鄒 領(lǐng)，陳義明

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與智能科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

0 引 言

“通信原理”是高校通信工程、電子信息工程和物聯(lián)網(wǎng)工程等信息類專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，也是相關(guān)專業(yè)研究生入學(xué)考試經(jīng)常被選為筆試科目的一門課程，具有十分重要的地位。“通信原理”這門課程的先修課程一般有“信號與系統(tǒng)”和“隨機信號分析”等。與理工科其他課程一樣，“通信原理”課程一般也分為理論課和實踐課，甚至還包括課程設(shè)計。傳統(tǒng)的“通信原理”課程教學(xué)，理論課的學(xué)習(xí)一般由教師線下開展，而實踐課則由學(xué)生在實驗室通過通信原理實驗箱完成。

當(dāng)傳播類疫情較嚴(yán)重時，為確保學(xué)生的人身安全，同時使得大學(xué)新學(xué)期的教學(xué)工作能按期正常進行，可考慮在學(xué)生不在校的情況下借助互聯(lián)網(wǎng)，采用新型信息化教學(xué)手段開展教學(xué)工作。小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）是近年來流行的一種新型線上課程建設(shè)和在線教育方式，適合在大學(xué)開展遠程線上教育。

本文探索基于SPOC和虛擬仿真實驗開展遠程“通信原理”課程教學(xué)的新型教學(xué)模式。理論課教學(xué)可通過SPOC的形式開展，針對實踐課，目前支持通信原理虛擬仿真實驗的軟件包括SystemView、MATLAB/SimuLink等。在無法利用通信原理實驗箱的情況下，可以借助軟件進行虛擬仿真實驗。

1 SPOC

2012年，大型網(wǎng)絡(luò)式開放課程（MOOC）興起，使每個人都能免費獲取來自名牌大學(xué)的資源，可以在任何地方、用任何設(shè)備學(xué)習(xí)，有利于教育資源的共享。但同時，MOOC也存在規(guī)模大、學(xué)習(xí)過程管理欠缺、個性化指導(dǎo)不足等缺點。SPOC作為小規(guī)模私有在線課程，其出現(xiàn)可以彌補傳統(tǒng)MOOC的部分缺陷。SPOC的學(xué)生人數(shù)一般設(shè)定為幾十到幾百人，學(xué)生加入某SPOC課程學(xué)習(xí)必須經(jīng)過開課教師的同意，例如在中國大學(xué)MOOC平臺開設(shè)SPOC課的教師可以通過設(shè)置選課密碼讓指定的學(xué)生加入課程。諸如這些特點使得SPOC比較適合開展大學(xué)課程的在線學(xué)習(xí)。

以中國大學(xué)MOOC平臺為例，平臺課程既支持MOOC也支持SPOC。其中，SPOC被劃分成3類：同步SPOC、異步SPOC和獨立SPOC。獨立SPOC需要授課教師提供所有教學(xué)資源，而同步或異步SPOC可以選擇平臺一門MOOC的資源作為該SPOC的教學(xué)資源，即充當(dāng)該SPOC的源課程。同步SPOC和異步SPOC的區(qū)別在于，同步SPOC不能修改源課程MOOC中的資源，而異步SPOC可以修改源課程MOOC中的資源。授課教師可以根據(jù)實際需求選擇建立SPOC的類型。

2 基于SPOC和虛擬仿真實驗的“通信原理”課程實施

以中國大學(xué)MOOC平臺為例搭建本校通信原理理論課的SPOC，實踐課通過基于SystemView軟件的仿真實驗進行。

2.1 SPOC開課申請階段

在學(xué)校已經(jīng)購買了平臺服務(wù)的情況下，在中國大學(xué)MOOC平臺上新開本校專屬的SPOC首先需要授課教師向?qū)W校的教學(xué)負責(zé)部門（一般為教務(wù)處）進行建課申請。具體到我校通信原理SPOC，考慮到我校當(dāng)前選擇的教材是西安電子科技大學(xué)教師團隊主編的經(jīng)典通信原理教材第7版，因此我們選擇教材主編教師之一在中國大學(xué)MOOC平臺上開設(shè)的通信原理MOOC作為源課程來創(chuàng)建SPOC。該MOOC的開課時間與本學(xué)期的“通信原理”課程時間基本同步，因此適合建立同步SPOC。但考慮到我校還需要更新一些本校教師準(zhǔn)備的教學(xué)文檔、視頻等做為內(nèi)容的補充，故建立異步SPOC。

2.2 課程建設(shè)階段

開課申請完成后，授課教師團隊登錄中國大學(xué)MOOC平臺，通過本校的學(xué)校云選擇進入申請開設(shè)的SPOC課程的設(shè)置頁面進行相關(guān)設(shè)置。首先，發(fā)布SPOC課程的介紹頁，如圖1所示。設(shè)置課程團隊和發(fā)布課程介紹頁，包括課程負責(zé)人和團隊其他教師以及設(shè)置課程的基本信息，例如課程名稱、所屬大學(xué)和課程分類、開課時間、結(jié)束時間、每周學(xué)時、課程概述、課程大綱、課程封面圖片等。

圖1 中國大學(xué)MOOC平臺發(fā)布SPOC課程介紹頁

接下來發(fā)布課程學(xué)習(xí)頁，如圖2所示。主要包括發(fā)布公告、發(fā)布評分方式、發(fā)布教學(xué)單元內(nèi)容以及設(shè)置討論區(qū)結(jié)構(gòu)。發(fā)布公告可以及時發(fā)布課程活動通知以及資料。發(fā)布評分方式設(shè)置包括評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置、題型設(shè)置、總分及成績設(shè)置。其中，題型設(shè)置針對單元測驗、單元作業(yè)、課程考試所包含的主觀題和客觀題進行設(shè)置，而總分及成績設(shè)置可以分配單元測驗、單元作業(yè)、考試、課程討論、視頻學(xué)習(xí)完成度等各部分在總成績中的百分比權(quán)重。發(fā)布教學(xué)單元內(nèi)容包括教學(xué)視頻、課件、文檔、隨堂測驗、單元測驗、單元作業(yè)和課程期末考試等。最后，設(shè)置討論區(qū)結(jié)構(gòu)，授課教師可以根據(jù)自身需要選擇開啟或關(guān)閉教師答疑區(qū)、課堂交流區(qū)和綜合討論區(qū)。

圖2 中國大學(xué)MOOC平臺發(fā)布SPOC課程學(xué)習(xí)頁

通信原理SPOC的教學(xué)單元內(nèi)容安排見表1所列，其中內(nèi)容與源MOOC的教學(xué)內(nèi)容大體一致?？紤]到教材中“確知信號”和“隨機過程”這兩個章節(jié)的內(nèi)容分別屬于先修課程“信號與系統(tǒng)”和“隨機信號分析”，因此將其設(shè)定為由同學(xué)自學(xué)完成，不出現(xiàn)在教學(xué)單元內(nèi)容中。

表1 通信原理SPOC教學(xué)單元內(nèi)容安排

2.3 基于SPOC的線上理論課實施

課前，教師可將教學(xué)PPT等電子資料發(fā)送給學(xué)生以方便學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)。之后學(xué)生可按照教師指定的學(xué)習(xí)任務(wù)和時間登錄SPOC學(xué)習(xí)相應(yīng)章節(jié)的視頻等?？紤]到學(xué)生一學(xué)期可能需要完成多門課程的學(xué)習(xí)，為了不與其他課程的學(xué)習(xí)時間沖突，我們安排學(xué)生的課程學(xué)習(xí)時間與學(xué)校發(fā)布的課表上的時間一致。學(xué)生按照課表上的時間進入SPOC進行本次課程的學(xué)習(xí)，并完成SPOC中已經(jīng)設(shè)置好的單元測驗或單元作業(yè)。單元測驗以客觀題的形式出現(xiàn)，方便系統(tǒng)直接評分，而單元作業(yè)則為主觀題，可由教師批改評分也可由學(xué)生之間互評。同時，為保證學(xué)生在指定時間學(xué)習(xí)，SPOC的單元測驗和單元作業(yè)題都設(shè)置了截止提交時間，要求學(xué)生必須在截止時間之前完成并提交，逾期將無法提交。單元測試和單元作業(yè)的完成情況也將一定程度上影響學(xué)生最終的成績。

此外，每次課程結(jié)束后為鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，我們還將布置額外的課后作業(yè)。同時還可以在SPOC的學(xué)習(xí)章節(jié)中提供討論話題讓學(xué)生參與討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。借助SPOC中的討論區(qū)，學(xué)生平時學(xué)習(xí)遇到不懂的問題可以在討論區(qū)提問，學(xué)生也可以在討論區(qū)回答別的學(xué)生所提出的問題，授課教師會在空閑時間登錄討論區(qū)答疑。與單元測驗和單元作業(yè)類似，可以將學(xué)生在SPOC中參與討論話題的數(shù)量和質(zhì)量作為最終成績的一部分。

“通信原理”課程的作業(yè)題經(jīng)常涉及計算、畫圖等，授課教師還會對課后作業(yè)進行詳細講解。因此我們需要先制作好作業(yè)講解PPT，然后將授課教師利用PPT講解的過程錄制成視頻，之后上傳到SPOC中。學(xué)生在完成作業(yè)后可登錄SPOC觀看作業(yè)講解視頻。教師也可以在SPOC中利用中國大學(xué)MOOC平臺提供的“學(xué)校云課件直播”功能以在線直播的方式講解作業(yè)題。

2.4 基于虛擬仿真軟件的實踐課

由于遠程學(xué)習(xí)可能無法利用專用的通信原理實驗箱，因此更適合采用虛擬仿真實驗的形式，借助SystemView、MATLAB/SimuLink等開展實踐課。以SystemView為例，授課教師安排學(xué)生在私人電腦上安裝SystemView軟件，實驗之前，教師將包含實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗步驟和過程記錄等內(nèi)容的實驗報告?zhèn)魉徒o學(xué)生，之后學(xué)生對照實驗報告文檔在電腦上利用SystemView中的各種功能模塊搭建系統(tǒng)，設(shè)置參數(shù)，然后運行系統(tǒng)并觀察特定信號的波形、頻譜等，同時按實驗報告中的要求填寫實驗報告后發(fā)送給教師。圖3為利用SystemView進行通信原理仿真實驗的示例。所搭建的系統(tǒng)是一個四進制單極性數(shù)字基帶系統(tǒng)，SystemView中實驗觀察到的信號波形等與利用硬件實驗箱和示波器等儀器現(xiàn)場實驗觀察到的結(jié)果相似。

圖3 四進制單極性數(shù)字基帶系統(tǒng)搭建圖

2.5 課程考試及評分

課程結(jié)束后，我們將在SPOC中發(fā)布考試信息，考試有規(guī)定的時長和起止時間，題型分為客觀題和主觀題。首先進行客觀題（包含選擇、填空和判斷題）考試，然后進行主觀題（主要為問答題和計算題等）考試。作答主觀題時，簡單的題目可以直接在SPOC中作答，而復(fù)雜的題目可以采用提交圖片或文檔的形式作答。我校SPOC主觀題測試答卷采用提交圖片的方式，要求學(xué)生將答案寫到答題紙上，同時還包括姓名、班級和學(xué)號等信息，然后將答題紙拍照后上傳提交。如果采用提交文檔的方式，則需將答案寫到某個電子文檔（例如Word或pdf文檔等）中提交。最后，將學(xué)生的課程考試、單元測驗、作業(yè)、討論區(qū)參與討論情況和視頻學(xué)習(xí)完成情況等指標(biāo)按照百分比進行加權(quán)求和得到該生的總成績。

我們在本校按照上述模式進行了“通信原理”課程的線上教學(xué)實踐之后，發(fā)動全班同學(xué)參與回答了教學(xué)方式滿意度調(diào)查問卷，參與人數(shù)約90人（包括3個自然班），發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)同學(xué)（約80%）對線上教學(xué)方式給出了肯定的態(tài)度，甚至認(rèn)為可以替代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。同時，班級學(xué)生的最終成績也基本服從正態(tài)分布，取得了不錯的教學(xué)效果。

3 結(jié) 語

SPOC是近年來流行的一種新型線上課程建設(shè)和在線教育方式。經(jīng)過疫情期間大學(xué)“停課不停教、不停學(xué)”號召的啟發(fā)，本文探索了基于SPOC和虛擬仿真實驗的“通信原理”課程遠程線上教學(xué)模式，以中國大學(xué)MOOC平臺和SystemView軟件為例介紹了通信原理SPOC課程的具體建設(shè)過程，學(xué)生的線上學(xué)習(xí)和討論，教師答疑和作業(yè)講解以及實踐課的實施等。實踐表明，相較于傳統(tǒng)的線下教學(xué)，我們采用的教學(xué)模式取得了學(xué)生的積極反饋以及不錯的教學(xué)效果，可以為大學(xué)“通信原理”或其他類似課程開展線上教學(xué)提供參考。