趙亮 吳靜 曹文

摘 要：針對高校物聯(lián)網工程專業(yè)開設“通信原理”課程時在教學內容、教學方法方面所存在的不足，結合物聯(lián)網工程的專業(yè)特點，圍繞應用型人才培養(yǎng)的目標，對“通信原理”課程的教學內容、教學方法進行了改革。教學改革中所采取的措施有助于物聯(lián)網工程專業(yè)學生提高“通信原理”課程的學習效率，并增強通信理論知識與物聯(lián)網實際應用之間的聯(lián)系。

關鍵詞：通信原理;物聯(lián)網工程;應用型人才培養(yǎng);教學改革;無線傳感器;認識框架

0 引 言

隨著物聯(lián)網產業(yè)的興起，許多高校新增了物聯(lián)網工程專業(yè)，以此面向國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)掌握物聯(lián)網工程相關專業(yè)知識，在物聯(lián)網系統(tǒng)設計和產品應用領域，從事產品開發(fā)、系統(tǒng)集成、運行維護、項目管理等工作的工程技術人才。

對于大量高校而言，其新增的物聯(lián)網工程專業(yè)都還處于逐步建立并完善課程體系的階段。由于物聯(lián)網行業(yè)天生具有的通信需求，許多高校都延續(xù)了通信工程專業(yè)的培養(yǎng)方式，將“通信原理”作為必修課程納入物聯(lián)網工程專業(yè)的課程體系與培養(yǎng)方案當中。從目前國內產業(yè)發(fā)展的典型需求上來講，物聯(lián)網工程專業(yè)所培養(yǎng)的學生應具有解決物聯(lián)網及相關通信領域工程問題所需的工程技術知識，熟悉本行業(yè)的應用現狀，能夠分析本領域工程項目實施過程中遇到的關鍵問題，具備從事物聯(lián)網及相關通信領域工程項目的設計與開發(fā)能力。這樣的產業(yè)發(fā)展需求與傳統(tǒng)的通信工程專業(yè)的培養(yǎng)需求是存在區(qū)別的。為此，部分普通高校對物聯(lián)網工程專業(yè)定位也有別于通信工程專業(yè)，更側重于應用型人才的培養(yǎng)[1]。這就需要在開設“通信原理”課程時進行相應的教學改革，以支撐物聯(lián)網工程專業(yè)的人才培養(yǎng)。

1 物聯(lián)網工程專業(yè)開設“通信原理”課程所存在的問題

現階段部分高校在開設“通信原理”課程時，直接采用了通信工程專業(yè)的教學內容與授課方式[2]，對物聯(lián)網工程專業(yè)的自身特點與需求考慮不多，因此在課時安排、課程內容、教學方法等方面都還存在諸多不盡如人意之處。由此導致的問題集中表現在以下幾個方面。

1.1 對專業(yè)特點及學生基礎考慮不足

傳統(tǒng)通信工程專業(yè)開設的“通信原理”課程，本質上是從數學角度描述并分析典型通信系統(tǒng)工作過程及其性能的理論課[3-4]，其先導課程包括“信號與系統(tǒng)分析”“概率論與數理統(tǒng)計”“數字信號處理”等。由于涉及大量交叉的知識體系，對修課學生的基礎知識要求較高。對于學校而言，是否開設了相應的先導課程，對于學生理解“通信原理”中的相關內容有重要影響。以筆者所在的學校為例，在通信工程與物聯(lián)網工程這兩個專業(yè)中采用同樣的“通信原理”授課方式時，發(fā)現物聯(lián)網工程專業(yè)的學生在理解調制解調中的電路實現時明顯更為困難。通過調查，發(fā)現其部分原因在于通信工程專業(yè)較物聯(lián)網工程專業(yè)多了“高頻電子線路”的先導課程，物聯(lián)網工程專業(yè)學生反映較難理解的倍頻、鎖相環(huán)等概念在“高頻電子線路”課程中實際已經有過詳細介紹。這在一定程度上說明物聯(lián)網工程專業(yè)在開設“通信原理”課程時，需要更多考慮到本專業(yè)的特點及學生的基礎，應根據物聯(lián)網工程的培養(yǎng)方案來確定“通信原理”的教學內容，不宜簡單復制該課在通信工程專業(yè)中的授課內容。

1.2 課程內容與實際應用聯(lián)系不緊密

傳統(tǒng)的“通信原理”課程花了大量篇幅用于介紹不同通信系統(tǒng)的頻譜分析、模擬信號的數字化過程等內容。這些內容理論性強，數學推導多，通常是通信工程專業(yè)的教學重點。而對于旨在培養(yǎng)應用型人才的物聯(lián)網工程專業(yè)來說，大量的數學推導內容在占用大量教學與學習資源的情況下，對于提高學生的工程能力幫助有限。

除此以外，在物聯(lián)網領域涉及較多的無線通信技術，現有的“通信原理”課程對于無線通信技術的介紹相對較少。傳統(tǒng)通信工程專業(yè)往往依賴后續(xù)的無線通信技術類課程對這方面知識進行專門講授。而物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中并不一定設置了這類后續(xù)課程[5]，由此導致學生難以通過“通信原理”課程掌握無線通信技術中的主要概念。

另外，現有的“通信原理”課程通常圍繞傳統(tǒng)的通信應用，如調幅/調頻廣播系統(tǒng)、數字電話通信系統(tǒng)等，展開有關系統(tǒng)原理的介紹。而對于物聯(lián)網工程專業(yè)的學生而言，他們通常很難將這些通信應用與物聯(lián)網行業(yè)的實際應用場景聯(lián)系起來，這往往會降低學生的學習動力。

1.3 教學方法難以吸引學生注意力

對于傳統(tǒng)的“通信原理”課程而言，由于其涉及大量分散的抽樣概念以及繁瑣的理論推導，處于被動學習狀態(tài)的學生在有限的課堂時間內往往不足以形成自身的見解，這種情況下授課教師成為課堂的唯一主角，學生對課程的參與度通常不高，同時難以在課堂上對所學知識形成討論。當講授比較枯燥的理論內容時，若學生事先沒有對課程的總體內容形成整體的認識框架，并將當前所講的內容納入到整體框架中進行理解，就很容易出現學生跟不上課堂節(jié)奏的情況，由此導致學習興趣下降，注意力不集中。

2 教學內容改革

依據物聯(lián)網工程專業(yè)的特點，對“通信原理”課程的教學內容進行了調整。調整的原則是在保證知識體系相對完整的前提下，幫助學生利用“通信原理”的相關知識指導其在物聯(lián)網領域的工程實踐，并為學生掌握“無線傳感器網絡”等物聯(lián)網工程專業(yè)的課程奠定理論基礎。調整后的教學內容著重講授影響隨參信道傳輸特性的因素、數字基帶傳輸、數字帶通傳輸、信源編碼、信道編碼的基本原理，以及無線通信中所涉及的頻譜資源劃分等概念，并以日常RFID標簽信息無線讀取過程中的2ASK，BPSK通信方式為例，將數字帶通傳輸的原理與物聯(lián)網實際應用結合起來進行介紹。除此以外，還引入了目前物聯(lián)網行業(yè)廣泛采用的LORA及NB-IoT兩種通信模式的相關內容，分別作為擴頻通信以及復用技術的實際應用案例，以此為學生構建起“通信原理”課程知識與物聯(lián)網行業(yè)應用之間的聯(lián)系。

考慮到物聯(lián)網工程專業(yè)側重于培養(yǎng)應用型人才的特點，對傳統(tǒng)“通信原理”課程中大量有關通信系統(tǒng)抗噪性能的理論推導進行了簡化，在課堂上僅限于介紹影響系統(tǒng)抗噪性能的因素及不同通信方式的抗噪聲性能排序。對于部分具有較強鉆研精神的同學，對教材在推導過程中所用到的概率論、隨機過程、模擬電路等方面知識進行了參考文獻的列舉，學生在課后可以從所列參考文獻中直接查閱到抗噪性能理論推導的依據。