楊傳棟　王志軍　范昊　張亮

摘? 要：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及課程體系要求，對(duì)《通信原理》課程教學(xué)內(nèi)容的取舍進(jìn)行了研究，分析了需要增加歐拉公式、傅立葉變換等先修知識(shí)以及OFDM、MIMO等無(wú)線通信技術(shù)講解的必要性，給出了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減精化的原則;介紹了筆者為激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)改善教學(xué)效果，在教學(xué)過(guò)程中所采用的問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)法、新的作業(yè)布置方式和檢查形式以及成績(jī)考核方法的改革等措施。

關(guān)鍵詞：通信原理? 物聯(lián)網(wǎng)工程? 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642;TN911-4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0198-03

Abstract：Aiming at the training objectives and curriculum system requirements of Internet of Things engineering specialty， this paper studies the choice of teaching content of Communication Principles， analyses the necessity of adding Euler Formula， Fourier Transform and other advanced knowledge as well as the explanation of wireless communication technology such as OFDM and MIMO， and puts forward the principle of reducing and refining the traditional teaching content. In order to motivate students to learn and improve the teaching effect， the author introduced the problem-oriented teaching method， the new assignment method and examination form， as well as the reform of the performance evaluation method in the teaching process.

Key Words： Communication Principle; Internet of Things Engineering; Teaching Method

物聯(lián)網(wǎng)是以現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，將各種信息傳感設(shè)備連接起來(lái)，能讓所有具有獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)[1]，通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。普通本科院校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是培養(yǎng)能系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論、技術(shù)和方法的高級(jí)工程技術(shù)人才的，因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生所應(yīng)掌握的知識(shí)除傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)外，還必須掌握通信領(lǐng)域的基本概念和基本原理，因此《通信原理》也就成了物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的必修課程之一。

由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于新興專業(yè)，其課程體系和培養(yǎng)方案還處于探索完善階段，《通信原理》課程的教學(xué)一般都是直接借鑒通信工程專業(yè)的《通信原理》課，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)和要求考慮不多，因此無(wú)論從課程內(nèi)容、課時(shí)安排、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)課設(shè)置等，都還存在很多不足之處，為此本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)進(jìn)行了初步研究和探索。

1? 教學(xué)內(nèi)容的選擇

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于新興的交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、電子、通信等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，不可能將各學(xué)科的基礎(chǔ)課全部直接搬過(guò)來(lái)開(kāi)設(shè)，因此本課程的必要先修課程《信號(hào)分析與處理》、《復(fù)變函數(shù)》等課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)并不開(kāi)設(shè)，學(xué)生缺少對(duì)信號(hào)和頻譜等概念的深入理解，更不用說(shuō)傅里葉級(jí)數(shù)的指數(shù)形式、傅立葉變換、卷積運(yùn)算等相關(guān)的知識(shí)和理論基礎(chǔ)了，而這些知識(shí)是學(xué)習(xí)和掌握通信原理其他內(nèi)容的基礎(chǔ)，因此在講解其他內(nèi)容之前，必須花費(fèi)較多課時(shí)來(lái)補(bǔ)充講解這些內(nèi)容。在講解這些內(nèi)容時(shí)不可避免地要用到復(fù)指數(shù)函數(shù)、歐拉公式等復(fù)變函數(shù)中的概念，這些內(nèi)容也需要隨時(shí)補(bǔ)充。根據(jù)作者在我校的上課經(jīng)驗(yàn)，僅這部分內(nèi)容就需要花費(fèi)10課時(shí)左右，同時(shí)還需要求同學(xué)課下做一定數(shù)量的習(xí)題。

傳統(tǒng)通信原理課程的內(nèi)容包括通信系統(tǒng)的分類與結(jié)構(gòu)、信息量及其度量、信道與信道容量、模擬調(diào)制技術(shù)、模擬信號(hào)的數(shù)字化、數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字調(diào)制傳輸、差錯(cuò)控制編碼等內(nèi)容[2]。這些內(nèi)容不僅知識(shí)點(diǎn)繁多，而且理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，在通信類專業(yè)中，許多理論推導(dǎo)和分析方法都是教學(xué)的重點(diǎn)[3]，但物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中，對(duì)理論推導(dǎo)和分析方面的要求則降低了很多，而且由于課時(shí)所限，完全照搬通信類專業(yè)的講法既無(wú)必要也不可能，因此對(duì)各知識(shí)模塊的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了適當(dāng)裁減就成了必然。

裁剪的原則應(yīng)該是在保證知識(shí)體系相對(duì)完整的前提下，著重講授通信相關(guān)的基本概念、基本原理以及與本專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)一些與后續(xù)專業(yè)課程無(wú)關(guān)并且難度較大的知識(shí)點(diǎn)則不作講解。比如各種通信技術(shù)的抗噪性能分析，由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的相關(guān)課程并不要求進(jìn)行噪聲分析，學(xué)生畢業(yè)后的實(shí)際工作中一般也只需了解相關(guān)技術(shù)抗噪性能好壞就足夠了，因此這些內(nèi)容只要求同學(xué)熟悉結(jié)論，而對(duì)具體的分析方法和分析過(guò)程則不作要求。對(duì)其他知識(shí)點(diǎn)所涉及的一些冗長(zhǎng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明過(guò)程，除了個(gè)別必須要掌握的，也都不做要求，因?yàn)檫^(guò)多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且還會(huì)喧賓奪主，影響大多數(shù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，使他們對(duì)本課程的學(xué)習(xí)喪失興趣和信心。

另外，由于物聯(lián)網(wǎng)通信大都使用無(wú)線通信技術(shù)，而傳統(tǒng)通信原理教材對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的介紹較少，因此還需要補(bǔ)充無(wú)線頻譜資源的劃分與管理、天線技術(shù)、無(wú)線信道的傳輸特性以及信號(hào)的損耗等內(nèi)容，除此之外，擴(kuò)頻技術(shù)、正交頻分復(fù)用（OFDM）、MIMO技術(shù)、沃爾什碼[4]等現(xiàn)代無(wú)線通信中經(jīng)常使用的技術(shù)也需要較為詳細(xì)的講解。

針對(duì)以上教學(xué)內(nèi)容，目前還很難找到一本合適的教材，我們短期采用的方法是自編講義并指定部分參考書(shū)的方法。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和若干輪的教學(xué)實(shí)踐后編寫(xiě)出適合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的通信原理教材才是根本的解決方法。

2? 教學(xué)方法改革

《通信原理》課程內(nèi)容繁雜，覆蓋面廣，概念抽象，涉及數(shù)學(xué)公式繁多且推導(dǎo)復(fù)雜，按照傳統(tǒng)的講授模式必然是枯燥無(wú)味，難以吸引學(xué)生的注意力，很容易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。多數(shù)同學(xué)往往都是在開(kāi)課之處還熱情飽滿，一副一定要學(xué)好的架勢(shì)，但一段時(shí)間之后，對(duì)本課的興趣就蕩然無(wú)存了，不僅喪失了學(xué)好本課的信心，個(gè)別同學(xué)還會(huì)對(duì)開(kāi)設(shè)本課的必要性提出質(zhì)疑。為了解決這一問(wèn)題，除了精心備課，盡量在講課過(guò)程中抓住學(xué)生的心理，通過(guò)各種方法吸引起他們對(duì)知識(shí)的興趣外，還需要對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革。

在教學(xué)方法方面，作者主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革嘗試，并取得了較好的效果。

一是在講課過(guò)程中采用問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)法[5]。在課堂教學(xué)過(guò)程中，只有學(xué)生積極參與其中、主動(dòng)思考、能與老師良好互動(dòng)，才能提高課堂教學(xué)的效率。為此，在備課時(shí)需要針對(duì)每堂課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)若干層層遞進(jìn)的問(wèn)題;講課時(shí)將問(wèn)題依次拋給學(xué)生，留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間，并引導(dǎo)學(xué)生積極思考，通過(guò)討論、看書(shū)等多渠道主動(dòng)尋求答案。例如在講信息度量時(shí)，可通過(guò)以下一系列的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)思考、看書(shū)和討論來(lái)尋求答案：（1）一條消息所包含的信息量I與消息所描述事件發(fā)生的概率P（x）有何關(guān)系？（2）能否建立一個(gè)函數(shù)關(guān)系描述這種關(guān)系？（3）若能建立這樣一種函數(shù)關(guān)系，那么這個(gè)函數(shù)應(yīng)該滿足那些特性？（4）兩個(gè)無(wú)關(guān)的消息x1和x2描述的事件合并后所包含的信息量是否應(yīng)該是原來(lái)各消息的信息量之和？這一特性用前述函數(shù)如何描述？（5）有沒(méi)有滿足上述特性的常見(jiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)？通過(guò)讓同學(xué)對(duì)上述問(wèn)題逐一思考、查找、回答之后，由老師總結(jié)出信息量的定義，讓后在通過(guò)計(jì)算信息量的例題進(jìn)一步加深對(duì)信息量定義的理解。

二是在教學(xué)手段上面，借助MATLAB的強(qiáng)大功能，通過(guò)編程將抽象的概念和呆板的公式圖形化，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整各不同參數(shù)的值獲得的不同圖形之間的對(duì)比，不僅讓同學(xué)對(duì)各參數(shù)的意義有一個(gè)直觀的了解，更能吸引同學(xué)的注意力，引起同學(xué)的好奇心，有的同學(xué)甚至自學(xué)MATLAB親自進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

三是改變作業(yè)題的題型和作業(yè)檢查形式。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)答題、計(jì)算題和綜合題等出題容易，能節(jié)省教師的備課成本，但解答這些題目則要求同學(xué)有較強(qiáng)的綜合分析能力和總結(jié)概括能力，需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力，甚至很多同學(xué)花費(fèi)很多時(shí)間后仍不會(huì)做，為了應(yīng)付檢查就直接抄襲，養(yǎng)成很壞的習(xí)慣。為解決這一問(wèn)題，可將作業(yè)題目的布置分成兩個(gè)階段。第一階段，先對(duì)各章的知識(shí)點(diǎn)做分解細(xì)化，設(shè)計(jì)出各種不同的較為簡(jiǎn)單的選擇題和判斷正誤題，以此來(lái)幫助同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)記憶和理解。由于題目簡(jiǎn)單，同學(xué)容易做對(duì)，因此做這種題目的熱情較高。另外這種題型也便于在課堂上開(kāi)展提問(wèn)、搶答等競(jìng)賽活動(dòng)，以此來(lái)提高同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。第二階段，則是精心選擇有代表性的簡(jiǎn)答和綜合題目布置，在經(jīng)過(guò)第一階段的練習(xí)之后，同學(xué)已基本掌握所學(xué)知識(shí)，因此做這種題目的難度就會(huì)大大降低，抄襲現(xiàn)象也有了很大改觀。

四是嘗試仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通信原理實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅能幫助學(xué)生加深理解教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，還能提高同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，喚起學(xué)生對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)熱情。但傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)大都是在實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，這種實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理的成本都比較高，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)通常不會(huì)建設(shè)專門的通信原理實(shí)驗(yàn)室，這就給實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)始帶來(lái)了難度。為了解決這一問(wèn)題，可以引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。目前通信仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最多的仿真軟件是MATLAB[6]，它是一款數(shù)值計(jì)算型科技應(yīng)用軟件，由于其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和繪圖功能被廣泛地應(yīng)用在通信領(lǐng)域仿真中，目前作者已在課堂上使用MATLAB仿真給同學(xué)演示了部分通信實(shí)驗(yàn)，并取得了很好的教學(xué)效果。下一步我們將進(jìn)一步研究并制定仿真實(shí)驗(yàn)大綱，修訂教學(xué)計(jì)劃，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3? 成績(jī)考核方法改革

目前《通信原理》課程的成績(jī)構(gòu)成是平時(shí)成績(jī)占30%，期末考試占70%，平時(shí)成績(jī)也主要是根據(jù)考勤情況及課下作業(yè)完成情況確定，由于學(xué)生人數(shù)較多并且課下作業(yè)數(shù)量較大，老師很難每次都認(rèn)真檢查批改每位同學(xué)的作業(yè)，同時(shí)很多同學(xué)也在不同程度的作業(yè)抄襲現(xiàn)象，因此單靠考勤情況和課下作業(yè)完成情況并不能準(zhǔn)確反映同學(xué)真實(shí)的平時(shí)學(xué)習(xí)情況。而且，期末考試70%的占比過(guò)高，導(dǎo)致許多同學(xué)不注重平時(shí)學(xué)習(xí)，只注重期末的突擊。為了約束同學(xué)的學(xué)習(xí)行為，真正考查出同學(xué)平時(shí)的學(xué)習(xí)情況，必須對(duì)成績(jī)考評(píng)方式做出改進(jìn)。

首先是大幅降低期末考試在最終成績(jī)的比重，好使同學(xué)更加注重平時(shí)的學(xué)習(xí)，建議期末成績(jī)最多占總成績(jī)的一半，我們采用的是期末占40%，平時(shí)成績(jī)則占60%。

其次是增加平時(shí)的隨堂測(cè)驗(yàn)。增加隨堂測(cè)驗(yàn)的目的主要是為了讓每個(gè)同學(xué)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己在近期學(xué)習(xí)的不足之處，使他們能及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方式，及時(shí)查缺補(bǔ)漏，對(duì)那些學(xué)習(xí)不用功的同學(xué)也能及時(shí)提個(gè)醒;同時(shí)也能使教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題調(diào)整教學(xué)進(jìn)度優(yōu)化教學(xué)方法。隨堂測(cè)驗(yàn)次數(shù)不宜過(guò)多，大約每5周左右進(jìn)行一次就可以了，總共也不過(guò)2～3次，測(cè)驗(yàn)內(nèi)容主要為近期所學(xué)內(nèi)容。

最后是大幅降低平時(shí)考勤和課下作業(yè)在最終成績(jī)中所占的比例，建議考勤成績(jī)只要占總成績(jī)的5%就可以了，平時(shí)作業(yè)不超過(guò)總成績(jī)的15%，其余分?jǐn)?shù)則由隨堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)決定。讓隨堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)?cè)谧罱K成績(jī)中占比較高可引起同學(xué)對(duì)隨堂測(cè)驗(yàn)的足夠重視，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課程特點(diǎn)、課程內(nèi)容選取、教材選擇、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)方法等方面對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)進(jìn)行一些分析和探索，介紹了筆者對(duì)課程內(nèi)容選取和教材選擇的觀點(diǎn)和做法，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)和教學(xué)方法改革等方面的探索和嘗試。

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