通信原理課程教學(xué)方法的改革

通信原理課程教學(xué)方法的改革通信原理課程教學(xué)辦法的改革

一、引言

通信原理是高等院校電子信息與通信項(xiàng)目學(xué)科的專業(yè)根底課，課程的主要任務(wù)是以現(xiàn)代通信系統(tǒng)為背景、以通信系統(tǒng)的模型為主線，講述現(xiàn)代通信的根本原理、根本技術(shù)和通信系統(tǒng)性能的分析辦法，以適應(yīng)現(xiàn)代信息社會(huì)對(duì)通信人才的需求。

通信原理課程的主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、直觀性差、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多，而且波及到數(shù)學(xué)、信號(hào)等多門前修課程，學(xué)習(xí)難度大。在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映課堂教學(xué)難于理解和掌握，教學(xué)效果不理想。因此，教學(xué)改革的要求很迫切。

二、本校通信原理教學(xué)中存在的問題

現(xiàn)有的教學(xué)模式仍不能很好的適應(yīng)教學(xué)現(xiàn)狀，問題主要有下列幾點(diǎn)：

第一、理論教學(xué)與通信產(chǎn)業(yè)與通信新技術(shù)的聯(lián)系不夠密切，需適當(dāng)關(guān)注通信新技術(shù)的開展。

第二、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏，在活潑課堂氛圍、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面要進(jìn)一步深入探討并進(jìn)行改革。

第三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有待于改革。

三、通信原理授課思路和策略

教學(xué)過程中，需要抓住課程主線和章節(jié)脈絡(luò)及相互關(guān)系、理清思路，這樣可以把抽象的知識(shí)連貫起來，更容易掌握。通信原理課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)由通信系統(tǒng)的一般模型展開，各章即為系統(tǒng)模型中各模塊的介紹，一般先圍繞系統(tǒng)框圖介紹原理，并通過各模塊前后有用信號(hào)和噪聲的時(shí)域、頻域表示形式來展開講解；然后，圍繞評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)的兩個(gè)最重要的質(zhì)量指標(biāo)展開分析和討論，即有效性和可靠性。對(duì)可靠性來說，就是要討論模擬通信系統(tǒng)的信噪比和數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率，對(duì)有效性來說，就是要分析帶寬和頻帶利用率。最后，講完相關(guān)章節(jié)時(shí)，總結(jié)、比擬一下各種通信系統(tǒng)的原理及其有效性、可靠性，可以起到復(fù)習(xí)的效果。如各模擬通信系統(tǒng)的相干解調(diào)器框圖根本相同的、數(shù)字系統(tǒng)的相干解調(diào)框圖與模擬系統(tǒng)的相比擬只不過最后多了一個(gè)抽樣判決等。

四、教學(xué)改革

受浙江省2022年教育科學(xué)規(guī)劃〔高校〕課題資助，針對(duì)通信原理課程存在的上述問題，我們從理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)辦法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面著手進(jìn)行了教學(xué)改革。

1.教材與課程內(nèi)容

目前，國內(nèi)通信原理的教材非常多，其中，西安電子科技大學(xué)樊昌信教授的?通信原理》最為經(jīng)典，內(nèi)容豐盛、體系較為完整，因此，我們以該版本的“通信原理〞作為根本教材，并自編輔助教材介紹與教材各局部?jī)?nèi)容相關(guān)的一些新理論、新技術(shù)。

自編輔助教材或教案時(shí)，將與學(xué)生專業(yè)有關(guān)的科研成果、典型通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)案例分析等滲透到教學(xué)內(nèi)容中去。示例在講解模擬調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能時(shí)，教師可以簡(jiǎn)要介紹最新的基于小波理論的信號(hào)降噪辦法。再如，在講數(shù)字調(diào)制解調(diào)新技術(shù)時(shí)講些GSM和CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)等，這樣做既可讓學(xué)生了解最新的學(xué)科知識(shí)，又可以引起學(xué)生的興趣。

2.實(shí)踐教學(xué)

主要從下列兩個(gè)方面著手改革。

〔1〕引入Matlab仿真實(shí)驗(yàn)。本校目前的通信原理課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，主要是圍繞通信原理實(shí)驗(yàn)箱開設(shè)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這種類型的實(shí)驗(yàn)大都是演示性和驗(yàn)證性的，實(shí)驗(yàn)步驟都是事先安頓好的，學(xué)生動(dòng)手操作的范圍有限，使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)興趣不高，無法滿足提高動(dòng)手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的要求。另外，與實(shí)驗(yàn)箱配套的實(shí)驗(yàn)根本上局限在單一的知識(shí)點(diǎn)上，難以建立通信系統(tǒng)級(jí)的概念。

而仿真軟件的引入可以很好地彌補(bǔ)上述缺陷，極大地提高實(shí)驗(yàn)的綜合性和設(shè)計(jì)性，在學(xué)生使用Matlab等仿真軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)的過程中，要設(shè)計(jì)系統(tǒng)計(jì)劃、搭建模型、設(shè)置仿真參數(shù)，直至運(yùn)行、改良等具體工作，這對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是一種有力的鍛煉。另外，軟件仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既可與根本理論相結(jié)合而設(shè)置，又能與硬件實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充。如：對(duì)于FM調(diào)制技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)中，主要目的是驗(yàn)證調(diào)制原理，在示波器上察看時(shí)域波形的變化。而在Matlab仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制技術(shù)，那么可以靈活設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，仿真不同信噪比下的誤碼率等性能，察看頻譜特點(diǎn)，分析功率分配等問題，這些方面是目前實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)所不具備的，但卻是學(xué)生需要掌握的。實(shí)踐說明，采用軟件仿真試驗(yàn)，教學(xué)效果好，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

〔2〕利用Matlab仿真演示輔助課堂教學(xué)。利用Matlab仿真輔助教學(xué)，將抽象的內(nèi)容教學(xué)寓于形象直觀、啟發(fā)性強(qiáng)的仿真演示中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。示例，在講解“無碼間干擾傳輸特性的奈奎斯特準(zhǔn)那么〞時(shí)，通過仿真先演示理想沖激脈沖序列及其系統(tǒng)響應(yīng)，讓學(xué)生注意察看脈沖序列疊加的情況，并適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考：“粗看，輸出端各脈沖序列的系統(tǒng)響應(yīng)是疊加的，無法恢復(fù)，但仔細(xì)察看，是否存在不疊加的時(shí)刻《〞在教師的引導(dǎo)下，同學(xué)們會(huì)發(fā)現(xiàn)在一些點(diǎn)上只有一個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)有最大值而其他系統(tǒng)響應(yīng)為零，而且這些點(diǎn)是周期性出現(xiàn)的。然后，教師點(diǎn)評(píng)：“只要我們?cè)谶@些點(diǎn)上對(duì)信號(hào)抽樣，就可以做到無碼間干擾，否那么，碼間干擾現(xiàn)象就無法防止，則，如何才能做到恰巧在這些點(diǎn)上抽樣？即抽樣應(yīng)該滿足什么條件〞，這樣，學(xué)生就會(huì)對(duì)問題有整體和實(shí)質(zhì)性的認(rèn)識(shí)。奈奎斯特準(zhǔn)那么的內(nèi)容較抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)也很多，在有限的課堂教學(xué)過程中，如果僅作數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論講解，效果并不好。所以在講授類似內(nèi)容時(shí)，把嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)留給學(xué)生課后，而把課堂的大局部時(shí)間留給仿真演示，由教師引導(dǎo)學(xué)生察看和思考，通過這種伎倆提高教學(xué)效果。

〔3〕課堂教學(xué)改革。教學(xué)伎倆、教學(xué)辦法改革是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

①教師與學(xué)生間的互動(dòng)

教師與學(xué)生間的有效互動(dòng)，對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性非常有幫忙。

在講完一章內(nèi)容之后，安頓20到30分鐘時(shí)間，讓學(xué)生來總結(jié)該章內(nèi)容，老師那么坐在臺(tái)下。只有學(xué)生在整章內(nèi)容的講授過程中認(rèn)真聽課，抓住老師強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，才可以總結(jié)章節(jié)的內(nèi)容。因此，學(xué)生要能做到比擬順暢地總結(jié)章節(jié)內(nèi)容，就必須認(rèn)真聽課，這無形之中就調(diào)動(dòng)起他們聽課的積極性和主動(dòng)性，請(qǐng)他們來總結(jié)章節(jié)的內(nèi)容既幫忙他們回顧和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶，又鍛煉了他們語言敘述和歸納總結(jié)的能力，增強(qiáng)了他們的自信心。

教師坐在臺(tái)下，可以換一個(gè)角度來審視自己講授的內(nèi)容是否完整，講課方式是否得當(dāng)，并及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。在講完數(shù)字頻帶信號(hào)后，我從學(xué)生的總結(jié)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的理解大都比擬淺薄，這有可能是因?yàn)槲覜]講解分明，忘了比擬不同調(diào)制方式下的異同、以及模擬調(diào)制與相應(yīng)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)間的異同，包括調(diào)制器、解調(diào)器、誤碼率推導(dǎo)等方面。在學(xué)生總結(jié)完之后，我就以上問題重新做了補(bǔ)充講解。

經(jīng)過上述教學(xué)改革試驗(yàn)，結(jié)果說明同學(xué)們聽課的積極性越來越高，課堂互動(dòng)效果明顯改善，課堂上看小說、打瞌睡、小聲聊天、發(fā)短信的現(xiàn)象減少了。

②傳統(tǒng)板書與仿真課件、電子課件相結(jié)合

由于“通信原理〞理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)不少，如果教師花很大一局部時(shí)間用在公式推導(dǎo)上，或者用很多時(shí)間去寫一大串公式，這樣做必然導(dǎo)致教學(xué)效率低下，教學(xué)效果肯定不好。如果采用多媒體教學(xué)，簡(jiǎn)單地把教學(xué)內(nèi)容制成課件，這樣教學(xué)的信息量雖然大，但學(xué)生像看電影一樣走馬觀花式的學(xué)習(xí)，自然不能完全理解教學(xué)內(nèi)容。因此，片面強(qiáng)調(diào)單一教學(xué)伎倆是不正確的，需要多種教學(xué)伎倆并用。傳統(tǒng)板書法適應(yīng)于理論公式推導(dǎo)多的情況，其優(yōu)點(diǎn)是能夠集中學(xué)生精力，可以說用筆尖帶領(lǐng)學(xué)生思路走。如：對(duì)于復(fù)雜的公式動(dòng)手推導(dǎo)，重要的定理、結(jié)論板書在黑板上，這樣做會(huì)得到事半功倍的效果，提高教學(xué)效果。對(duì)于抽象的內(nèi)容，如2ASK、2FSK、2PSK等的誤碼率分析，適合采用仿真課件講解，通過MATLAB仿真獲得三種動(dòng)態(tài)曲線，而且可隨時(shí)修改參數(shù)把最正確狀態(tài)展現(xiàn)出來，相反，如果只通過板書把誤碼率曲線畫到黑板上進(jìn)行分析，總覺得說服力不強(qiáng)。對(duì)表達(dá)性多的，公式推導(dǎo)少的章節(jié)可以采用電子課件，講解各種頻譜圖、調(diào)制解調(diào)框圖等也適合用多媒體電子課件。

③充沛利用所學(xué)內(nèi)容與已有知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系

讓學(xué)生將原有的知識(shí)與將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容發(fā)生聯(lián)系，學(xué)生就會(huì)饒有興趣地投入到新內(nèi)容的學(xué)習(xí)。示例，在講授碼分多址時(shí)，要先結(jié)合前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過的頻分多址和時(shí)分多址的知識(shí)，指出這兩種方式在用戶數(shù)增大時(shí)面臨的瓶頸，如何解決呢《接著教師結(jié)合碼元正交介紹偽隨機(jī)序列的原理及其使用情況，當(dāng)學(xué)生聽完介紹后會(huì)對(duì)碼分多址很感興趣，這就激起了學(xué)生好奇心，從而使整個(gè)課堂充斥了生機(jī)和活力！多年的教學(xué)實(shí)踐說明，充沛利用各局部