侯 婷，沈玉紅，董亦凡，任 躍

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學 信息工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

隨著科技水平的飛速提高，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新。2017年2月，為深化工程教育改革，推進“新工科”的建設與發(fā)展，教育部發(fā)布了《高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，決定開展“新工科”研究和實踐?！靶鹿た啤毖芯亢蛯嵺`圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[1]。2021年3月31日國務院新聞辦公室就貫徹“十四五”規(guī)劃，加快建設高質(zhì)量教育體系有關(guān)情況舉行發(fā)布會。就“如何進一步推動中西部高等教育發(fā)展，更好地服務新發(fā)展格局？”問題，教育部高等教育司司長吳巖表示，要優(yōu)結(jié)構(gòu)，即要支持中西部高等學校聚焦區(qū)域發(fā)展急需，優(yōu)化學科專業(yè)結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科；要促共享，即要深入推進“慕課西部行”計劃。可見，近些年教育部高度重視西部高等院校的“新工科”建設與在線教學資源的深度應用。倡導東西部高校共建線上、線下或混合式課堂；以共享和技術(shù)賦能為關(guān)鍵，協(xié)同推進教學改革創(chuàng)新與規(guī)范管理[2-3]。

本文從西部高校電子類、通信類專業(yè)課程的教學現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合多年的實踐教學經(jīng)驗，在充分分析學情現(xiàn)狀的基礎上，探索適合于西部高?！巴ㄐ旁怼闭n程的混合式教學模式。

1 課程基本情況

“通信原理”課程以信息傳輸方式、各類通信系統(tǒng)性能分析比較及實現(xiàn)手段作為研究對象，系統(tǒng)性地介紹通信系統(tǒng)中的常用概念，討論典型通信系統(tǒng)的基本原理及組成，分析計算典型通信系統(tǒng)性能指標。該課程教學注重基本原理的講解、通信系統(tǒng)實現(xiàn)的推導演算、系統(tǒng)典型指標的理論分析，在培養(yǎng)學生掌握專業(yè)基礎理論和分析方法的同時，使學生具備運用數(shù)學知識進行推理論證的能力，并具備針對現(xiàn)代各類通信系統(tǒng)進行原理分析、性能評價、建立模型、定量計算和設計符合性能要求的通信系統(tǒng)的能力。

1.1 課程特點

1.1.1 課程內(nèi)容的系統(tǒng)性、連貫性

“通信原理”課程的教學內(nèi)容涉及信號理論知識、模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的各種調(diào)制、解調(diào)及編解碼技術(shù)，課程學習需要從系統(tǒng)的角度建立完整的知識體系，課程知識點繁多、數(shù)學分析復雜、教學內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)度高。學生需要構(gòu)建完整、系統(tǒng)、連貫的知識體系。

1.1.2 課程目標的工程實踐性

“通信原理”課程是電子信息工程、通信工程等專業(yè)學生開展工程研究、綜合設計的專業(yè)基礎。目標是培養(yǎng)學生對電子信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的分析設計能力，為從事與本專業(yè)相關(guān)的工程技術(shù)工作打下基礎。因此，課程教學過程要強調(diào)課程的工程實踐性，理論實踐有機結(jié)合，加強實踐教學，以培養(yǎng)學生應用專業(yè)理論解決實際復雜工程問題的能力。

1.1.3 課程教學的實時性

經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，離不開通信技術(shù)的不斷更新?，F(xiàn)代通信技術(shù)可謂日新月異，尤其5G、6G 時代的到來，涌現(xiàn)新的通信技術(shù)、通信設備?！巴ㄐ旁怼闭n程作為電子、通信專業(yè)的核心課程，教學內(nèi)容必須適應通信技術(shù)發(fā)展，在講授傳統(tǒng)通信技術(shù)基礎的同時，需要不斷更新、擴充現(xiàn)當代通信技術(shù)，教學內(nèi)容要實時更新，順應時代發(fā)展，滿足學生的學習需求。

1.2 教學現(xiàn)狀

1.2.1 知識點繁多，學時有限，對先修課程要求高

以內(nèi)蒙古工業(yè)大學為例，“通信原理”課程講授內(nèi)容包括通信基礎知識、確知信號、隨機信號、信道、模擬調(diào)制系統(tǒng)、數(shù)字基帶系統(tǒng)、數(shù)字帶通系統(tǒng)、新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)、最佳接收、信源編碼、同步原理，共11 章的教學內(nèi)容，涵蓋知識點多、數(shù)學推導復雜。專業(yè)培養(yǎng)方案設置學時為64 學時，其中理論教學54 學時，實踐教學10 學時。采用傳統(tǒng)教學模式，以教師講授為主，重要理論學習與數(shù)學分析全部靠課堂講授完成，學生很難隨堂接受全部教學內(nèi)容，會有“滿堂灌”的教學體驗；且“通信原理”課程需要用到很多信號與系統(tǒng)、概率論課程知識，學生對先修課程的遺忘，導致課程教學中還需及時對先修課程知識點進行復習總結(jié)。因此，有限學時內(nèi)很難達到理想教學效果，如僅采用傳統(tǒng)教學模式，學生學習體驗較差。

1.2.2 數(shù)學推導復雜，概念原理抽象

“通信原理”課程涉及隨機信號分析、信號調(diào)制解調(diào)與信號編解碼、信號傳輸，信號的分析、描述較抽象，數(shù)學推導繁瑣復雜，單純靠理論分析進行講授，枯燥乏味，學生接受效果較差，很難達到好的課堂互動和教學效果，有必要尋求更多形象化的教學方法，提高學生的學習興趣，以達到更好的教學效果。

1.2.3 實驗教學形式單一，缺乏可拓展性

目前，“通信原理”課程實驗主要應用武漢凌特公司的“通信原理”實驗箱完成10 學時的實驗教學，以驗證型實驗為主，且學生只能在實驗室完成實驗，有限的實驗學時內(nèi)，學生很難完全理解實驗原理、分析實驗數(shù)據(jù)，沒有足夠的實驗學時滿足設計型實驗需求與試錯機會，有必要開發(fā)應用虛擬仿真實驗平臺，充分利用課下時間自主設計實驗，提高對通信系統(tǒng)的理解和認識。

1.2.4 評價方式單一，缺少合理的過程考核機制

傳統(tǒng)教學中，“通信原理”課程評價機制主要由考試成績、作業(yè)成績、實驗成績?nèi)糠謽?gòu)成，且作業(yè)和實驗環(huán)節(jié)學生相互之間的參照度很高，提交的作業(yè)以及實驗報告不能真實反映學生的學習效果，在整個評價機制里學生反饋對教學引導起不到應有的作用。有必要進行課程改革，應用現(xiàn)代化教學手段改進評價方式，通過評價機制不僅能夠區(qū)分學生層次，更能有效反映教學效果，從而不斷調(diào)整教學進度，改進教學方法，提高教學質(zhì)量，真正形成工程教育認證的閉環(huán)式教學理念。

2 “新工科”背景下“通信原理”課程混合式教學的建設與實踐

2.1 優(yōu)化教學方法

傳統(tǒng)教學模式以教師講授為主，學生處于被動學習狀態(tài)。隨著近些年“新工科”建設與工程教育認證理念的不斷滲入，針對“通信原理”課程學時有限、教學內(nèi)容繁多、先修課程要求高的特點，采用線上線下相結(jié)合的混合式教學模式。混合式課程建設從課程分析、課程整體設計、課程單元設計與課程資源建設等方面展開。建設過程如圖1所示。

圖1 “通信原理”課程建設流程

在充分分析課程特點與建設流程之后，開展課程教學設計與實施，以教師講授和學生學習為視角，從課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)進行教學設計與實施。具體設計與實施流程如圖2所示。教學設計強調(diào)課前準備部分，只有充分的課前準備才能保證合理有效的課中教學，也只有通過課前預習與答疑環(huán)節(jié)才能清楚了解學生學習需求，保證課堂教學的有的放矢。而課后的教學反思也是必不可少的環(huán)節(jié)，按照工程教育認證的以學生為中心、成果導向、持續(xù)改進的理念，只有及時的教學反思才能保證持續(xù)有效地改進教學效果，形成閉環(huán)式教學，達成預期的教學目標與培養(yǎng)目標[4-5]。

圖2 “通信原理”課程設計與實施流程

針對內(nèi)蒙古工業(yè)大學的“通信原理”課程，線上教學平臺主要采用雨課堂平臺和優(yōu)慕課教學平臺。雨課堂主要應用于課堂教學、課堂互動、課前預習資源發(fā)布和學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計；優(yōu)慕課平臺主要用于課程資源共享與作業(yè)提交環(huán)節(jié)[6]。開學初將課程的電子版教材、課件、教學視頻、課程動畫、課外習題等教學資源共享于優(yōu)慕課平臺，供學生整學期隨時下載學習使用；教學實施過程中通過雨課堂進行導學信息和學習任務發(fā)布、答疑解惑、課堂提問、隨堂測試、單元測試等教學環(huán)節(jié)。針對“通信原理”課程對先修課程要求高的特點，將需要用到的先修知識點匯總為預習視頻，每周固定時間發(fā)布預習任務，學生根據(jù)導學信息與預習視頻完成預習任務，并在每個預習任務之后設置一至兩道預習測試題，考查學生預習效果。根據(jù)學生預習情況隨時調(diào)整教學內(nèi)容與教學進度；課堂教學時選用雨課堂加騰訊會議直播方式進行，線上線下融合式教學，所有講課內(nèi)容均有回放功能，方便學生復習回看。

課堂教學過程設有隨堂測試環(huán)節(jié)，通過雨課堂的習題插入功能，每節(jié)課大約會根據(jù)教學內(nèi)容隨機插入3～6 道隨堂測試題，以便隨時了解學生聽課效果，調(diào)動學生學習積極性；課程教學設有隨機提問環(huán)節(jié)，以此督促學生認真聽講、不做與課堂無關(guān)事項。針對“通信原理”課程中數(shù)學推導復雜、理論性較強的問題，充分應用仿真動畫功能，將抽象的理論形象化展示，例如在調(diào)制與解調(diào)章節(jié)應用MATLAB 設計了仿真演示動畫，幫助學生形象化理解記憶調(diào)制解調(diào)的過程，達到良好的教學效果。每節(jié)課后要及時進行課程總結(jié)與反思，做好課程教學記錄，以保證課程教學效果的不斷改進。針對“通信原理”課程教學內(nèi)容較多的特點，課程教學每章結(jié)束時設有單元測試環(huán)節(jié)，以保證及時獲得教學反饋，及時了解學生的掌握程度，進而調(diào)整教學進度與方法。

綜上所述，針對“通信原理”課程的特點，從課程建設、教學設計、教學手段等方面優(yōu)化改進教學方法，達到了良好的教學效果。

2.2 增加實驗平臺

以內(nèi)蒙古工業(yè)大學的“通信原理”課程為例，實驗教學共10 學時，主要以驗證型實驗為主，包括碼型變換實驗（2學時）、2FSK 調(diào)制與解調(diào)實驗（2 學時）、PCM 編譯碼實驗（2學時）、數(shù)字基帶綜合實驗（4 學時）。

在以前的教學中，課程實驗主要在線下實驗室完成，實驗選用武漢凌特公司的“通信原理”實驗箱，該實驗箱采用“通信積木”式模塊化架構(gòu)，從通信系統(tǒng)的角度出發(fā)，將各知識點分割至各獨立模塊，實驗箱各模塊均配有獨立電源開關(guān)，學生可根據(jù)實驗需求，選擇不同模塊搭建通信系統(tǒng)。實驗以分組形式開展，兩到三人一組進行實驗，但由于學生理論知識掌握程度、動手能力的不同，每組實驗常常是能力較強的同學在操作、分析，其他同學參與度較低，實驗體驗較差，達不到理解原理、設計步驟、分析數(shù)據(jù)的實驗效果；而對于學有余力的同學想開展教學計劃以外的拓展實驗，還需要與實驗室管理員預約開放時間?？梢?，傳統(tǒng)實驗室硬件實驗的教學方式，受實驗設備與場地的局限，不能達到因材施教的教學效果。近兩年來受疫情的影響，線上教學已成為常態(tài)化教學模式，而僅僅采用實驗室現(xiàn)場實驗的方式很難滿足教學需求，所以在實驗環(huán)節(jié)急需探索既適合不同層次學生，又能不受場地、設備、時間限制的實驗教學方法[7]。

基于以上分析，“通信原理”課程引入虛擬仿真實驗平臺，該實驗平臺具有以下突出優(yōu)勢：第一，學生可以在線上隨時隨地獨立完成實驗；第二，實驗平臺提供豐富的實驗項目（共23 個）供學生選擇，學生可以根據(jù)需求自主拓展實驗；第三，該虛擬仿真實驗平臺的設備與硬件實驗室的設備外形、功能等都完全相同，學生可以線上線下結(jié)合實驗；第四，該平臺提供在線實驗操作記錄、實驗報告撰寫提交和存檔等功能，便于實驗管理與考核。實驗管理界面如圖3所示，實驗操作案例如圖4所示。

圖3 線上實驗系統(tǒng)管理界面

圖4 線上實驗操作案例

2021—2022 學年春季學期開學時恰逢呼和浩特市疫情嚴重，整個學期內(nèi)蒙古工業(yè)大學均采用線上教學，很多實踐教學環(huán)節(jié)無法進行，而“通信原理”課程采用虛擬仿真實驗平臺按時完成了所有實驗計劃，實驗效果理想，學生均獨立完成并提交了實驗報告，通過學生反饋，實驗效果優(yōu)于線下實驗室教學。目前，內(nèi)蒙古工業(yè)大學的“通信原理”課程實驗教學環(huán)節(jié)，采用硬件實驗與虛擬仿真平臺結(jié)合的形式開展。

2.3 完善評價機制

“通信原理”課程的教學大綱規(guī)定，課程考核主要分為期末考試成績（占總評成績的60%）和過程考核成績（占總評成績的40%）兩部分。以往過程考核成績主要由出勤成績、作業(yè)成績、實驗報告成績?nèi)糠纸M成。經(jīng)過多年教學實踐發(fā)現(xiàn)，過程考核成績的區(qū)別度很小，不能真實反映學生的日常學習情況以及對知識的掌握情況。因此，在“通信原理”混合式教學建設過程中，按照混合式教學實施流程，對過程考核部分進行了改進，完善了考核環(huán)節(jié)，建立了新的課程考核評價體系，具體成績占比如圖5所示。

圖5 課程考核評價體系

以往線下教學時學生缺勤情況較少，出勤成績接近滿分，但是出勤成績并不能反映學生課堂聽課效果，仍存在上課學生的課堂參與度不高，總有部分學生在做與課程無關(guān)的事情。針對上述問題，通過混合式課程建設進行解決，將出勤成績改為課堂表現(xiàn)成績，占總評成績的5%，考核依據(jù)為隨堂測試及隨機提問成績；采用混合式教學后，借助雨課堂教學平臺，課堂加入隨堂測試及隨機提問環(huán)節(jié)，每節(jié)課不定時地插入限時測試題，考查學生對隨堂知識的掌握情況；并針對講解問題隨機提問，要求學生作答，以上兩個環(huán)節(jié)均由雨課堂自動計入課堂表現(xiàn)成績。過程考核中增加預習成績與單元測試成績，預習成績占總評成績的5%，考核依據(jù)為課前預習情況，課前教師會發(fā)布預習課件及測試題，按照課件瀏覽情況及答題情況自動計入雨課堂課件成績。單元測試成績，占總評成績的10%，針對課程重點章節(jié)設置單元測試環(huán)節(jié)，在每章講解結(jié)束時會安排固定時間通過雨課堂發(fā)布單元測試試卷，要求學生在規(guī)定時間內(nèi)作答并提交，計入單元測試成績。單元測試采用隨機抽題、題目亂序、選項亂序的方式進行，最大程度地限制學生間相互參照，以此督促學生及時復習鞏固所學知識，教師及時了解學生對知識的掌握情況。作業(yè)考核環(huán)節(jié)，在混合式教學實施過程中，每章布置的課后作業(yè)均為教師按照課程知識點選編的教材習題以外的題目，避免學生按照教材配套課后習題解答材料抄寫的問題；將每章課后作業(yè)題及作業(yè)答案制作為獨立PDF 文件，通過優(yōu)慕課系統(tǒng)發(fā)布作業(yè)，學生指定時間提交后，教師批改計入作業(yè)成績，并發(fā)布作業(yè)答案，方便學生對照改錯。在數(shù)學分析較少而理論概念較多的章節(jié)，設置思維導圖作業(yè)，通過制作思維導圖理清知識脈絡，梳理知識結(jié)構(gòu)。實驗成績則由前述虛擬仿真實驗平臺記錄，計入總評成績。

通過2021—2022 學年春季學期的教學實踐，改進后的課程評價機制能夠更真實地反映學生日常學習情況，且學生可以通過雨課堂成績統(tǒng)計功能，隨時看到自己的過程考核得分，起到較好的督促效果，最終的評定成績較之前的評價方式區(qū)別度更大、更有據(jù)可依?？傇u成績分布如圖6所示。

圖6 總評成績分布

3 “通信原理”課程混合式教學實施效果分析

“新工科”的建設理念是培養(yǎng)造就一大批引領未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力支持和人才保障，可見高校教學的首要任務是培養(yǎng)人才。對于工科專業(yè)人才的培養(yǎng)，應基于工程教育認證的學生中心、成果導向、持續(xù)改進理念。任何教學建設、課程改革，最終目的是要學生受益，而課程建設效果好壞也主要根據(jù)學生的學習體驗與教學評價評判。本課程改革過程中，通過學生座談、填寫調(diào)查問卷、教務系統(tǒng)的學生教學評價等多環(huán)節(jié)了解學生學習體驗。實踐證明，通過對課程教學設計、實驗方法、評價機制的系統(tǒng)改進，達到了良好的教學效果，學生對授課過程評價較高，達到優(yōu)秀等級。課程改革前后學生教學評價對比見表1 所列。

表1 課程改革前后學生教學評價對比

4 結(jié)語

“新工科”建設與工程教育認證理念的提出，對國家高等教育人才培養(yǎng)與課程建設提出了更高要求，所以新形勢下教學改革勢在必行?！巴ㄐ旁怼闭n程作為電子信息、通信工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，以培養(yǎng)學生對電子、通信系統(tǒng)的分析、設計能力為培養(yǎng)目標[8-10]。筆者以“新工科”建設要求與工程教育認證理念，提出了“新工科”背景下“通信原理”課程的混合式建設思路；在分析西部高?！巴ㄐ旁怼闭n程特點與教學現(xiàn)狀的基礎上，研究了混合式教學建設方法；設計了具體的混合式教學實施流程；開發(fā)應用了虛擬仿真實驗平臺；完善了課程考核評價機制，最終構(gòu)建了符合“新工科”與“工程教育”認證理念的線上線下混合式教學評價模式。該模式已于2022年春季學期應用于教學實踐，學生對該教學實施方案評價較高，達到了良好的教學效果。