張曉, 逯廣帥, 尚鵬, 張楠楠

（塔里木大學信息工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

0 引言

通信原理課程是面向通信工程類本科學生的一門重要的專業(yè)課程，包括理論和實驗兩部分。通過該課程的教學，使學生能夠系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)的基本原理、基本方法和常用的組網(wǎng)設(shè)備，掌握通信系統(tǒng)中信息獲取、傳遞、處理和應用等各個方面的內(nèi)容，為獲得關(guān)于信息和通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)行業(yè)領(lǐng)域從事的技術(shù)，如通信信號測試分析、通信系統(tǒng)與工程的安裝調(diào)試、通信網(wǎng)絡策劃與規(guī)劃等方面必要的基本理論、基本知識和基本技能，適應南疆地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要，為今后從事基于通信系統(tǒng)的組建、管理、實施、故障分析等工作奠定必要的工程技術(shù)基礎(chǔ)[1-2]。在當今信息時代，以技術(shù)賦能為驅(qū)動，打造多元混合式課程的改革成為研究的熱點[3]。

1 課程與教學改革存在的主要問題

經(jīng)過教學實踐，通過通信原理課程教學質(zhì)量調(diào)查問卷以及往屆學生反饋，發(fā)現(xiàn)學生學習該課程存在以下“痛點”問題：

①傳統(tǒng)教學結(jié)構(gòu)體系簡單、教學模式僵化，如何打破傳統(tǒng)教學模式、讓學生成為課堂主角，將課堂教學與數(shù)字時代信息化接軌，與工程教育接軌？

②注重理論知識的學習，缺乏實踐鍛煉，如何在現(xiàn)有教學資源下增加實踐環(huán)節(jié)，解決身邊的實際問題，關(guān)注社會熱點，服務于實踐創(chuàng)新？

③課堂教學注重知識講授，對學生的價值觀引導不深入，如何圍繞育人特色，挖掘思政元素，實現(xiàn)課程與思政育人有機結(jié)合？

2 通信原理教學實施方案

針對以上問題，本文開展基于雨課堂的通信原理多元混合式課程改革的探討，主要從以下幾個方面進行。

2.1 雨課堂學習環(huán)境

通信原理課程的學習環(huán)境主要是基于“雨課堂”App和電腦版的學習終端，它以在線推送資源、組織活動、收集數(shù)據(jù)、管理用戶、群發(fā)公告為主要結(jié)構(gòu)形式，是一種智慧的教育工具，較為符合學生智能手機的運用模式[4]。同時通過教師與學生之間的互動，能有效提升課堂教學體驗，推助沉浸式課堂教學的有序?qū)嵤?，使學生從中獲取多元內(nèi)容的一種便捷性教學模式。

2.2 課程教學資源建設(shè)

該課程引入國家級MOOC通信原理視頻總數(shù)106個，文檔80個，根據(jù)課程內(nèi)容要求制作成文檔或教學視頻在雨課堂平臺供學生閱讀、觀看。已經(jīng)完成的教學資源所涉知識點包含12 個章節(jié)，共10 個教學課件PPT，22 個微課視頻，3次章節(jié)測試，5 個拓展微課，12 個Flash 視頻、8 篇拓展閱讀，以及由武漢易思達公司提供的虛擬仿真實驗軟件等45個非視頻資源。

2.3 課程具體實施過程

課程總課時為64 學時，分理論部分和實驗部分，其中理論48學時，實驗16學時，均采用了多元混合式教學模式。

1) 理論部分

理論部分知識點多且系統(tǒng)性較強，這對于部分基礎(chǔ)不扎實的學生來說，課程學習難度較大。但由于學時有限，整個教學過程采用基于雨課堂多元混合式教學模式，以“課堂內(nèi)外同步結(jié)合、提高程序設(shè)計能力、實時監(jiān)督、實時評價、個性化學習、思政融入”（見圖1所示）為主旨展開。課內(nèi)按照“講解+討論+練習+實踐”的方式循序漸進展開課程內(nèi)容，并利用階段性測試檢查每位學生的學習情況，課外按照“復習+鞏固+答疑+測試+實踐”的方式監(jiān)督每位學生的學習情況。主要采用雨課堂和QQ 平臺等線上平臺進行復習、鞏固、答疑、章節(jié)測試。

此外理論知識的培養(yǎng)，以學生為中心，以專業(yè)課知識為載體，以立德樹人為根本，充分挖掘蘊含在專業(yè)知識中的德育元素。通過講述華為等高新技術(shù)企業(yè)探求科學真理、不畏艱難的故事，激發(fā)學生對通信原理學科的學習興趣與熱情，培養(yǎng)學生對科學的熱愛與刻苦鉆研的探索精神，鼓勵學生使用通信原理的基本原理和方法來解決實際問題，更好地為國爭光、為民造福。

教學案例：播放中國“奮斗者”號載人潛水艇萬米級海試視頻，它是我國研發(fā)的萬米級深海載人潛水器，而滄海號則是我國一臺可以進行全海深4K 超高清視頻拍攝采集、傳輸處理的萬米級深海視頻著陸器。兩者的結(jié)合，首次實現(xiàn)萬米海底的實時高清畫面直播通信，突破了深海視頻采集、數(shù)據(jù)處理、信號傳輸?shù)纫幌盗惺澜珉y題。那么請同學們思考萬米海底的實時高清畫面直播通信是如何實現(xiàn)的呢？

案例分析：在分析圖2 的工作原理圖的過程中學習通信信道的分類及特點，導入本課的核心知識點：有線信道、無線信道物理模型，并逐步給出有線信道及無線信道的區(qū)別和應用拓展，引導學生思考，如圖3所示，通過拋出問題在日常生活中應如何選擇信道？引申到我國也要依據(jù)自身國情，選擇適合的道路-中國特色社會主義道路，提升對祖國的認同感。依托信息技術(shù)和多媒體資源，通過生動的案例引導學生不單局限于學習書本知識，更要理論聯(lián)系實際，知行合一，報效祖國。

圖2 “奮斗者”號和“滄海號”工作原理圖

圖3 教師自制PPT素材

2) 實驗部分

為積極地適應線上的教學需要，本課程團隊從2020 年秋季開始，積極聯(lián)系武漢易思達公司，對接技術(shù)團隊，同其一道依據(jù)塔里木大學學生教學情況，選用樊昌信、曹麗娜老師編寫的通信原理教材，同時按照塔里木大學學生步入通信技術(shù)崗位上常用的技術(shù)，精選出通信原理中的6 個實驗內(nèi)容，使用了以“雨課堂”與遠程虛擬仿真技術(shù)融合的在線實驗創(chuàng)新模式，具體實施方案如圖4。

圖4 實驗部分課前-課中-課后計劃圖

①課前準備：通過QQ 平臺提醒本次實驗課的理論部分在雨課堂進行，課前利用10~15分鐘時間對實驗課涉及的理論課知識點進行回顧，組織學生按要求自愿分組實驗，整個過程任課教師和公司的技術(shù)人員都會在小組內(nèi)實時掌握小組討論的實際效果，及時把控學生存在的問題和心態(tài)，并對同學提出的問題進行具體的解答。

②課中主體實驗：學生通過瀏覽器登錄電子信息虛擬仿真與在線實境實驗系統(tǒng)進行實驗操作，該系統(tǒng)提供了兩種實驗方式，驗證性實驗模式（圖5) 和設(shè)計式實驗模式（圖6) 。驗證性實驗方式使用模塊化方式，主要通過模塊拖拽、連線、運行等步驟完成，可實時觀測分析波形，并與虛擬仿真的結(jié)果進行對比；設(shè)計性實驗模式下，要求用Matlab 進行編寫程序，分為參考代碼和設(shè)計代碼兩部分，其中參考代碼為基礎(chǔ)代碼，學生可直接調(diào)用；設(shè)計代碼為核心代碼，則需要學生根據(jù)要求編寫程序，然后與參考代碼一起運行，聯(lián)調(diào)自己編寫的程序，程序運行錯誤則在控制臺位置予以提示。并按照上下時段對原理驗證環(huán)節(jié)和設(shè)計環(huán)節(jié)進行答疑，并要求學生將每一步驟的實驗結(jié)果填入實驗報告。

圖5 驗證性實驗模式

圖6 設(shè)計性實驗模式

③課后總結(jié)：在線實驗教學的教師無法像當堂教學那樣直接獲取學生實驗的真實狀況，在線教學必須含有過程管理和實驗時段統(tǒng)計等信息，實時監(jiān)督學生實驗情況，具體方式可采用實驗平臺查看學生本次實驗的登錄時長進行過程記錄（過程記錄圖7) ，并通過QQ 反饋給每個學生（如圖8) ，課后，系統(tǒng)可實現(xiàn)錄屏回放保存功能，以便學生回顧復習，如果有疑問可繼續(xù)通過QQ群進行解答。

圖7 過程記錄

圖8 QQ反饋

要求所有同學按照要求填寫實驗報告，并對每個實驗報告成績進行分析，及時了解學生對理論知識和實驗知識的掌握（如圖9) ，并且會根據(jù)學生的在線操作情況，如出勤情況、登錄時長、QQ 回答問題等多項指標進行考核，充分調(diào)動學生的主觀能動性。

圖9 實驗報告成績分布情況

3 考核評價

本課程考核方式也充分考慮線上線下混合式課程的特點，合理采用多維多元過程性評價與定性定量終結(jié)性評價相結(jié)合，理論總評成績=平時成績×20%+實驗成績×30%+期末考試成績×50%，其中平時成績中雨課堂視頻任務及隨堂練習占40%、考勤及小組討論30%、課堂作業(yè)30%；實驗報告成績=實驗報告×60%+雨課堂問答情況×20%+實驗軟件在線時長×20%，其中單元測驗、課堂習題由雨課堂自動判分，課程講解和成果展示由教師按照積極性、創(chuàng)新性、認真度、邏輯性、表達力五個指標進行打分，預習課件的學習時間由雨課堂自動判分，名詞解釋和思維導圖由教師打分，學生通過單元測驗、課堂習題、預習課件可以夯實通信原理的基礎(chǔ)知識，通過課程講解和成果展示對知識運用能力進行充分訓練，通過探究通信原理領(lǐng)域的科學前沿課題拓寬視野，培養(yǎng)科學探究能力，通過各環(huán)節(jié)通信工程核心素養(yǎng)內(nèi)涵的融入，自主、靈活地完成各項任務，培養(yǎng)獨立自主進行搜集、閱讀、整理和講解的能力[5]。

4 教學效果

4.1 學生滿意度調(diào)查

教學團隊針對通信原理實驗課的在線教學情況和以后如何更好地實現(xiàn)在線實驗課程效果設(shè)計了問卷調(diào)查。結(jié)果如圖10顯示，96%的同學認為學校比較重視通信原理實驗在線教學工作，89%的人認為利用電子信息虛擬仿真實景軟件與在線穿插 “雨課堂”的教學模式方式較好。

圖10 問卷調(diào)查滿意度分布情況

4.2 理論知識成績得到了明顯提高

為了探討學生的學習效果，教學團隊對近四年的試卷難易度進行了分析，試卷的難易度無顯著變化（如圖11) 。2021年采用雨課堂的多元混合式教學方法后，通信原理理論的平均成績提高了2.5分，及格率提升了1.1%左右（如表1) ，該年為線上授課，成績?nèi)月杂刑岣?。說明基于雨課堂的多元混合式教學模式對理論知識具有一定的提高作用。

表1 通信原理理論課成績分布表

圖11 通信原理理論試卷難易度分析

4.3 學科競賽能力、科研能力得到了顯著的提升

教學團隊鼓勵學生利用通信原理實驗課題或?qū)嶒炚n上所編寫的程序參加學科競賽，2018 年參加“大唐杯”全國大學生移動通信5G 技術(shù)大賽的學生人數(shù)為40 人，其中獲得獎項獎的人數(shù)為8 人，如表2，而2020參加學生人數(shù)增長到了121人，獲得獎項數(shù)目的為13項。2018年參加“經(jīng)世IUV 杯”全國大學生現(xiàn)代通信網(wǎng)絡部署與優(yōu)化設(shè)計大賽獲獎人數(shù)為2 人，到2021年獲獎人數(shù)達到了4人。如表3，雖受疫情影響，獲獎人數(shù)不降反而有所提升，說明學生通信原理實驗操作的能力有所提高。

表2 “大唐杯”全國大學生移動通信5G技術(shù)大賽的獲獎學生人數(shù)

表3 “經(jīng)世IUV杯”全國大學生現(xiàn)代通信網(wǎng)絡部署與優(yōu)化設(shè)計大賽獲獎人數(shù)

從結(jié)果來看本教學模式實施以來學生的理論成績和實驗能力都有所提高，學生的學科競賽能力和科研能力得到了顯著的提升。

5 結(jié)論

本文探討了基于雨課堂的通信原理多元混合式課程改革的教學方法，該方法充分發(fā)揮了線上和線下兩種教學方式各自的優(yōu)勢，在保證大部分學生掌握基礎(chǔ)知識的前提下，提高了課程的深度和廣度，并將課程學習延伸至課前和課后，增強課堂魅力，經(jīng)過驗證，基于雨課堂教師端和移動端的積極互動，有效提高了學生的自主學習能力。同時，通過在教學中結(jié)合教學內(nèi)容引入思政內(nèi)容的方式，鼓勵學生了解國家時事政治，認識通信工程能夠解決很多卡脖子難題，增強對國家、對民族、對專業(yè)的認同感，實現(xiàn)專業(yè)知識、工程應用、國家發(fā)展的統(tǒng)一。