通信原理课程教学改革实践探究
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摘要：本课程组对通信原理课程从教学方法、实验教学、考核方式等方面进行探索和改革。首先教学方式从传统教学模式改为采用微课和翻转课堂方式，调动学生积极性；其次实验教学选择Matlab软件仿真取代实验箱简单的验证实验，帮助学生理解消化理论，提高运用知识解决问题的能力；最后考核方式降低了期末考试分数占总成绩比重，更注重过程考核，从而评估学生学习情况更全面准确。
关键词：通信原理课程；微课；翻转课堂；Matlab软件仿真；过程考核
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）30-0168-04
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
通信原理课程是南京师范大学泰州学院通信工程专业主干课程，系统地介绍了通信理论的基本概念和基本原理。通过64学时的理论课程和32学时的实验课程，帮助学生掌握较为扎实的理论基础，培养学生对各种通信系统进行分析的能力，为后继课程的学习及将来从事相关领域的工作奠定必要的理论基础。本课题组从事通信原理教学工作多年，学生普遍反映这门课学习效果欠佳，一是课程难，知识点繁杂[1]，需要用到高等数学、信号与系统和概率论等先修课程很多知识点；二是该课程以传统教学模式为主，学生兴趣不足；三是实验课程以验证性实验为主，实验内容相对浅显，不能帮助学生理解理论原理，创新性不够；四是考核形式比较单一，期末考试成绩对课程能否及格起了决定性作用，部分学生平时学习不认真，期末前突击复习，只为取得学分，考完就忘，掌握深度并不够。针对这些状况，本课程组对通信原理课程从教学方法、实验教学、考核方式等方面进行探索和改革。
1 教学方法
随着手机、平板电脑等移动终端的普及，微课在我国教育领域也迅速发展起来[2]。通信原理课程知识点繁杂、理论性强、概念抽象，涉及很多数学公式和推导，而且传统的教学模式因连续讲课时间过长，大部分学生难以全程保持注意力集中，一旦遇到没听懂的知识点就跟不上课堂教学节奏，导致教学效果不理想。因此，本课程组将通信原理课程的教学内容按知识点录制成微课视频，微课视频的特点是短而精[3]，长度一般控制在15分钟左右。本课程选用教材是樊昌信主编的《通信原理》第七版，表1列出了主要的微课视频。
同时，本课程教学采取翻转课堂的模式[4]，让学生在课前观看微课视频，同时根据需要可以查找丰富的网络学习资源，加深理解，课堂通过问题研讨、课堂测试等方式了解学生课前视频掌握情况，学生在回答问题和课堂测试时，又会发现许多问题理解不透彻，需要和同学沟通讨论及教师的进一步讲解，最后再进行知识点总结，更好地完成教学目的，从而激发了学生的学习兴趣和学习主动性，强化学生的分析问题、解决问题以及语言表达能力。
下面以“平稳随机过程上”微课和翻转课堂实施情况为例，阐述本课程组的教学方法。首先通过微课视频讲解三个知识点，一是随机过程的分布函数和数字特征，二是定义平稳随机过程，也就是均值是常数，与时间无关，相关函数只与时间差有关，三是各态历经性，即用一个样本的“时间平均”就能代替随时过程的“统计平均”。这部分内容是重点，对后续章节的学习有很大关联，从往年教学情况看，随机过程也是通信原理课程中学生比较难理解的知识点，翻转课堂要求W生看完理论讲解视频，解答下面几个问题来帮助理解随机过程。第一个问题是通过Matlab软件生成一个随机过程，其一维概率密度服从正态分布，如图1所示，学生通过解决这个问题就会理解，随机过程可以看作是在时间进程中处于不同时刻的随机变量的集合。第二个问题是建立随机相位余弦信号的多个实现样本，如图2所示，进而产生一万个样本，让学生理解随机过程是所有样本函数的集合。第三个问题是让学生利用Matlab编程求多样本均值和相关函数的统计平均，和一个样本的均值和相关函数的时间平均，验证两者是否相等，如果相等，则符合多态历经性，最后再用公式证明随机相位余弦信号满足各态历经性，这样可以让学生多角度深入理解随机过程。
2 实验教学
实验是教学工作的重要组成部分，可以帮助学生理解理论知识，强化学生动手能力。一方面，本专业通信原理实验采用实验箱， 每个实验模块只要按照实验指导书进行少量连线，就可以测量波形，观察实验结果，对学生理解实验原理要求不高，创新性不够[5]。另一方面，随着信息技术的高速发展，由 2G 时代到5G时代，课本教材内容也在不断更新，所需实验仪器也在不断更新换代，造成了很多不必要的浪费，减少这方面的浪费是所有实验室都要面对的问题。考虑到Matlab软件仿真的便利性和易操作性以及Simlink模块建模的优势，本课程组一方面为每个重要知识点都设计了相应的Matlab配套实验，要求学生在理解理论知识点的基础上完成实验，并进行改进；另一方面设计了一些大型系统实验，如数字调制系统性能分析、OFDM通信系统、卷积码编码解码等，要求学生分组协作完成。
下面以第二章确知信号频谱分析实验为例，图3是周期性三角波信号频谱分析的Matlab程序，周期性三角波周期和幅度均为1，经过傅里叶级数变换，求出直流分量和谐波分量，本实验再反过来通过直流分量和部分谐波分量合成周期性波形，如图4所示，学生就会发现，随着高次谐波分量的增加，合成波形会越来越接近周期性三角波信号，这就有助于学生理解频谱变换原理，再通过观测目标波形和合成波形的细致区别，提示学生三角波的尖角部分由对应了频谱中的高频分量。再要求学生通过修改一些参数，比如周期性三角波的幅度或周期，能推导出相应的傅里叶变换系数，并设计完成方波或其他周期性信号的频谱分析程序和波形，激发学生学习兴趣，提高学生动手能力。
3 考核方式
通信原理课程采用过程考核方式[6]，可以在课程的整个学习过程中，有效把控学生的学习情况，督促学生加强平时学习。本课程授课采取翻转课堂模式，一般在上课前3天发布学习任务，包括微课视频、重点、难点、思考问题几个方面，学生进行自主学习，课堂中首先进行随堂测验，主要是针对重点知识的解答，及时了解学生对知识点的理解掌握情况，根据学生完成情况分为及格、良好和优秀；其次进行难点知识的课堂研讨，对每名学生在课堂研讨中的参与度进行评价，而不是对学生发言正确与否进行评价，目的是督促学生深度参与课堂教学，加强师生互动和学生之间交流。随堂测验和课堂研讨分数构成平时成绩，占总成绩的40%。同时本课程在整个授课过程中会利用超星平台进行 4 次线上考核，着重针对通信概念和基本知识点，以选择、填空和判断题的形式，考核学生学习情况。教员在超星平台建立题库，并使用平台给每位学生随机组卷，并自动阅卷评分，这部分考核占总成绩的 40%。这样最后的期末考试成绩只占总成绩的20%，如图5所示。实验课程有独立分数，由每次实验完成分数求平均分。
4 总结
本课题组对通信原理课程从教学方法、实验教学、考核方式进行了教学改革，从实际的反馈情况看，微课更加符合学生的学习习惯，学生能够充分利用碎片化时间，翻转课堂充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高了学生分析问题、解决问题以及语言表达的能力，实验教学培养了学生查找资料、团队合作等多种能力，学生的学习兴趣及学习效率都得到了提高，教师也可以更全面了解学生的学习情况，给每位学生给出了更准确更公平的成绩，教学质量得到了进一步提升。
参考文献：
[1] 樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].7版.北京：国防工业出版社，2012.
[2] 胡世清，文春龙.我国微课研究现状及趋势分析[J].中国远程教育，2016（8）：46-53.
[3] 王忠礼，张海一.通信原理课程的微课程教学模式开发与设计[J].科技视界，2017（17）：16-17.
[4] 徐岩.“布鲁姆认知分类”视角下的翻转课堂教学实证研究[J].职业教育研究，2017（1）：71-75.
[5] 何晓华.“通信原理”课程线上线下混合式教学改革[J].工业和信息化教育，2022（4）：34-37.
[6] 韦素媛，徐东辉，孙晓艳，等.线上线下混合式的通信原理课程形成性考核改革实践[J].科教导刊（电子版），2022，（1）139-140，143.
【通联编辑：唐一东】
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