張紅 黃金鳳 張國華

摘要：本課程組對通信原理課程從教學(xué)方法、實驗教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行探索和改革。首先教學(xué)方式從傳統(tǒng)教學(xué)模式改為采用微課和翻轉(zhuǎn)課堂方式，調(diào)動學(xué)生積極性；其次實驗教學(xué)選擇Matlab軟件仿真取代實驗箱簡單的驗證實驗，幫助學(xué)生理解消化理論，提高運(yùn)用知識解決問題的能力；最后考核方式降低了期末考試分?jǐn)?shù)占總成績比重，更注重過程考核，從而評估學(xué)生學(xué)習(xí)情況更全面準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：通信原理課程；微課；翻轉(zhuǎn)課堂；Matlab軟件仿真；過程考核

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）30-0168-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

通信原理課程是南京師范大學(xué)泰州學(xué)院通信工程專業(yè)主干課程，系統(tǒng)地介紹了通信理論的基本概念和基本原理。通過64學(xué)時的理論課程和32學(xué)時的實驗課程，幫助學(xué)生掌握較為扎實的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生對各種通信系統(tǒng)進(jìn)行分析的能力，為后繼課程的學(xué)習(xí)及將來從事相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。本課題組從事通信原理教學(xué)工作多年，學(xué)生普遍反映這門課學(xué)習(xí)效果欠佳，一是課程難，知識點繁雜[1]，需要用到高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)和概率論等先修課程很多知識點；二是該課程以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，學(xué)生興趣不足；三是實驗課程以驗證性實驗為主，實驗內(nèi)容相對淺顯，不能幫助學(xué)生理解理論原理，創(chuàng)新性不夠；四是考核形式比較單一，期末考試成績對課程能否及格起了決定性作用，部分學(xué)生平時學(xué)習(xí)不認(rèn)真，期末前突擊復(fù)習(xí)，只為取得學(xué)分，考完就忘，掌握深度并不夠。針對這些狀況，本課程組對通信原理課程從教學(xué)方法、實驗教學(xué)、考核方式等方面進(jìn)行探索和改革。

1 教學(xué)方法

隨著手機(jī)、平板電腦等移動終端的普及，微課在我國教育領(lǐng)域也迅速發(fā)展起來[2]。通信原理課程知識點繁雜、理論性強(qiáng)、概念抽象，涉及很多數(shù)學(xué)公式和推導(dǎo)，而且傳統(tǒng)的教學(xué)模式因連續(xù)講課時間過長，大部分學(xué)生難以全程保持注意力集中，一旦遇到?jīng)]聽懂的知識點就跟不上課堂教學(xué)節(jié)奏，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。因此，本課程組將通信原理課程的教學(xué)內(nèi)容按知識點錄制成微課視頻，微課視頻的特點是短而精[3]，長度一般控制在15分鐘左右。本課程選用教材是樊昌信主編的《通信原理》第七版，表1列出了主要的微課視頻。

同時，本課程教學(xué)采取翻轉(zhuǎn)課堂的模式[4]，讓學(xué)生在課前觀看微課視頻，同時根據(jù)需要可以查找豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，加深理解，課堂通過問題研討、課堂測試等方式了解學(xué)生課前視頻掌握情況，學(xué)生在回答問題和課堂測試時，又會發(fā)現(xiàn)許多問題理解不透徹，需要和同學(xué)溝通討論及教師的進(jìn)一步講解，最后再進(jìn)行知識點總結(jié)，更好地完成教學(xué)目的，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，強(qiáng)化學(xué)生的分析問題、解決問題以及語言表達(dá)能力。

下面以“平穩(wěn)隨機(jī)過程上”微課和翻轉(zhuǎn)課堂實施情況為例，闡述本課程組的教學(xué)方法。首先通過微課視頻講解三個知識點，一是隨機(jī)過程的分布函數(shù)和數(shù)字特征，二是定義平穩(wěn)隨機(jī)過程，也就是均值是常數(shù)，與時間無關(guān)，相關(guān)函數(shù)只與時間差有關(guān)，三是各態(tài)歷經(jīng)性，即用一個樣本的“時間平均”就能代替隨時過程的“統(tǒng)計平均”。這部分內(nèi)容是重點，對后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)有很大關(guān)聯(lián)，從往年教學(xué)情況看，隨機(jī)過程也是通信原理課程中學(xué)生比較難理解的知識點，翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生看完理論講解視頻，解答下面幾個問題來幫助理解隨機(jī)過程。第一個問題是通過Matlab軟件生成一個隨機(jī)過程，其一維概率密度服從正態(tài)分布，如圖1所示，學(xué)生通過解決這個問題就會理解，隨機(jī)過程可以看作是在時間進(jìn)程中處于不同時刻的隨機(jī)變量的集合。第二個問題是建立隨機(jī)相位余弦信號的多個實現(xiàn)樣本，如圖2所示，進(jìn)而產(chǎn)生一萬個樣本，讓學(xué)生理解隨機(jī)過程是所有樣本函數(shù)的集合。第三個問題是讓學(xué)生利用Matlab編程求多樣本均值和相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計平均，和一個樣本的均值和相關(guān)函數(shù)的時間平均，驗證兩者是否相等，如果相等，則符合多態(tài)歷經(jīng)性，最后再用公式證明隨機(jī)相位余弦信號滿足各態(tài)歷經(jīng)性，這樣可以讓學(xué)生多角度深入理解隨機(jī)過程。

2 實驗教學(xué)

實驗是教學(xué)工作的重要組成部分，可以幫助學(xué)生理解理論知識，強(qiáng)化學(xué)生動手能力。一方面，本專業(yè)通信原理實驗采用實驗箱， 每個實驗?zāi)K只要按照實驗指導(dǎo)書進(jìn)行少量連線，就可以測量波形，觀察實驗結(jié)果，對學(xué)生理解實驗原理要求不高，創(chuàng)新性不夠[5]。另一方面，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，由 2G 時代到5G時代，課本教材內(nèi)容也在不斷更新，所需實驗儀器也在不斷更新?lián)Q代，造成了很多不必要的浪費(fèi)，減少這方面的浪費(fèi)是所有實驗室都要面對的問題?？紤]到Matlab軟件仿真的便利性和易操作性以及Simlink模塊建模的優(yōu)勢，本課程組一方面為每個重要知識點都設(shè)計了相應(yīng)的Matlab配套實驗，要求學(xué)生在理解理論知識點的基礎(chǔ)上完成實驗，并進(jìn)行改進(jìn)；另一方面設(shè)計了一些大型系統(tǒng)實驗，如數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析、OFDM通信系統(tǒng)、卷積碼編碼解碼等，要求學(xué)生分組協(xié)作完成。

下面以第二章確知信號頻譜分析實驗為例，圖3是周期性三角波信號頻譜分析的Matlab程序，周期性三角波周期和幅度均為1，經(jīng)過傅里葉級數(shù)變換，求出直流分量和諧波分量，本實驗再反過來通過直流分量和部分諧波分量合成周期性波形，如圖4所示，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)，隨著高次諧波分量的增加，合成波形會越來越接近周期性三角波信號，這就有助于學(xué)生理解頻譜變換原理，再通過觀測目標(biāo)波形和合成波形的細(xì)致區(qū)別，提示學(xué)生三角波的尖角部分由對應(yīng)了頻譜中的高頻分量。再要求學(xué)生通過修改一些參數(shù)，比如周期性三角波的幅度或周期，能推導(dǎo)出相應(yīng)的傅里葉變換系數(shù)，并設(shè)計完成方波或其他周期性信號的頻譜分析程序和波形，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生動手能力。

3 考核方式

通信原理課程采用過程考核方式[6]，可以在課程的整個學(xué)習(xí)過程中，有效把控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，督促學(xué)生加強(qiáng)平時學(xué)習(xí)。本課程授課采取翻轉(zhuǎn)課堂模式，一般在上課前3天發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，包括微課視頻、重點、難點、思考問題幾個方面，學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課堂中首先進(jìn)行隨堂測驗，主要是針對重點知識的解答，及時了解學(xué)生對知識點的理解掌握情況，根據(jù)學(xué)生完成情況分為及格、良好和優(yōu)秀；其次進(jìn)行難點知識的課堂研討，對每名學(xué)生在課堂研討中的參與度進(jìn)行評價，而不是對學(xué)生發(fā)言正確與否進(jìn)行評價，目的是督促學(xué)生深度參與課堂教學(xué)，加強(qiáng)師生互動和學(xué)生之間交流。隨堂測驗和課堂研討分?jǐn)?shù)構(gòu)成平時成績，占總成績的40%。同時本課程在整個授課過程中會利用超星平臺進(jìn)行 4 次線上考核，著重針對通信概念和基本知識點，以選擇、填空和判斷題的形式，考核學(xué)生學(xué)習(xí)情況。教員在超星平臺建立題庫，并使用平臺給每位學(xué)生隨機(jī)組卷，并自動閱卷評分，這部分考核占總成績的 40%。這樣最后的期末考試成績只占總成績的20%，如圖5所示。實驗課程有獨立分?jǐn)?shù)，由每次實驗完成分?jǐn)?shù)求平均分。

4 總結(jié)

本課題組對通信原理課程從教學(xué)方法、實驗教學(xué)、考核方式進(jìn)行了教學(xué)改革，從實際的反饋情況看，微課更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)生能夠充分利用碎片化時間，翻轉(zhuǎn)課堂充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生分析問題、解決問題以及語言表達(dá)的能力，實驗教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生查找資料、團(tuán)隊合作等多種能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率都得到了提高，教師也可以更全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，給每位學(xué)生給出了更準(zhǔn)確更公平的成績，教學(xué)質(zhì)量得到了進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].7版.北京：國防工業(yè)出版社，2012.

[2] 胡世清，文春龍.我國微課研究現(xiàn)狀及趨勢分析[J].中國遠(yuǎn)程教育，2016（8）：46-53.

[3] 王忠禮，張海一.通信原理課程的微課程教學(xué)模式開發(fā)與設(shè)計[J].科技視界，2017（17）：16-17.

[4] 徐巖.“布魯姆認(rèn)知分類”視角下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實證研究[J].職業(yè)教育研究，2017（1）：71-75.

[5] 何曉華.“通信原理”課程線上線下混合式教學(xué)改革[J].工業(yè)和信息化教育，2022（4）：34-37.

[6] 韋素媛，徐東輝，孫曉艷，等.線上線下混合式的通信原理課程形成性考核改革實踐[J].科教導(dǎo)刊（電子版），2022，（1）139-140，143.

【通聯(lián)編輯：唐一東】