高宏峰，劉 偉，冀保峰，徐素莉

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

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基于項目驅(qū)動的通信系統(tǒng)課程設(shè)計教學(xué)方法探索*

高宏峰，劉 偉，冀保峰，徐素莉

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

將項目驅(qū)動法應(yīng)用于通信系統(tǒng)仿真的課程設(shè)計，項目涉及通信原理、信息論及數(shù)字信號處理等多門課程的內(nèi)容。學(xué)生分成若干小組，每人負(fù)責(zé)一部分任務(wù)，通過自主學(xué)習(xí)應(yīng)用課堂上學(xué)過的內(nèi)容并完成設(shè)計。學(xué)生成績按個人表現(xiàn)、團(tuán)隊表現(xiàn)及技術(shù)報告三方面給出。通過學(xué)生調(diào)查及與成績對比表明，新方法不僅加深了學(xué)生對通信相關(guān)課程理論知識的理解，提高了學(xué)生分析與解決復(fù)雜問題能力，而且提高了學(xué)生溝通、團(tuán)隊協(xié)作等綜合能力。

項目驅(qū)動；自主學(xué)習(xí)；通信系統(tǒng)

現(xiàn)代高等教育教學(xué)模式已經(jīng)開始從傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心的模式[1-2]。以學(xué)生為中心的模式學(xué)習(xí)過程主要由學(xué)生來負(fù)責(zé)，學(xué)生要采取主動的方式獲取知識，而不是僅靠聽課。教師只是作為引導(dǎo)者與輔助者，為學(xué)生提供必要的幫助與手段以達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)。對學(xué)生掌握知識的程度的評定不能僅靠考試，而應(yīng)該貫穿整個學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)效果的評價包括知識、個人綜合能力，學(xué)習(xí)的目標(biāo)就是提升這些能力。

項目驅(qū)動學(xué)習(xí)(project-based learning，PBL)[3-4]是以學(xué)生為中心的主動學(xué)習(xí)方法。PBL包含在一個特定場景中教師提出一個實際工程項目，要求學(xué)生自主設(shè)計并完成該項目。PBL所設(shè)置的項目包含多門課程。在老師指導(dǎo)下，將一個相對獨(dú)立的項目交由學(xué)生自己處理。信息收集、方案設(shè)計及實現(xiàn)都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)。學(xué)生通過該項目的實施，了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求[5]。

通信系統(tǒng)涉及到數(shù)字信號處理、通信原理、信息論等多門課程。這些課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，而且分散進(jìn)行，實驗內(nèi)容也是針對課程模塊。盡管這些課程關(guān)聯(lián)度很高，但教學(xué)中單門課程僅對通信單一模塊進(jìn)行教學(xué)，實驗內(nèi)容也僅針對課程模塊。學(xué)生僅靠課程很難將各課程內(nèi)容有機(jī)融合。計算機(jī)仿真是對通信系統(tǒng)進(jìn)行研究的有效手段。通過系統(tǒng)仿真可使學(xué)生建立各課程間的聯(lián)系，了解通信新技術(shù)和各門課程中抽象的概念。在以往本課程的教學(xué)中，采用教師為學(xué)生準(zhǔn)備資料、設(shè)計總體方案并指定功能的教學(xué)方法。實驗時出現(xiàn)問題，則由老師負(fù)責(zé)答疑解決。這種傳統(tǒng)教學(xué)方法，注重的是學(xué)生知識的掌握程度，不關(guān)心能力的培養(yǎng)。未來工程類課程應(yīng)圍繞能力培養(yǎng)，而不是傳授知識，以應(yīng)對未來競爭的環(huán)境。

本文以通信系統(tǒng)仿真課程設(shè)計為例，介紹了項目驅(qū)動法在電信專業(yè)課程中的應(yīng)用。整個教學(xué)過程在自主學(xué)習(xí)的模式下進(jìn)行。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)項目要求自主設(shè)計通信系統(tǒng)模塊并對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

1 項目內(nèi)容

通信系統(tǒng)的框圖如圖1所示，主要包含信源編譯碼器、信道編譯碼器、信道及調(diào)制解調(diào)器組成。項目內(nèi)容主要以MATLAB仿真平臺提供的基本庫函數(shù)為核心，完成一個無記憶調(diào)制解調(diào)和信道編譯碼通信系統(tǒng)仿真設(shè)計。要求給出整個通信系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)方案，完成系統(tǒng)的仿真流程框圖。統(tǒng)計系統(tǒng)的解調(diào)錯誤概率和譯碼錯誤概率。

圖1 通信系統(tǒng)模型

項目安排在大三的第1學(xué)期。項目安排在5周內(nèi)完成，2～3人為一組，在本學(xué)期學(xué)校開設(shè)了通信原理、數(shù)字信號處理及信息論基礎(chǔ)3門相關(guān)的必修課。在通信原理課程中，學(xué)生建立了調(diào)制、解調(diào)的概念，在數(shù)字信號處理中建立了濾波器、傅立葉變換等概念，在信息論與編碼課程中建立了信源編碼、信道及信道編碼的概念。為了配合課程進(jìn)度，項目安排在后半學(xué)期。表1為本項目與相關(guān)課程間的關(guān)系。

通信系統(tǒng)仿真之前，需要對項目進(jìn)行充分分析，明確通信系統(tǒng)仿真的目標(biāo)。根據(jù)項目內(nèi)容，充分理解和掌握整個仿真過程所涉及的專業(yè)理論知識，以保證整個仿真過程和結(jié)果的正確性。由于學(xué)生對matlab語言沒有接觸過，在項目的準(zhǔn)備階段，引導(dǎo)學(xué)生對matlab基本程序設(shè)計進(jìn)行學(xué)習(xí)。

表1 項目與課程關(guān)系

根據(jù)項目要求，將項目分成5個階段：

1) 熟悉Matlab環(huán)境及程序設(shè)計；

2) 通信系統(tǒng)各模塊設(shè)計與參數(shù)分解；

3) 調(diào)制、解調(diào)及均衡器模塊、糾錯碼編譯碼的程序?qū)崿F(xiàn)；

4) 通信系統(tǒng)綜合仿真；

5) 結(jié)果分析及圖表實現(xiàn)。

表2為項目各階段任務(wù)及預(yù)期結(jié)果。

表2 項目各階段的任務(wù)

2 基于項目驅(qū)動的教學(xué)方法

本項目采取以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，即使學(xué)生充分參與，主動學(xué)習(xí)的方法。主動學(xué)習(xí)的核心在于學(xué)生在整個項目過程中的主動性與參與度，在課堂上使用這些方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力產(chǎn)生重大的影響。在傳統(tǒng)教學(xué)課堂中，學(xué)生被動接受知識，教師傳授知識。在PBL中，學(xué)生從知識的吸收者變?yōu)閱栴}的解決者，教師從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖康囊龑?dǎo)者。教師需要創(chuàng)建鼓勵學(xué)生創(chuàng)新的環(huán)境，通過提問與討論的方式與學(xué)生積極溝通。

在本項目的實施中，教師始終起到引導(dǎo)作用。教師跟隨學(xué)生的進(jìn)度，指導(dǎo)每個階段的工作，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。鼓勵學(xué)生主動探索，放棄以前被動等待的態(tài)度。

在項目中，學(xué)生分組進(jìn)行，每人分配不同的任務(wù)與資源，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力，又加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊意識。項目初期，教師設(shè)定項目目標(biāo)并發(fā)給每個學(xué)生。學(xué)生通過努力達(dá)到這些目標(biāo)。在每個階段，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行分析，提出滿足設(shè)計要求的方案。每個階段結(jié)束時，教師對實驗結(jié)果進(jìn)行檢查，學(xué)生通過演示、答辯來展示本組完成的工作。

項目實現(xiàn)過程中，不再采用課堂授課的方法，而采用討論的形式。所學(xué)的通信理論知識通過仿真進(jìn)一步得到驗證。學(xué)生在實踐中對通信系統(tǒng)的問題重新思考、理解。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。

學(xué)生在最后上交技術(shù)報告，報告應(yīng)反映小組各階段使用方案、流程圖、程序清單、結(jié)果分析。在報告完成過程中，學(xué)生對各階段的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，獲得信息的能力及分析問題、解決問題的能力進(jìn)一步提升。

本課程教學(xué)最終預(yù)期目標(biāo)為：

1) 熟練掌握matlab的編程方法，提高軟件編程能力；

2) 提高分析問題的能力，通過互聯(lián)網(wǎng)等渠道查閱需要用到的知識；

3) 用多門課程知識描述通信系統(tǒng)設(shè)計總體方案；

4) 有能力計劃與控制不同階段的進(jìn)度；

5) 有能力解決項目中出現(xiàn)的問題。

3 課程效果評價

課程效果按2個方面進(jìn)行評價：學(xué)生課程成績及學(xué)生對課程的滿意度。

3.1 課程成績評價

估計課程效果時，學(xué)生表現(xiàn)是廣泛使用的質(zhì)量評價方法。教師密切觀察學(xué)生成績變化情況，考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與項目目標(biāo)的達(dá)成度密切相關(guān)，目標(biāo)達(dá)成度越高，分?jǐn)?shù)越高。

學(xué)生成績按3個方面來評價：個人成績、小組成績及技術(shù)報告成績，分別占50%、25%、25%。個人成績根據(jù)考勤、主動性、技術(shù)水平、團(tuán)隊協(xié)調(diào)能力及在各分項及系統(tǒng)演示中成員對小組項目的貢獻(xiàn)。小組成績根據(jù)小組是否完成給定的任務(wù)。技術(shù)報告包含每個階段的任務(wù)，原理解釋、實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)及分析。

圖2為2013-2014學(xué)年與2014-2015學(xué)年學(xué)生成績分布情況。2013-2014學(xué)年采用的辦法為傳統(tǒng)方法，2014-2015年采用項目驅(qū)動法。由圖可以看出，與2013-2014年相比，2014-2015年學(xué)生成績的優(yōu)良率明顯提高。

圖2 2013-2014與2014-2015學(xué)年學(xué)生成績分布

3.2 學(xué)生對課程評價

學(xué)生對課程評價采用匿名調(diào)查表形式。表3給出了項目的4個方面讓學(xué)生選擇滿意度。滿意度分為6個等級供學(xué)生選擇：非常不滿、不滿意、基本滿意、較滿意、滿意、非常滿意。

圖3為項目的滿意度調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果，90%的同學(xué)填寫了調(diào)查表。圖中分別列出了對項目的4個方面的統(tǒng)計數(shù)。從Q1到Q4，得到的結(jié)果類似。調(diào)查結(jié)果表明，80%以上同學(xué)對項目表示滿意。

表3 學(xué)生對課程的評價

圖3 項目的滿意度調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果

4 結(jié)論

本文給出了基于PBL的通信系統(tǒng)仿真課程設(shè)計的教學(xué)方法。在PBL教學(xué)模型下，學(xué)生自主完成基于matlab的通信系統(tǒng)設(shè)計，并對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。仿真設(shè)計增強(qiáng)了學(xué)生對實際通信系統(tǒng)的認(rèn)識及對通信相關(guān)課程的理論知識與實現(xiàn)方法的理解，提高了分析問題解決問題的能力。通過查閱資料及與同組人合作解決問題，提高了學(xué)生團(tuán)隊合作與溝通能力。通過學(xué)生成績及滿意度調(diào)查，該項目的實施達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)。

[1] MMT Valdez,CIF Agreira,CM Ferreira.Lighting Design Course in an Electrical Engineering Program Using Problem-Based Learning[G].Eaeeie Conference,2009:1-6.

[2] H Aliakbarian,PJ Soh,S Farsi.Implementation of a Project-based Telecommunications Engineering Design Course[J].IEEE Transactions On Education,2014,57(1):25-33.

[3] U Meyer-B?se,V Alonzo,A Meyer-B?se,MS Pattichis,et al.An Undergraduate Course and Laboratory in Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays[J].IEEE Trans Educ,2010,53(4):638-645.

[4] DG Lamar,PF Miaja,M Arias,et al.Experiences in the Application of Project-based Learning in a Switching-mode Power Supplies Course[J].IEEE Trans Educ,2012,55(1):66-77.

[5] 蔡琴，張凱.項目驅(qū)動教學(xué)模式在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2014,12(4):175-179.

Research on the Teaching Method of the Communication System Course Design Based on Project Driven

Gao Hongfeng,Liu Wei,Ji Baofeng,Xu Suli

(SchoolofInformationEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,LuoyangHenan471003,China)

This paper presents the implementation of project-based communication system design course.This project consists of communication principles,information theory and coding,digital signal and processing curricula.Students work together in small groups.They are individually responsible for parts of tasks.They apply knowledge acquired from classes and design the system in active learning ways.Student's marks depend on personal performance,group performance and final reports.Learning effectiveness of the methodology is evaluated by student survey and student's mark.Through the PBL,student's understanding of related courses theory to communication is enhanced.Meanwhile,it improves the ability of students to analyze and solve the complex problems and the transversal skills such as communication and teamwork cooperation.

project driven; active learning; communication system

2016-07-06

河南科技大學(xué)教學(xué)改革項目(2015YBZD-004)

高宏峰(1966-)，女，河南洛陽人，教授，研究方向，移動通信，信號處理。

1674-4578(2016)05-0089-03

G642

A