王 彬 黃 焱 徐 音

中國人民解放軍信息工程大學(xué)信息工程學(xué)院 河南鄭州 450002

通信系統(tǒng)教學(xué)改革與實踐

王 彬 黃 焱 徐 音

中國人民解放軍信息工程大學(xué)信息工程學(xué)院 河南鄭州 450002

通信系統(tǒng)課程具有專業(yè)性和綜合性強、教學(xué)內(nèi)容更新快等特點，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目標，對通信系統(tǒng)課程改革進行了探索與實踐。實踐表明，通過先進的教學(xué)內(nèi)容、多元化教學(xué)方法和手段、優(yōu)化的課程實驗以及客觀全面的評價體制，進一步提高了教學(xué)質(zhì)量，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和自主學(xué)習(xí)能力。

通信系統(tǒng)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

通信系統(tǒng)是信息工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，課程涵蓋了多種典型無線通信系統(tǒng)，包括微波中繼通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、原理和技術(shù)。課程通過具體典型通信系統(tǒng)的剖析，旨在加深學(xué)生對通信基礎(chǔ)理論的理解和掌握，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

筆者結(jié)合多年教學(xué)實踐經(jīng)驗，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為核心，以教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革為出發(fā)點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程實驗和考核評價4個方面進行了改革與探索，并取得了較好的效果。

1 精心安排教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的選取和組織反映了課程的教學(xué)理念。我們在《現(xiàn)代通信系統(tǒng)》教材的基礎(chǔ)上，以應(yīng)用需求為牽引，以基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)和方法作支撐，適當融入前沿理論和技術(shù)，達到知識體系脈絡(luò)清晰、重點突出、基礎(chǔ)與前沿兼顧和理論與實踐結(jié)合的目標。

1.1 以“系統(tǒng)”的觀念引領(lǐng)教學(xué)，做到內(nèi)容全面、重點突出

通信系統(tǒng)是以具體通信系統(tǒng)為對象，介紹現(xiàn)代通信理論、差錯控制和數(shù)據(jù)壓縮等理論在不同系統(tǒng)中的應(yīng)用。如果將通信系統(tǒng)比喻成一座橋梁，通信原理、信道編碼和信源編碼等課程則是構(gòu)筑這座橋梁的橋墩。在教學(xué)過程中，我們注重相關(guān)課程間的聯(lián)系，將“系統(tǒng)”的思想貫穿始終，對于所涉及的前期課程知識，突出其在系統(tǒng)中的作用，淡化基本原理和技術(shù)等重復(fù)性內(nèi)容，使學(xué)生從系統(tǒng)的角度深刻理解相關(guān)理論和技術(shù)，重點培養(yǎng)學(xué)生對有關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)的靈活應(yīng)用能力。比如，典型數(shù)字通信系統(tǒng)中包括信道編碼環(huán)節(jié)，通過前一學(xué)期信道編碼課程學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了具體的編碼和譯碼方法，在教學(xué)過程中，我們突出信道編碼在系統(tǒng)中的作用，比如在“信道編碼有助于提高系統(tǒng)傳輸可靠性”這一結(jié)論的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生推出“在相同誤碼率下，采用信道編碼可以允許降低發(fā)送端的發(fā)射功率”和“在相同誤碼率下，保持發(fā)送功率不變，采用信道編碼可以提高信息傳輸速率”等結(jié)論，這些結(jié)論在頻帶受限和功率受限系統(tǒng)設(shè)計和評估上是有用的。近幾年的教學(xué)實踐表明，以“系統(tǒng)”為主線將眾多孤立的知識點貫穿起來，不僅有助于解決大量知識點與較少學(xué)時之間的矛盾，而且有助于學(xué)生加深對前期課程的理解和應(yīng)用，形成“系統(tǒng)”的思維方式。

1.2 根據(jù)專業(yè)方向和應(yīng)用需求選擇教學(xué)內(nèi)容，做到理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合

通信系統(tǒng)是在某種特定傳輸媒質(zhì)上，信息由信源發(fā)送到信宿所需要的設(shè)備和技術(shù)的總和(如圖1所示)。不同專業(yè)的教學(xué)側(cè)重點不同，比如對于通信工程或者電子工程專業(yè)的學(xué)生，系統(tǒng)中硬件設(shè)備的組成和工作原理是重點。我系的信息工程專業(yè)主要面向通信信號分析和處理，我們將教學(xué)重點放在通信技術(shù)、信號處理算法和通信協(xié)議的分析和應(yīng)用。在教學(xué)過程中，我們注重物理意義、數(shù)學(xué)建模和工程實現(xiàn)相結(jié)合，適當?shù)貙⑽覀兊目蒲谐晒脱邪l(fā)經(jīng)驗融入教學(xué)，如結(jié)合筆者承擔(dān)的河南省基礎(chǔ)與前沿項目的研究成果，將信道盲辨識與盲均衡理論和技術(shù)引入到短波通信系統(tǒng)中的接收機設(shè)計中；結(jié)合課題組的某型號衛(wèi)星接收機研發(fā)項目，將衛(wèi)星多載波時分多址的概念和關(guān)鍵技術(shù)帶入課堂。同時，根據(jù)應(yīng)用需求，我們從2008年開始逐步增大了通信協(xié)議教學(xué)力度，增加了衛(wèi)星DVB-RCS通信協(xié)議和短波第三代自適應(yīng)通信協(xié)議，并編寫了補充教材。

圖1 通信系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

1.3 通信技術(shù)飛速發(fā)展，通信系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容必須與時俱進才能保持先進性

多年來，我們在突出基本理論和技術(shù)的同時，注重新技術(shù)和通信領(lǐng)域大事件的跟蹤，結(jié)合通信技術(shù)的時效性調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。比如，結(jié)合現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢，2008年我們在緒論中增加了“認知無線電”的概念；在衛(wèi)星通信系統(tǒng)方面，密切跟蹤我國廣播電視衛(wèi)星的發(fā)展，將“鑫諾3號”和“鑫諾6號”衛(wèi)星的發(fā)射和運行情況及時帶入課堂，并于2008增加了衛(wèi)星DVB-RCS通信系統(tǒng)有關(guān)概念和通信協(xié)議；移動通信方面，我們于2007年引入4G移動通信系統(tǒng)概念和關(guān)鍵技術(shù)，2009年增加LTE有關(guān)概念和發(fā)展現(xiàn)狀；短波通信方面，于2009年增加了短波第三代自適應(yīng)通信系統(tǒng)等內(nèi)容。教學(xué)實踐表明，先進的教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生對新技術(shù)的敏感性很有幫助。

2 靈活運用教學(xué)方法與手段

教學(xué)是通過教與學(xué)的思想交流，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考、質(zhì)疑、探索和發(fā)現(xiàn)的過程。在這個過程中，學(xué)生獲得的不僅是知識，更重要的是發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。通信系統(tǒng)課程涵蓋面廣，知識點繁多，很多知識比較抽象，容易使學(xué)生產(chǎn)生枯燥、畏難以及厭學(xué)等情緒。教師必須靈活運用各種教學(xué)手段，創(chuàng)新教學(xué)方法，吸引學(xué)生，使學(xué)生能夠跟隨教學(xué)的步調(diào)，進行教與學(xué)的思想交流。

(1)在教學(xué)手段上，我們充分利用多媒體技術(shù)，將靜態(tài)的知識動態(tài)化、過程化，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對課程內(nèi)容的理解。我們利用Powerpoint和Flash動畫技術(shù)，將一些比較抽象的分析過程和通信過程用動畫形式形象地呈現(xiàn)出來，比如，ALOHA信道利用率分析過程；衛(wèi)星通信系統(tǒng)中SPADE通信過程和衛(wèi)星DVB-RCS系統(tǒng)中新用戶入網(wǎng)過程等。我們利用Simulink和Matlab現(xiàn)場演示某些通信系統(tǒng)的工作過程并分析其性能，這種方式能夠動態(tài)顯示各環(huán)節(jié)的時域信號波形和頻域波形，而且可以觀察系統(tǒng)參數(shù)對誤碼率性能的影響。比如，直接序列擴頻系統(tǒng)中信號在擴頻前后時域和頻域波形變化和誤碼性能分析；信道編碼在通信系統(tǒng)中的作用及性能分析等。

(2)在教學(xué)方法上，我們從學(xué)生的實際情況出發(fā)，靈活運用啟發(fā)式、問題式和研討式教學(xué)方法。通信系統(tǒng)是在通信原理和信道編碼等課程基礎(chǔ)上的綜合和提高，雖然學(xué)生已經(jīng)具備了一些基礎(chǔ)知識，但是這些知識往往是孤立的、抽象的甚至是教條的，缺乏利用基礎(chǔ)理論分析和解決實際問題的能力。為了激發(fā)學(xué)生積極思考、提高分析問題能力，課堂上經(jīng)常結(jié)合一些具體應(yīng)用提出問題，學(xué)生必須通過綜合分析和思考才能給出答案。比如：直接序列擴展頻譜通信接收機先解擴再解調(diào)與先解調(diào)再解擴有什么不同；為什么通信過程中的公共信令或者前導(dǎo)碼部分常用BPSK進行載波調(diào)制等問題。解答過程中要充分尊重學(xué)生，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的見解，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論。另外，由于知識的獲取與啟迪除了有賴于課堂教授的講解，更重要的是透過與他人見解的交換與概念的澄清。我們在研討式教學(xué)方面進行了一些嘗試。第一，結(jié)合有關(guān)章節(jié)邀請具有豐富工程實踐經(jīng)驗的教師或工程技術(shù)人員授課、座談，由于他們對有關(guān)原理、應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀具有更深刻的認識，可以從不同角度豐富學(xué)生的視野，通過互動交流解決學(xué)生學(xué)習(xí)以及思想上的一些困惑。第二，我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計了一些具有綜合性、設(shè)計性和實踐性的題目，以大作業(yè)的形式分配給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)不同題目組成研究小組，通過查閱資料、分析設(shè)計、仿真驗證、撰寫論文和匯報交流等環(huán)節(jié)完成作業(yè)。在各環(huán)節(jié)中教師發(fā)揮指導(dǎo)作用，即深入各小組幫助制定研究方案、討論分析仿真結(jié)果、輔導(dǎo)學(xué)生匯報和組織討論。整個過程要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，鍛煉團隊合作能力，提高語言溝通和表達能力。

3 優(yōu)化課程實驗

為了培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)、較強動手能力和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)人才，必須加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)。我們根據(jù)學(xué)院的實際情況，充分利用計算機仿真實驗的便利條件，合理配置演示性、驗證性和設(shè)計性實驗。演示性實驗以教師為主體，包括課堂演示和深入科研一線現(xiàn)場示教等環(huán)節(jié)。驗證性和設(shè)計性實驗則是以學(xué)生為主體，根據(jù)教師設(shè)計的實驗題目展開實驗。目前，我們設(shè)計的實驗內(nèi)容見表1，每個題目中包含一個驗證性實驗作為其它設(shè)計性實驗的參考范例，該實驗給出仿真基本框架和參考例程，幫助學(xué)生入門、引導(dǎo)學(xué)生進行設(shè)計。系統(tǒng)仿真實驗采用Matlab/Simulink

工具軟件，Simulink是基于時間流的鏈路級仿真方法，可以將仿真系統(tǒng)建模與工程中通用的方框圖設(shè)計方法統(tǒng)一起來，更加方便地對系統(tǒng)進行可視化建模，并且仿真結(jié)果可以近乎實時地通過可視化模塊顯示出來。系統(tǒng)中的各模塊可以采用Simulink庫中的模塊，也可以自己用Matlab編程實現(xiàn)，然后通過S函數(shù)形成自定義模塊。

表1 通信系統(tǒng)實驗

實踐表明，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上開展設(shè)計性實驗對提高學(xué)習(xí)效率、提高學(xué)習(xí)積極性效果明顯。通過課程實驗，同學(xué)們不僅加深了對課程內(nèi)容的理解，澄清了模糊的認識，而且鍛煉了科研攻關(guān)能力，培養(yǎng)了嚴謹求實的科學(xué)作風(fēng)。

4 合理設(shè)置評價標準

傳統(tǒng)的考核方式是期末筆試，這種方式不能客觀、準確地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。我們結(jié)合教學(xué)的各個環(huán)節(jié)采取多元化綜合評估，將總成績劃分為：課程總成績=期末筆試(70%)+平時成績(10%)+研討課成績(10%)+實驗成績(10%)。其中平時成績由作業(yè)完成情況、期中測驗及出勤情況組成。這種方式不僅較好地配合了教學(xué)全過程，而且比較全面地評價了學(xué)生對課程的掌握情況，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

5 結(jié)束語

近年來，為了培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，我們結(jié)合學(xué)院實際情況，對通信系統(tǒng)課程進行了一些教學(xué)改革和探索，取得了一些成果，比如課堂教學(xué)多次受到學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)組表揚，任課教師多次獲得學(xué)院教學(xué)質(zhì)量獎；學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣濃厚，動手能力、表達能力和團隊精神均有大幅度提高。但是我們?nèi)杂泻芏嗖蛔?，比如實驗環(huán)節(jié)缺乏應(yīng)有的硬件實驗環(huán)境；課后交流缺乏完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等問題。今后，我們會在進一步提高自身教學(xué)和科研水平的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加大通信系統(tǒng)課程改革力度，開發(fā)硬件實驗環(huán)境，建立完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，使之成為我系最具特色的優(yōu)質(zhì)課程之一。

[1] 牛忠霞，冉崇森，劉洛琨，等.現(xiàn)代通信系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003

[2] 啜鋼，王文博，齊兆群，等.移動通信精品課程教學(xué)改革實踐與探討[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2009，11(4)：85～90

[3] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008

[4] 蔣鈴鴿，黃繼翔.通信原理多元化教學(xué)的探索實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009：31(3)：95～97

Teaching reform and exploration on communication system

Wang Bin, Huang Yan, Xu Yin
Information engineering university of P.L.A., Zhengzhou, 450002, China

According to the professional, comprehensive and fast updated characteristics of the course of communication system, the practice and exploration are made to improve the overall quality of students. Through the aspects of advanced teaching contents, diversif ed teaching methods and means, optimized course experiments and objective and comprehensive evaluation system, the quality of teaching is further improved and the student’s awareness of innovation and autonomous learning ability are trained effectively.

communication system; teaching reform; teaching method

2011-04-02 稿件編號：1104005

王彬，博士，講師。黃焱，教授。徐音，碩士，講師。