié)果分析都需要自主完成，因此可以使專業(yè)理論知識、綜合實踐能力、創(chuàng)新精神及人文精神相互融合，避免實驗的驗證性傾向；另一方面，通過專題確立階段的行業(yè)發(fā)展、社會需求調(diào)查和信息收集，通過研討階段的相互協(xié)作，提高學生的信息能力、方法獲取能力、社會交往能力等社會實踐能力，同時通過專題的前沿性提升整個實踐過程的創(chuàng)新性，將創(chuàng)新精神貫穿于各實踐環(huán)節(jié)。 2.3將能力培養(yǎng)貫穿專題研討過程 用大學所獨具的濃郁文化氛圍和精神氣質(zhì)以及大學教師傳授知識、從事科學研究所體現(xiàn)出的儒雅氣質(zhì)和嚴謹作風，促進學生精神與思想境界的提升，是研討的任務(wù)之一1。通過研討，學生學會與他人進行科學、文化交流與切磋，學會團結(jié)協(xié)作，是研討的另一作用。具體來說，我們將能力分為個人知識能力、系統(tǒng)建構(gòu)能力和人際交往能力；將專題研討分為5個過程，將能力培養(yǎng)貫穿于整個研討過程。表3為專題研討的每一過程與學生能力成長的對應(yīng)關(guān)系，5個過程中，個人知識能力經(jīng)歷從上至下再從下至上的兩個知識及技術(shù)推理過程訓練，系統(tǒng)構(gòu)建方面則經(jīng)歷系統(tǒng)分解再重新合成兩個過程。 3結(jié)語 專題探討模式使通信工程專業(yè)課教學瞄準時代前沿，統(tǒng)領(lǐng)基礎(chǔ)，開啟專業(yè)，優(yōu)化課程體系，凝練課程內(nèi)容，從各環(huán)節(jié)提高學生的綜合素養(yǎng)，是一項非常有意義的工作。在專題確立、講授配合、研討組織等方面還有待于我們進一步研究。 參考文獻： 1馬開劍.大學教學論基礎(chǔ)M.濟南:山東大學出版社，xx:8-18. 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