劉佳，謝芳清（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣州　510225）

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通信原理案例教學(xué)方法改革探索

劉佳，謝芳清
（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣州510225）

摘要：

關(guān)鍵詞：

通信原理；案例教學(xué)；教學(xué)方法；仿真軟件

0　引言

通信系統(tǒng)從最初的固定、窄帶、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)到今天的移動(dòng)、寬帶與網(wǎng)絡(luò)化的巨大變化，我們深有體會(huì)。作為帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)的重要引擎，無線通信業(yè)的平穩(wěn)快速發(fā)展，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善提高人民生活質(zhì)量、提升我國(guó)科技實(shí)力起著非常重要的作用。為了滿足無線通信業(yè)的快速發(fā)展，社會(huì)需要高?！拜斔汀备哔|(zhì)量的通信人才。因此，各高校的通信工程專業(yè)的學(xué)生不僅需要有扎實(shí)的理論知識(shí)，還應(yīng)該有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通信工程專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程是《通信原理》。然而在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為這門課程理論性太強(qiáng)，太枯燥，當(dāng)面對(duì)具體問題時(shí)，不知該如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來給出切實(shí)可行的解決方案。

1　案例教學(xué)改革

為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，加強(qiáng)實(shí)踐性案例教學(xué)環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力則顯得十分重要。大多數(shù)課程的教學(xué)引入了案例教學(xué)模式[1-3］。案例教學(xué)有利于加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解。理論教學(xué)為案例教學(xué)提供了分析問題的基礎(chǔ)和原理，而案例教學(xué)有利于加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解，這兩者存在著相互補(bǔ)充和相互促進(jìn)的關(guān)系。在教學(xué)過程中，既不能采取從頭到尾系統(tǒng)講授的教學(xué)方法，也不宜整個(gè)課程全部都引用案例教學(xué)。這是因?yàn)?，案例教學(xué)具有局限性。由于案例一般是針對(duì)具體的數(shù)據(jù)對(duì)象，不容易抽象上升為一般性的系統(tǒng)規(guī)律。

本文擬在理論講解前，給出綜合性案例，讓學(xué)生站在一定高度理解待講解的教學(xué)內(nèi)容，更加形象地理解待講解的理論知識(shí)，更加清楚為什么要學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，及這部分知識(shí)有何用途，鍛煉學(xué)生的綜合分析能力；在理論授課過程中，給出驗(yàn)證性案例，讓學(xué)生清楚地明白如何將所學(xué)的理論知識(shí)用仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐，利用動(dòng)畫進(jìn)行展示，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的興趣；在理論講解后，給出設(shè)計(jì)性案例，設(shè)計(jì)性案例多由一些比較簡(jiǎn)單的案例組成，此案例的設(shè)計(jì)最好能通過幾種辦法解決，既可以用前面所學(xué)的知識(shí)來解決，又可以運(yùn)用剛學(xué)過的知識(shí)，通過對(duì)比，可以更深刻地理解剛學(xué)過的知識(shí)，讓學(xué)生在課后主動(dòng)完成，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力。

2　案例教學(xué)的設(shè)計(jì)

2.1綜合性案例的設(shè)計(jì)

對(duì)于某一門課而言，我們嘗試構(gòu)建思維框圖，將盡可能多的知識(shí)點(diǎn)涵蓋在這個(gè)框圖中，這樣一來，可以將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，不易忘記。同樣，在設(shè)計(jì)綜合性案例的時(shí)候，要求設(shè)計(jì)的案例中試圖包含盡可能多的知識(shí)點(diǎn)。然而這些知識(shí)點(diǎn)不是簡(jiǎn)單的堆積，而是有機(jī)系統(tǒng)地連在一起。再者，通過對(duì)綜合案例的分析，可以在全局的角度上理解待學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如，在《通信原理》中，綜合性案例可以設(shè)計(jì)為：某數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源發(fā)送某二進(jìn)制信息后要經(jīng)過保密編碼、信道編碼、調(diào)制、再發(fā)送到信道，到了接收端進(jìn)行解調(diào)、信道譯碼、保密譯碼，最后得到二進(jìn)制信息序列。

通過分析上述案例，我們給出如下模型，如圖1所示：

圖1　數(shù)字通信系統(tǒng)模型

該模型包含了很多知識(shí)點(diǎn)，例如，信源編碼及譯碼（保密編碼及譯碼）、信道編碼及譯碼、調(diào)制及解調(diào)、信道（加噪聲）。這些知識(shí)點(diǎn)貫穿了《通信原理》大部分章節(jié)[4］。首先，我們應(yīng)該給學(xué)生介紹各知識(shí)點(diǎn)在此模型中起到的作用，揭示我們學(xué)習(xí)此知識(shí)點(diǎn)的目的，使學(xué)生全局性地理解待學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的“位置”。

在學(xué)習(xí)此思維框圖中的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我們都可以借此綜合性案例。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)各個(gè)模塊予以不同的函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。這樣到最后，我們就可以將各個(gè)模型連接起來，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。

2.2驗(yàn)證性案例的設(shè)計(jì)

在課堂的知識(shí)點(diǎn)講解過程中，我們引入驗(yàn)證性案例，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象、較難理解的知識(shí)。一方面，使學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)過程中“似懂非懂”的知識(shí)點(diǎn)，另一方面，受傳統(tǒng)教學(xué)模式（先理論，后應(yīng)用）的影響，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)階段時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)學(xué)過的理論知識(shí)已遺忘甚多，沒有了理論指導(dǎo)，實(shí)踐無從下手。學(xué)生感覺理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)是兩張皮，學(xué)不能致用，專業(yè)興趣得不到激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)，越學(xué)越乏味，逐漸失去了學(xué)習(xí)的信心。因此，我們?cè)谡n程中引入驗(yàn)證性案例教學(xué)。

例如，在《通信原理》數(shù)字調(diào)制章節(jié)的講解中，當(dāng)講到“相移鍵控”調(diào)制技術(shù)時(shí)，課堂中利用MATLAB仿真軟件，實(shí)現(xiàn)如下程序：

算法1：

a=[1，0，1，0］；％輸入信號(hào)序列a

subplot（2，1，1）；stem（a）；％畫出信號(hào)序列a的離散圖像

N=length（a）；％取N為輸入信號(hào)序列的長(zhǎng)度

t=-1：0.01：0；

x=sin（2*pi*t）；

for i=[1：N］％對(duì)序列元素進(jìn)行判斷

t=i-1：0.01：i；％設(shè)置時(shí)間范圍和間隔

if a（i）==1％元素為1時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)畫出一個(gè)正弦波

x=sin（2*pi*t）；

end

if a（i）==0％元素為0時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)畫出一個(gè)經(jīng)反轉(zhuǎn)的正弦波

x=（-1）*sin（2*pi*t）；

end

if a（i）～=1&a（i）～=0％元素為0或非0或非1時(shí)返回循環(huán)開端

return；

end

subplot（2，1，2）；plot（t，x）；

hold on

end

因此，二進(jìn)制比特流1010經(jīng)“相移鍵控”調(diào)制后的波形，如圖2所示。

圖2　1010相移鍵控波形

通過理論講解，再給出具體程序及圖形，使學(xué)生深一層次地理解知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到將理論應(yīng)用于實(shí)踐的目的。同時(shí)指出“相移鍵控”調(diào)制在綜合性案例中的位置，并進(jìn)一步將算法1改成函數(shù)的形式，作為一個(gè)單獨(dú)的模塊為綜合性案例的最終實(shí)習(xí)提供子函數(shù)。

2.3設(shè)計(jì)性案例的設(shè)計(jì)

在課堂知識(shí)點(diǎn)講解過程后，我們引入設(shè)計(jì)性案例，此案例的設(shè)計(jì)最好能通過幾種辦法解決，既可以用前面所學(xué)的知識(shí)來解決，又可以運(yùn)用剛學(xué)過的知識(shí)，通過對(duì)比，可以更深刻地理解剛學(xué)過的知識(shí)，讓學(xué)生在課后主動(dòng)完成，通過實(shí)踐，提高學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

例如，在《通信原理》數(shù)字調(diào)制章節(jié)的講解中，當(dāng)講解完“頻移鍵控”調(diào)制技術(shù)后，我們給出設(shè)計(jì)性案例，即：二進(jìn)制比特流1010101010調(diào)制后，放到帶噪聲的信道中（加性高斯白噪聲，噪聲方差自調(diào)），觀察調(diào)制后的波形及加了噪聲后的波形，如圖3，4所示。在此案例中，學(xué)生可以通過自行設(shè)計(jì)的噪聲大小，觀察加了噪聲后的波形及解調(diào)后的波形，從而自行判斷多大的噪聲可以恢復(fù)出原始的波形。

對(duì)于數(shù)字調(diào)制，我們有三種基本的調(diào)制技術(shù)，分別為：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控。這三種技術(shù)都可以對(duì)二進(jìn)制比特流進(jìn)行調(diào)制。通過對(duì)比觀察，可以更深刻地理解剛學(xué)過的三個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

3　結(jié)語

本文把案例教學(xué)模式應(yīng)用到《通信原理》課程中，通過選擇合適的案例教學(xué)材料，在理論講解前引入綜合性案例、理論講解中引入驗(yàn)證性案例和理論講解后引入設(shè)計(jì)性案例。通過課堂實(shí)際教學(xué)，這種案例教學(xué)模式得到了學(xué)生的肯定，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情較高。使他們既具備扎實(shí)的理論知識(shí)，又具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更好地適應(yīng)社會(huì)的需求。

圖3　噪聲為CN（0，3.3）的高斯白噪聲的FSK調(diào)制解調(diào)波形

圖4　噪聲為CN（0，0.3）的高斯白噪聲的FSK調(diào)制解調(diào)波形

參考文獻(xiàn)：

[1］鄭金洲.案例教學(xué)指南[M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2000.

[2］朱正國(guó).案例教學(xué)法在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：專業(yè)版，2014（7）：64-67.

[3］劉佳．案例教學(xué)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程中運(yùn)用的探討[J］.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報(bào)增刊，2009，21（4）：41-44.

[4］樊昌信.通信原理[M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012.

Communication Theory course is provided with not only deep theory，but also strong practice.In order to adapt to the requirements of social high practical ability for talents，proposes to employee the comprehensive case before class，confirmatory case in class and design cases after class.To make students understand the content of the theory and apply to practice finally，guides them to think，analyze，discuss and practice actively.

Keywords：

Communication Theory；Case Teaching；Teaching Method；Simulation Software

Reform & Exploration of Case Teaching Method in Communication Theory

LIU Jia，XIE Fang-qing
（College of Information Science and Technology，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225）

Abstract：

《通信原理》課程不僅理論性強(qiáng)，而且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)通信人才實(shí)踐能力高的要求，提出在理論講解前引入綜合性案例、理論講解中引入驗(yàn)證性案例和理論講解后引入設(shè)計(jì)性案例，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、分析、討論和實(shí)踐，從而使學(xué)生深刻理解所學(xué)理論內(nèi)容，最終應(yīng)用于實(shí)踐。

基金項(xiàng)目：

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.61401525）、廣東省教育廳青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（No.YQ2015092）

文章編號(hào)：1007-1423（2016）15-0028-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.15.008

作者簡(jiǎn)介：

劉佳（1983-），女，吉林梅河口人，博士，副教授，研究方向?yàn)樾诺谰幋a、信息安全

謝芳清（1966-），女，廣東廣州人，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)樾畔踩?/p>

收稿日期：2016-03-24修稿日期：2016-05-15