陳翔 王江 滕飛

（國防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院 安徽·合肥 230037）

0 引言

2016年12月7日，習(xí)主席在全國高等學(xué)校思想政治工作會(huì)議上指出：“強(qiáng)調(diào)高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人，如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個(gè)根本問題……要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程……”《通信原理》課程教學(xué)改革的目標(biāo)之一，是將家國情懷、民族自信、科學(xué)精神等課程思政元素作為重要內(nèi)容，貫穿在每一節(jié)課的教學(xué)過程中，潤物細(xì)無聲，對(duì)學(xué)生起到潛移默化的思想引領(lǐng)作用。

2018年6月21日，教育部前部長陳寶生在新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上首次提出“金課”的概念[1]，要求“提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度、拓展課程深度、擴(kuò)大課程的可選擇性。真正把‘水課’變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的‘金課’”。本課程組所教授的《通信原理》課程也經(jīng)過了“去水添金”[2]的仔細(xì)打磨過程。針對(duì)課程特點(diǎn)和目前的教學(xué)現(xiàn)狀，進(jìn)行了有針對(duì)性的改革。

1 通信原理的課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程特點(diǎn)

在軍事院校里，《通信原理》課程是信息對(duì)抗技術(shù)、雷達(dá)工程、網(wǎng)電對(duì)抗指揮與工程和偵察情報(bào)等專業(yè)本科學(xué)員一門重要的專業(yè)必修課程。信息的價(jià)值在傳遞中彰顯，通信產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。在軍事領(lǐng)域中，通信與通信對(duì)抗是現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要組成部分。本課程的學(xué)習(xí)可為研究、應(yīng)用各種通信技術(shù)奠定必要的理論基礎(chǔ)。

本課程在各專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)中處于承上啟下的中心環(huán)節(jié)，如圖1所示。承上，它是《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》《射頻電子線路》《天線與電波傳播》等課程的知識(shí)綜合應(yīng)用；啟下，它是學(xué)習(xí)《信息論與編碼基礎(chǔ)》《電子對(duì)抗原理》等課程的重要基礎(chǔ)。

本課程的課程體系如圖2所示。按照通信基本概念、模擬通信系統(tǒng)、模擬信號(hào)數(shù)字化、數(shù)字信號(hào)基帶傳輸、數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸、多路復(fù)用與同步技術(shù)的思路，由淺入深、層層遞進(jìn)地展開通信基本原理知識(shí)體系。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀

1.2.1 以教師為中心

以教師為中心的教學(xué)方法在工業(yè)時(shí)代有比較好的效果，但如今已經(jīng)步入信息社會(huì)，學(xué)生獲取信息的渠道廣泛，甚至到了每天被各種消息淹沒的程度，因此不得不更注重篩選對(duì)自身有用的信息?！敖處熍_(tái)上滔滔不絕，學(xué)生臺(tái)下昏昏欲睡”，是目前很多課堂的尷尬之處。講得多不等于學(xué)得好，如何讓學(xué)生感受到學(xué)了確實(shí)有用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，是老師要仔細(xì)琢磨的事，因?yàn)橹挥懈信d趣，有意愿去學(xué)，才可能有好的學(xué)習(xí)效果。

1.2.2 課程思政偏生硬

按照習(xí)主席的指示，老師們?cè)谡n堂上都努力加入課程思政的元素，但由于對(duì)課程思政的理解不全面，導(dǎo)致思政內(nèi)容主要集中在家國情懷、民族情結(jié)上，而且與課堂教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，常常給學(xué)生以“為思政而思政”的感覺，效果不佳，其實(shí)，也可以從科學(xué)精神、個(gè)人品格、科學(xué)素養(yǎng)等方面入手，便于與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。

圖1：《通信原理》課程地位與作用

圖2：《通信原理》課程體系

1.2.3 教學(xué)效果不清晰

因?yàn)檎n程內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少，教師往往將注意力集中在完成本次課的教學(xué)任務(wù)上，而沒有關(guān)注學(xué)生的吸收情況，所以對(duì)教學(xué)效果的把握，不很清楚。根據(jù)學(xué)生掌握情況，靈活調(diào)整教學(xué)方法和角度，也就無從談起。BOPPPS模型引入了前測(cè)（Pre-assessment）和后測(cè)（Post-assessment）兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，幫助教師及時(shí)掌握學(xué)生的盲點(diǎn)，有針對(duì)性的進(jìn)行教學(xué)。

2 BOPPPS模型

BOPPPS模型起源于加拿大[3]，在北美眾多高校被廣泛使用，目前已成為教學(xué)技巧工作坊（ISW）國際培訓(xùn)最核心的模型。BOPPPS模型主要分為以下幾個(gè)部分：

（1）內(nèi)容導(dǎo)入（Bridge-in）：用生活化的例子引入，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，并由此提出一個(gè)問題，讓學(xué)員們帶著問題學(xué)習(xí)，一節(jié)課學(xué)完后，自行得到或揭曉答案。

（2）明確教學(xué)目標(biāo)（Object）：用思維導(dǎo)圖、魚骨圖等方式梳理每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，清晰展現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，突出重難點(diǎn)內(nèi)容，明確教學(xué)目標(biāo)。

（3）前測(cè)（Pre-assessment）：將之前學(xué)過的，與本節(jié)課學(xué)習(xí)有聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，用來做前測(cè)，摸清學(xué)員們的基礎(chǔ)。

（4）參與式學(xué)習(xí)（Participating Learning）：用一個(gè)接一個(gè)的問題引導(dǎo)學(xué)員的思路，讓學(xué)員始終參與在學(xué)習(xí)過程中，對(duì)一些適合的知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用討論的方法，例如，討論如何設(shè)計(jì)符合基帶傳輸碼型設(shè)計(jì)原則的基帶傳輸碼，調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性。

（5）后測(cè)（Post-assessment）：就本節(jié)課學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)內(nèi)容，做快速的測(cè)試，考察學(xué)員們的掌握情況，為課后的互動(dòng)厘清方向。

（6）總結(jié)（Summary）：通過思維導(dǎo)圖等形式總結(jié)本節(jié)課的知識(shí)體系，回答本節(jié)課開始時(shí)提出的問題，使其有個(gè)較圓滿的解決。并通過雨課堂等手段進(jìn)行拓展和提升，留下課后作業(yè)或思考題，預(yù)告下節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖3：本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖：線性調(diào)制原理

BOPPPS模型提供的基本教學(xué)思路與框架，不僅可以使教師合理安排教學(xué)內(nèi)容，改變傳統(tǒng)課堂以教師為中心的教學(xué)關(guān)系，讓學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)知識(shí)，還能幫助教師及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，靈活改進(jìn)教學(xué)方法[4-5]。

多年實(shí)踐表明，BOPPPS模型是有效的教學(xué)方法，能夠最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)活動(dòng)，增加課堂教學(xué)互動(dòng)與反饋，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。該模型使教學(xué)過程更加清晰流暢和富有邏輯性，課堂教學(xué)安排更加合理，操作性極高，是一個(gè)能夠幫助教師分解并分析教學(xué)過程，找出教與學(xué)脫節(jié)的環(huán)節(jié)，改善并提升教學(xué)成效的工具[6-8]。

下面以《通信原理》第2章第1節(jié)第2節(jié)課為例，說明依照BOPPPS模型如何設(shè)計(jì)一節(jié)課，上一節(jié)課已經(jīng)講完了調(diào)制的必要性，以及基本幅度調(diào)制（AM）的調(diào)制解調(diào)原理、表達(dá)式、頻譜、帶寬、頻帶利用率、調(diào)制效率等概念。本節(jié)課著重分析其不足和改進(jìn)方法。

3 基于BOPPPS模型的通信原理課程設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)容導(dǎo)入（Bridge-in）

播放電影《英雄贊歌》里，英雄王成英勇犧牲前奮勇殺敵、最終與敵人同歸于盡的片段。不需要慷慨陳詞，只需讓學(xué)生們自問：“如果有一天上戰(zhàn)場(chǎng)，能否與陣地共存亡？”，即可達(dá)到課程思政的目的。接下來重點(diǎn)關(guān)注王成使用的電臺(tái)，是什么電臺(tái)呢？是短波電臺(tái)，“英雄電臺(tái)”，71B型電臺(tái)。它的信號(hào)是怎么傳播的呢？利用大氣電離層反射傳播。短波信道是時(shí)變信道，帶寬比較窄，那么，王成和炮兵的通話用的是什么調(diào)制方式呢？學(xué)完今天的課，大家能自己找到答案了。

3.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)（Object）

本節(jié)課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖如圖3所示，其中，重點(diǎn)是調(diào)制和解調(diào)原理，難點(diǎn)是單邊帶調(diào)制SSB的相移法實(shí)現(xiàn)。后面每一種調(diào)制方式，都將按照這個(gè)思路來學(xué)習(xí)，最終可以得到一個(gè)表格，如表1所示?，F(xiàn)在這些知識(shí)點(diǎn)都還是暗的，好比沾滿塵土的阿拉丁神燈，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們一點(diǎn)一點(diǎn)地擦亮幅度（線性）調(diào)制基本原理這盞阿拉丁神燈。

3.3 前測(cè)（Pre-assessment）

上節(jié)課學(xué)習(xí)過線性調(diào)制技術(shù)里最基本的一種，調(diào)幅（AM），下面做一個(gè)小測(cè)試：

單選題：以下關(guān)于AM調(diào)制的表述正確的是（ ）

(A)過調(diào)幅的情況下，可以使用包絡(luò)檢波，解調(diào)器比較簡(jiǎn)單。

(B)正常包檢時(shí)，要求邊帶信號(hào)功率不能超過總功率的一半。

(D)帶寬較窄，進(jìn)一步減小帶寬不易實(shí)現(xiàn)。

答案：B。具體分析過程略。做這個(gè)前測(cè)的目的，是復(fù)習(xí)滿調(diào)幅、過調(diào)幅等概念，復(fù)習(xí)功率、調(diào)制效率、帶寬的計(jì)算方法，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)AM頻帶利用率、調(diào)制效率都比較低的問題，進(jìn)而提出問題：如何提升線性調(diào)制的頻帶利用率和調(diào)制效率呢？

3.4 參與式學(xué)習(xí)（Participating Learning）

式中，Am是基帶信號(hào)的振幅，A0是載波分量的振幅，為了實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波，必須保證。載波分量不包含信息，卻占據(jù)了AM信號(hào)超過2/3的功率，這是AM調(diào)制效率低的根本原因。那么，能否讓 A0減小甚至為0呢？如此必須放棄包絡(luò)檢波，那還有沒有別的解調(diào)方式呢？根據(jù)三角函數(shù)公式發(fā)現(xiàn)通過將同頻的本地載波與接收到的信號(hào)相乘，在通過低通濾波，接收端也可以恢復(fù)出基帶信號(hào)：

圖4：DSB信號(hào)時(shí)域波形與頻譜示意圖

圖5：SSB濾波法調(diào)制原理圖

從圖中可以看出，DSB信號(hào)占用帶寬與AM信號(hào)一樣：

式中，fH為基帶信號(hào)最高頻率。還可以看出，DSB信號(hào)的上邊帶（USB）和下邊帶（LSB）是完全對(duì)稱的，是否可以只傳USB或LSB呢？可以！這就是單邊帶調(diào)制SSB，占用帶寬減半：

SSB調(diào)制如何實(shí)現(xiàn)呢？從頻域看，可以使用濾波法，其原理框圖如圖5所示。通過高通濾波器，可以只保留上邊帶；或者通過低通濾波器，只保留下邊帶；兩種方法都能將基帶信號(hào)完整地發(fā)送給接收端，接收端通過相干解調(diào)，能完整地恢復(fù)出基帶信號(hào)。濾波法面臨的問題是，如果載頻處的頻率分量幅度比較大，也就是說，基帶信號(hào)的接近零頻的頻率分量比較多的話，濾波器很難將上邊帶或下邊帶濾干凈。因此，又提出了相移法，其原理框圖如圖6所示。

其中，希爾伯特變換濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶的90°移相器，含義是把消息信號(hào)中所有頻率分量都移相90°，而幅度保持不變。對(duì)應(yīng)的SSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：

圖6：SSB相移法調(diào)制原理圖

圖7：殘留邊帶（VSB）濾波器的幾何解釋

殘留邊帶VSB調(diào)制是介于SSB和DSB之間的折中方案。SSB存在的問題是難以實(shí)現(xiàn)陡峭的邊帶濾波特性。解決方法是逐步切割、圓滑滾降，這樣的濾波特性，使得另外一個(gè)邊帶殘留了一小部分，故名殘留邊帶。VSB濾波器的特性如何設(shè)計(jì)，應(yīng)該滿足什么條件呢？可以通過逆向思維來分析——從接收端無失真的恢復(fù)原來的消息信號(hào)來反推發(fā)送端調(diào)制器中 VSB濾波器的特性。若要無失真，恢復(fù)消息信號(hào)，濾波器的特性應(yīng)該在消息信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)等于常數(shù)。其含義是殘留邊帶濾波特性，應(yīng)該在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱特性。它的幾何解釋是將具有互補(bǔ)對(duì)稱的特性左右平移疊加的結(jié)果等于常數(shù)，如圖7所示。

殘留邊帶僅比單邊帶帶寬有很小的增加，卻換取了電路的簡(jiǎn)單。殘留邊帶適用于模擬電視廣播系統(tǒng)中視頻信號(hào)的傳輸，這是因?yàn)橐曨l信號(hào)的帶寬較大，且具有較豐富的低頻分量，采用殘留邊帶既克服了單邊帶電路難以實(shí)現(xiàn)，又解決了雙邊帶占用帶寬寬的缺點(diǎn)。

以上詳述了AM、DSB、SSB和VSB的原理、特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，下面回到開始提出的問題。

3.5 后測(cè)（Post-assessment）

英雄王成所用的71B電臺(tái)，是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的短波通信電臺(tái)，短波通信有什么特點(diǎn)呢？通過天波傳播，電離層反射傳播，信道是時(shí)變的，帶寬較窄，要滿足戰(zhàn)地通話需求。根據(jù)這些特點(diǎn)，大家判斷一下，71電臺(tái)應(yīng)該采用，下列哪種調(diào)制方式？（ ）

(A)AM (B)DSB (C)SSB (D)VSB

答案：C。短波通信信道較窄，且多為野外作戰(zhàn)應(yīng)用，應(yīng)盡可能節(jié)省帶寬和功率，故不選擇AM和DSB，而71B電臺(tái)主要用于戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)，傳輸語音消息信號(hào)，基帶信號(hào)帶寬小，SSB比較容易實(shí)現(xiàn)，故選擇SSB。

3.6 總結(jié)（Summary）

最后，讓我們戴上六頂思考帽，當(dāng)一次裁判，對(duì)四種線性調(diào)制方式進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，由此得到各自適用的場(chǎng)景，舉出相應(yīng)的例子，如表1所示。

表1：線性調(diào)制的特點(diǎn)和應(yīng)用

強(qiáng)調(diào)一下軍事應(yīng)用——例如，以色列軍隊(duì)列裝的ENTEL電臺(tái)，在話音傳輸時(shí)所用的調(diào)制方式之一，就是AM調(diào)制，另一種調(diào)制方式是調(diào)頻（FM）調(diào)制，將在下次課學(xué)習(xí)。除了話音傳輸，還有數(shù)據(jù)傳輸，ENTEL電臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸用的是最小頻域鍵控（MSK）調(diào)制，將在第五章，數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸中學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

本文闡述了如何按照BOPPPS模型設(shè)計(jì)《通信原理》課程教學(xué)方案，貫徹以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，強(qiáng)調(diào)問題引導(dǎo)式教學(xué)法，注重自然的課程思政，注重教學(xué)效果的評(píng)估，注重創(chuàng)新思維方法的訓(xùn)練。以“線性調(diào)制原理”為主題，詳述了上述理念和方法是如何落實(shí)到課堂教學(xué)的每一節(jié)課中，取得良好教學(xué)效果的。