齊國紅

鄭州西亞斯學院 鄭州 451150

0 引言

2022年2月18日，河南省教育廳發(fā)布了《河南省教育廳辦公室關于印發(fā)河南省本科高校“課堂教學質量提升年專項行動”實施方案的通知》，文件指出，要深化本科教育教學改革，發(fā)揮好課堂教學的人才培養(yǎng)主渠道、主陣地、主戰(zhàn)場作用，切實提高本科高校課堂教學質量和育人水平。民辦高校作為培養(yǎng)學生的重要場所之一，在國家有關課堂教學質量提升方面發(fā)揮著重要作用，鄭州西亞斯學院已經發(fā)布了有關“課堂教學質量提升年專項行動”實施方案。

筆者所在學校通信系統(tǒng)課程設計是一門實踐性很強的綜合設計類課程，在課程進展過程中，前期講授的是基本通信理論和如何搭建基本模型框圖，后期是利用通信理論知識構建實際通信系統(tǒng)的模型并進行仿真[1-2]。學生在前期學習通信基礎知識的時候，對通信的原理和技術等相關知識理解不透徹，導致其在進行通信系統(tǒng)項目構建時，不能搭建正確的模型，尤其是不能正確設置通信系統(tǒng)中的相關參數[3-4]。

因此，為了提升學生對知識的掌握水平，加強學生對實踐項目的綜合設計能力，達到教學所要求的知識目標和能力目標，課題組提出對通信系統(tǒng)課程設計進行教學改革和創(chuàng)新[5]。

1 理論研究和實踐探索現狀

通信系統(tǒng)課程設計是針對通信工程專業(yè)開設的一門專業(yè)實踐課程，是以通信原理、移動通信原理等基本理論為基礎，進行通信系統(tǒng)模型構建。該課程涉及理論較多，學生普遍反映內容抽象、理解難。而通信實景的實驗能夠提高學生對通信相關原理和通信設備連接之間的理解，是一種直觀且有效的學習方式，但是目前通信實景實驗中存在如下問題。

1）實驗場地環(huán)境要求高。實際通信環(huán)境需要滿足遠距離通信，且滿足在地形、障礙物和惡劣天氣下信號的通暢，學校的通信系統(tǒng)實驗室難以滿足實驗所要求的場地環(huán)境。

2）實驗成本高。實際通信場景需要配備機房、基站、光纖和網絡等設施，其中機房需要配備監(jiān)控、天線、空調和電源等設備，這些設備體積較大且價格昂貴，實驗成本較高。

3）需要多次大型綜合實驗。通信系統(tǒng)所涉及環(huán)節(jié)較多，需要對每個條件進行實驗，才能保證通信系統(tǒng)的性能，所以需要多次大型的實驗，才能滿足后期真正投入生產和生活使用。

截至目前，學校還達不到通信實景進行課堂教學的條件，因此，為了讓學生掌握通信知識，同時理解整個通信系統(tǒng)的具體結構及參數變化對性能的影響，借助MATLAB 中虛擬仿真環(huán)境，對通信系統(tǒng)進行模型構建及仿真。在教學過程中，運用MATLAB 和Simulink 仿真軟件并結合實際通信系統(tǒng)進行系統(tǒng)搭建，模型仿真。但是，由于學生對通信理論知識理解不夠透徹，以致在課堂上進行公式推導、模型搭建和編寫程序的時候，學生整體反映理論抽象、理解難。單一的公式推導、模型框圖構建和系統(tǒng)參數設置，部分學生表現出厭學，不積極參與課堂教學，課后作業(yè)完成度低的問題。

為了活躍課堂氣氛，提高學生學習的積極性，課題組對學校大學生行為習慣進行了調查。結果顯示，由于大學生成長和學習環(huán)境的變化，部分學生的行為發(fā)生了如下變化：

1）不遵守班級規(guī)章制度，無視組織和紀律；

2）想通過其他不正當途徑獲取考試通過；

3）以自我為中心，享受當下，沉迷游戲、抖音、朋友圈等虛擬世界；

4）不關注國家和民族的命運。

這些變化最終導致這部分學生的世界觀和價值觀的改變，他們不再想著為明天而奮斗，沒有對未來的追求，不去規(guī)劃自己的學業(yè)和職業(yè)，不知道今天為誰而學習，明日為誰而奮斗。

接下來，又針對大學生的課堂學習情況和課堂表現情況進行了調研。在通信系統(tǒng)課程設計教學過程中，對于當堂所講的理論知識，有的學生回答說不知道，即使是讓他們通過手機等工具搜索，依然是照本宣科，不能理解。一部分學生愿意回答且回答正確，但即使和同學商量討論，依然理解不了該理論在實際中的具體應用。有一部分學生主動回答且回答正確，但隨著學習難度的加深，學習興趣呈下降趨勢。在課堂教學中，只有一部分基礎知識扎實，對通信理論表現出興趣的學生在認真聽課，積極參與課堂活動，其他學生在做與課堂無關的事情，如圖1所示為學生課堂表現情況。

圖1 學生課堂表現情況

圖1 數據顯示，只有約17%的學生在課堂中認真學習，50%的學生在玩手機，剩下的學生有睡覺、說話和發(fā)呆的，有3%的學生不能按時到課堂。針對此種情況，對學生進行了走訪和課堂談話，結合學生的行為習慣、課堂學習情況，課題組總結出引起以上問題的四點原因。

1）學生的德育途徑不夠廣泛。專業(yè)課教師在課堂上一般重點進行知識的講授，很少進行德育知識的教育，即使是輔導員和育人導師，也只少量地開展思政方面的教育。

2）教學內容單一，理論深度與學生的基礎不匹配。在以往的課堂教學中，教師普遍按照教材進行理論知識的分析、公式的推導、作業(yè)的講解，很少將專業(yè)方面的新技術引入課堂教學中，這就導致學生學習內容單一，大部分學生不知道所學理論知識的具體應用，也不知道該專業(yè)領域的新技術，只有極少部分對專業(yè)感興趣且學習主動性強的學生，自覺去查閱一些新技術，能夠深度理解知識。

3）教學方法單調，不易引起學生的興趣。傳統(tǒng)課堂教學活動是“教師講，學生聽”，教學活動單一，師生互動很少，上課氣氛不夠活躍，不能夠激發(fā)學生學習的興趣。

4）教學工具不完善。由于近幾年通信行業(yè)的迅速發(fā)展，通信行業(yè)涌現出了很多新技術，學生在學習的過程中，不但要學習基礎知識，還要了解通信領域新知識，傳統(tǒng)的板書和PPT 不能有效呈現新技術的特點。因此，亟須尋找新的能夠動態(tài)呈現通信新技術的教學工具。

2 教學內容和教學目標

為了探索適合該課程教學改革方法，對教學內容和教學目標進行了梳理，制定了教學內容和教學目標。根據教學大綱，通信領域技術發(fā)展以及社會對通信人才的需求，將教學內容總結為三點：1）理解通信系統(tǒng)中的各種調制和解調方法；2）掌握通信系統(tǒng)的一般模型；3）構建基于MATLAB/Simulink 的通信系統(tǒng)模型，然后進行參數設置和仿真。之后，根據學生特點，圍繞立德樹人根本任務，結合教學內容和教學安排，制定了3 個教學目標，分別為知識目標、能力目標和素質目標，要求學生知識上達到理解各種調制和解調方式，掌握通信系統(tǒng)一般模型的目標；能力上達到能夠構建基于MATLAB/Simulink 的通信系統(tǒng)模型及仿真的目標；價值上能夠達到增強自我認同感、文化自信和民族使命感的目標。

3 教學創(chuàng)新改革思路和方法

3.1 教學創(chuàng)新改革思路

通信系統(tǒng)課程設計是建立在通信原理等基礎課程之上的，內容涉及通信系統(tǒng)方面?？紤]到大部分學生專業(yè)基礎薄弱，以及學生的生活和學習環(huán)境、真實課堂表現情況、泛雅學習平臺上自主學習數據和以往學生期末考試成績，在教學創(chuàng)新改革中，首先，在教學內容上突出實踐性和先進性，并引導學生的學習行為；其次，始終堅持以學生為中心，圍繞立德樹人，采用適合學生特點、教材情況和社會發(fā)展的教學方法；最后，在教學工具上，要突出本課程特點，選擇直觀性和可視化強，容易讓學生理解的教學工具。

3.2 教學創(chuàng)新改革方法

針對學校有關教學改革和課堂創(chuàng)新的方針政策，學生的行為習慣和實際課堂學習情況和課堂表現情況，結合社會和學校對知識傳授和思想教育的要求，本文以通信系統(tǒng)課程設計為例，構建“3個三融合”課堂教學新生態(tài)，形成以課堂為依托的新生態(tài)教學模式。第1 個三融合是指在教學內容方面，選擇新形態(tài)教材、引入領先技術和融入思政元素三個方面的融合；第2 個三融合是指在教學方法方面，問題導入法、翻轉課堂法和任務驅動法三個方面的融合；第3個三融合是指在教學工具方面，泛雅學習平臺、可視化教學平臺和虛擬仿真平臺三個方面的融合。如圖2所示為3個三融合課堂教學新生態(tài)教學創(chuàng)新方法。

圖2 3個三融合課堂教學新生態(tài)教學創(chuàng)新方法

4 教學創(chuàng)新方法實施和教學效果

4.1 教學創(chuàng)新方法的實施

構建3個三融合的課堂教學新生態(tài)，通過教學內容、教學方法、教學工具三個方面進行課堂教學創(chuàng)新和改革，具體做法如下。

1）在教學內容方面，通過選用新形態(tài)教材、引入通信新技術和融入思政元素相融合，重塑課程教學內容。

①選用新形態(tài)教材。選用含有豐富虛擬仿真實例、實際通信應用場景的教材，配套可視性仿真及視頻資源。

②融入通信新技術。將大規(guī)模天線陣列技術、全頻譜技術融入課堂，并引入當今通信技術應用的一些案例。

③融入思政內容。找到專業(yè)知識與思政元素的關聯點，將思政元素恰當融入課堂，以改變學生身心狀況，端正學生學習態(tài)度，明確學習目標，自覺履行社會責任，從而提升學習興趣和思想覺悟。

2）結合新形態(tài)教學內容特點，采用問題導向、翻轉課堂和項目驅動相融合的教學方法。

①問題導向法。在上課開始，利用5 分鐘時間通過身邊的有關通信系統(tǒng)實例引入本節(jié)課知識點，基于實例，提出問題，引發(fā)學生思考，之后再通過課堂上的理論分析予以解決。比如在進行通信具體過程的講解中，通過讓學生觀看Bilibili 網站的手機是如何實現通話的視頻以及學生每天通信的過程，引入通信的具體實現過程，之后通過開展課堂理論知識的講解，分析問題，最后解決問題。

②翻轉課堂法。對于課堂所涉及的實例，在課堂完成之后，要求學生課堂現場講解課程設計的整個過程。

③項目驅動法。由于本門課程實踐性較強，按照教學計劃，在具體開展教學過程中，每次課進行一個具體理論知識的講解，學生并不能完全消化掉，為了強化理論知識，增強學生的實踐能力，在完成課內小項目之余，在課程后4 周，給學生靈活選取項目的任務，并下達課程設計項目任務書，讓學生按照要求完成通信系統(tǒng)相關項目。

3）在新形態(tài)教材、選擇適用教學內容的基礎上，教學工具采用泛雅教學平臺、GUI 可視化教學平臺和虛擬仿真軟件。

①泛雅教學平臺。為了豐富課堂活動，提升課堂效果，在課堂上，借助泛雅學習平臺進行知識搶答、問卷調研、課堂討論等活動。

②GUI 可視化教學平臺。由于通信理論知識涉及公式較多，且公式推導復雜，“公式教學”單調，教學效果差。因此，利用GUI 可視化教學平臺將正弦信號、音樂和語音等輸入，并在課堂上進行結果展示，將生硬的公式形象化，充分調動學生的積極性和主動性。

③虛擬仿真軟件。為了更好地呈現課堂效果，需要將通信設備和實際場景引入課堂，但是實際的通信系統(tǒng)對實驗場地環(huán)境要求高、實驗成本高昂和需要多次大型綜合實驗，因此，利用MATLAB/Simulink 對通信系統(tǒng)仿真。

4.2 教學創(chuàng)新方法實施效果

在2018 級通信工程專業(yè)中引入“3個三融合教學新形態(tài)”教學改革方法，與2017 級未進行改革的學生相比，學生積極主動地投入課堂學習，課下主動參加大學生創(chuàng)新訓練項目，其他時間參加各種比賽。業(yè)余時間學生積極加入創(chuàng)新工作室、愛電工作室等，制作各種作品。

學生的精神面貌變得積極向上，課外活動得到拓展，學習成績提高了，如圖3所示為2017 級未進行教學改革班級和2018 級進行教學改革班級學習成績分布圖。

從圖3 可以看出，小于60 分、60 ～69 分分數段人數明顯減少，80 ～89 分、90 ～100 分高分數段人數明顯增加，學生的學習成績得到穩(wěn)步提升。除此之外，學生積極參加集體和社會活動，尤其是假期期間，積極響應社區(qū)號召，參與疫情防控工作，認真踐行了社會主義核心價值觀。

圖3 2017 級未實施教學改革班級和2018 級實施教學改革班級成績對比分布圖

5 結束語

通過在通信系統(tǒng)課程設計中實施“3個三融合的教學新生態(tài)”的創(chuàng)新教學改革，提高了學生的學習積極性和主動性，重塑了學生的世界觀和價值觀，課堂效果得到有效提升。在以后的教學實施中，將繼續(xù)構建本課程的教學視頻庫，建立健全項目庫，尋找思政元素在課程的融入切入點，并根據學生特點和學科發(fā)展，啟用適用的教學方法和教學工具，形成一套適用于教學內容、教學方法和教學工具的效果評價體系。