面向新工科建设的通信原理课程教学改革

罗忠亮

面向新工科建设的通信原理课程教学改革

罗忠亮

（韶关学院 信息工程学院，广东 韶关 512005）

针对现有通信原理课程教学中对学生工程实践能力培养重视不够的问题，以提高课堂教学质量和工程实践能力的培养作为课程教学改革目标．主要从激发学生创新意识，优化教学内容，探索新型教学方法，搭建实践教学体系，建立校企协同育人模式等方面对课程教学改革进行探索和实践．教学改革实践表明，学生的学习兴趣、工程实践能力与创新能力获得提升，适应新工科对应用型创新人才培养的需求，将为地方应用型本科院校电子信息类专业课程的教学改革和新工科人才培养提供新思路．

通信原理；新工科；工程实践能力；教学改革

在我国经济转型升级的关键时期，为增强国家工业制造业的核心竞争力，教育部积极推进新工科建设．2017 年，复旦共识、天大行动及北京指南共同拉开了新工科建设的序幕，奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径，为工程教育改革指明了方向．2018 年印发《关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》，要求推进新工科建设，针对未来新兴产业和新经济的需求，提高学生的工程意识，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1-3]，不断提升工科人才培养与社会需求的契合度，引领我国高等教育改革创新发展．

通信原理是电子通信类专业的核心课程，在人才培养中有非常重要的地位．面向新工科建设，课程教学应适应新工科背景下电子通信类人才培养的需要，适应新时代教学目标的要求．提高通信原理课程教学质量，关系到人才培养目标的实现和专业培养标准的落实，对提升学生思考分析能力、工程实践能力和创新能力，具有非常重要的意义．为培养出能够满足未来工程领域所需要的通信技术人才，积极探索和实践通信原理的教学改革势在必行，也是当前地方本科院校工程教育面临的一项新挑战．

1 通信原理课程教学现状与存在的问题

通信原理课程既难学又难教，课程内容理论性强，通信系统概念抽象，原理分析中涉及公式推导较多，该课程对学生的高等数学、信号与系统基础要求较高．学生学习积极性不高，学习过程中容易感觉枯燥乏味，教学效果不理想．地方本科院校通信原理教学中存在短板的原因是多方面的，主要有：

1.1 学生的创新意识和实践操作能力普遍不强

部分地方本科院校的人才培养目标定位不清晰，重理论传授，轻实践训练，工程教育人才培养理念滞后．“以教师为中心、以课本为中心、以课堂为中心”仍是课程教学的主要方式，不利于启迪和激发学生的创新思维[4-5]．应试教育致使学生缺乏探索意识和冒险精神，制约了创新意识和实践能力的形成．同时，主讲教师普遍缺乏工程背景，创新能力和解决复杂工程问题的能力有限，学生缺乏工程素养的养成和工程意识的熏陶，造成工程实践能力和解决复杂工程问题能力普遍不强，与企业对人才的需求偏差较大[2-3]，难以适应新形势下对实践性强的新工科人才的需求．

1.2 学生普遍缺乏学习动力

课程教学内容以成熟的知识理论讲授为主，对前沿性问题和发展性问题分析不足[3]7．理论教学与通信新技术的联系不够紧密，课程内容更新缓慢，部分教学内容过于陈旧，滞后于现代通信技术的发展速度，不符合新形势下的信息通信技术专业人才培养目标，跟不上现代社会对通信人才的需求．学生很难把抽象原理与工程实践结合起来应用，难以解决通信工程实践中碰到的问题，容易出现学习动力不足．

当前地方性本科院校通信原理教学中存在的问题制约了学生工程实践能力和分析解决复杂工程问题能力的提高．因此，在新工科视域下，探索通信原理课程的教学改革，将工程教育理念贯穿理论教学环节与实践教学环节，在学时减少的情况下确保通信原理课堂教学效果不下降，以更好地满足新工科对应用型创新人才培养的迫切需求．

2 通信原理教学改革措施与成效

通信原理课程教学改革着眼于培养适应新时代要求的工程技术人才，淡化复杂的数学推导和理论分析，重点放在概念的理解和应用上．在提升学生学习兴趣和学习能力的同时，激发学生创新意识．教学内容突出通信系统的发送端、信道传输和接收端３个模块，面对行业发展，补充通信行业前沿技术．引入新的教学方式，体现“面向应用，教师为主导，学生为主体”的教学思想[6]，营造良好的学习氛围，引导学生自主学习和动手实践．充分利用省级实验教学示范中心、省级工程中心、创新实验室、ICT产教融合创新基地和行业学院的优势，为学生创新意识培养和工程实践能力提升提供优越条件，提升学生的工程实践能力和创新能力．

通信原理课程在培养电子通信技术人才过程中起着至关重要的作用，提高教学效果、培养创新意识和提升工程实践能力是教学改革目标．围绕当前课程教学中的短板，进行探索和实践．

2.1 课程教学融入思政元素，激发创新意识

课程教学将通信技术场景引入到教学过程中，整合行业发展技术，引入工程理念，突出应用前沿，提炼基本概念的应用场景和国内外发展态势等内容，以积极的内容引导学生树立正确的人生观、价值观，将大国工匠精神教育贯穿于新工科应用型人才培养全过程．例如：在绪论的教学中，加入北斗导航、墨子号量子卫星、物联网技术、5G移动通信，使学生能够了解通信技术中基础理论与实际应用结合的例子，从而增强学生的文化自信和创新意识，以更加饱满的热情投入到学习中．

2.2 优化教学内容，紧跟现代通信技术的发展

大多数院校的教学总学时为64学时（含实验课时），课时普遍不足．理论教学过程中，本着“适用、够用、能用”的原则，通过课程群的建设，统筹协调教学计划和确定通信原理教学内容，确保既互相衔接又避免过多的重复，与时俱进地设计和精简理论课教学内容，处理好课程内容的基础性和先进性、经典与现代的关系．课程以通信系统基本组成为引导，将教学内容分为五大模块（见图1），优化教学内容．及时更新课程教学内容，将通信领域的一些新理论、新技术、新成果引入课堂，使学生始终掌握本学科最新成果，处于学科发展前沿[7]．教学中将确知信号和模拟调制系统作为复习知识点简单介绍，教学内容上突出数字通信，适当增加先进的通信技术内容，如MIMO，WiFi；讲授奈奎斯特采样定理时，引入压缩感知；在讲授新型数字带通调制技术时，介绍５G移动通信所采用的新传输技术SCMA，NOMA；在讲解调制系统抗噪声性能时，将去噪效果与数字信号处理中IIR，FIR滤波器设计联系起来．

图1 通信原理教学内容结构

实践性教学主要包含课程实验、课程大作业、毕业设计和实习实训等教学环节，强化理论教学内容与实践环节有机结合，克服传统工科教育“理论脱离实际”的不足，使学生学以致用，提升学生工程实践能力．

2.3 探索工程实践能力培养的新型教学方法

为有效提升学生的创新意识和工程实践能力，需要对传统的教学方法进行改革．授课过程中避免出现传统课堂教学重知识讲授轻能力培养的现象，教学内容由面向科学研究的授课方式转变为面向工程应用的授课方式，简化不必要的公式推导过程，激发学习动力．

2.3.1 基于案例和任务驱动的教学法 对于课程中一些理论性较强、比较抽象的教学内容，有针对性地搜集相关案例，将通信行业工程案例引入课堂，加强案例中通信基本原理应用范例的讲解与讨论．通过案例分析把原本抽象、枯燥的理论知识变得更加直观生动、通俗易懂[8]，还可以活跃课堂气氛．如讲授自适应均衡技术时，通过案例把噪声干扰和误码率的影响联系起来．

通过特定的任务或项目来开展实践教学活动，使理论教学与项目实践融为一体，启发学生主动学习和自我探索[9-10]，对提升学生团队协作能力及专业技能具有显著作用．如探究数字调制解调技术与误码率关系的课程大作业中，学生将调制、信道和接收解调组合成一个完整的数字带通系统，通过搭建平台实现后归纳总结差错性能，从而激发了学生的创新意识，提高了分析和解决综合问题的能力，为学生今后走向工作岗位奠定基础．

2.3.2 基于讨论合作的教学法 对于学习过程中经常搞混的问题，适时采用课前研究、课上讨论、课后总结的分组合作教学方法，引导学生主动探索思考，可有效增强学生的自主学习、沟通交流能力．例如：介绍数字带通调制技术DPSK时，将PSK，FSK，ASK调制方式从原理、调制方法、带宽、频谱特性、解调方式等方面进行比较和归纳，这样可以容易地理解这几种调制技术的异同，避免出现混淆，营造良好学习氛围，提高课程教学效果．

2.3.3 基于多维互动的教学方法 多维互动教学方法建立在能力驱动、师生互动的基础上，以师生互动为根本，转变教学理念，将课堂教学、小组答辩（学生互评和教师点评）、实验教学以及创新实践平台等有机地结合起来．通过多维互动教学，将学生被动学习转变为主动学习，达到“师生之间，生生之间”的多方交流的目的，学生的主观能动性得到很好地发挥[10]139．

2.3.4 基于虚实相结合的教学方法 System View，Matlab，Labview仿真软件可以提供一个交互式动态仿真平台，能把抽象的理论通过可视化方式直观地展现出来，将虚拟仿真技术引入教学，作为教学的补充．通过制作相关通信理论或技术对应的Flash课件或Systemview演示程序，直观展现部分难以用言语和静态图示解释的理论知识，达到虚拟示波器与频谱仪的效果，加深学生对抽象理论或技术的理解[11]．课余时间学生可以验证自己的新想法和新方案，继而提高创新能力．对于一些探索性、研究性、开放式的实验内容，可以先进行模拟仿真，在教师的指导下移植到实物上来，做到在实践中发现问题、解决问题，强化和训练学生的实践动手能力．

2.3.5 基于“互联网+”的教学方法 充分利用互联网优势，探索线上教育和线下教育相结合的混合教育模式．引入微课和MOOC等方式，夯实学科基础，丰富教学内容，优化培养过程，提升教学效果，同时解决教学内容丰富与课时不足的矛盾[10]138．

2.4 搭建实践教学体系

通过搭建实践教学体系，增加实践环节在课程学习过程中的比例，通过课程实验、课程大作业、毕业设计、学科竞赛、科研项目、毕业实习增强学生工程实践能力的纵深综合培养．

2.4.1 课程实验 实验内容分层次，验证性、综合性和设计性实验相结合，渐进式逐层提升，以验证性实验为基础，逐渐向综合性和设计性实验延伸．课程实验采取硬件、软硬件结合的形式，课内实验采用硬件，软件仿真通常作为辅助实验，课外完成．

2.4.2 课程大作业 课时不多的实验学时通常只能完成基本技能的训练，实践能力的提升还需通过工程实训与课程大作业等环节完成．课程大作业不同于常规的课程实验，是对传统书面习题型作业的一种补充[12]，可以调动学生学习积极性和主动性，提高分析和解决综合性问题的能力．大作业通常以软件仿真为主，4人一组，以小组为单位，自行组合，利用课外时间完成．如利用System View平台搭建无线移动通信系统，学生自己设计方案，测试完成后写出研究报告再提交给教师，作为大作业成绩评定的依据．

2.4.3 毕业设计 毕业设计可以说是工科学生最重要的一次工程设计训练，是培养学生工程能力和综合素质的关键环节．毕业设计选题源于工程实践，部分选题涉及通信系统、信源编码或信道编码，以解决通信领域复杂工程问题为目标，软硬件结合．发挥校企合作优势，充分利用产教融合创新基地、共建实验室开展毕业设计，融入企业真题，毕业设计中实行双导师制，校企双方联合指导学生毕业设计．企业工程技术人员主要负责技术指导和方案设计，校方负责毕业论文的撰写、文档和材料收集等，双方参与毕业设计答辩和成绩评定．校企协同指导毕业设计有利于强化学生的工程意识、职业素养、社会责任、创新能力、团队协作能力，有利于学生提出更加切合实际的解决问题的思路[3]10．

2.4.4 以学科竞赛和科研项目为抓手提升学生创新能力 实操方式是培养新工科实践创新人才的最好方式，学科竞赛和科研项目是最好的实操，可以测试参与者的综合技能，能在短期内最大程度地激发人的潜力[13]．鼓励学生积极参与国家、省市和学校组织的各类学科竞赛，如电子设计大赛、中国大学计算机设计大赛、物联网设计大赛等．教学过程中教师将自己的科研成果与教学内容相结合，以科研反哺教学，用自己的新思路、新方法、新观点鼓励学生不断探索未知的领域．组织学生申报与课程相关的大学生创新创业训练计划项目，让学生在项目实践过程中总结和领悟，在训练中得到全面锻炼，团队合作精神和工程实践能力自然而然地得到提升．

2.4.5 实习实训 实训过程以行业为背景，增加应用实例．充分利用ICT产教融合创新基地、校外实践教学基地和实习基地，以参观交流、见习和短期实训等形式了解创新成果，让学生零距离接触实际工程项目，增强学生进行科技实践和创新活动的动力．

2.5 增强教师工程背景，校企协同育人

培养工程实践能力强的通信技术人才，必须重视和加强师资队伍建设．高校教师大多数普遍缺乏产业经验和工程背景，工程技术知识不足，解决复杂工程问题的能力有限，直接影响学生创新思维的培养和创新能力的提升[2，3，7]．为此，需打造“双师结构”师资队伍，优化师资力量，加强教师与工业界与企业界的联系．在内培外引的同时，通过开展校企深度合作，校企共同建设课程，聘请工程实践经验丰富的高级工程技术人员担任兼职教师，企业工程师担任学生的实践导师．建立校企协同培养教师新机制，以产学研实现多主体协同育人，促进人才培养与产业需求紧密结合，真正实现产学研相互融合，以点带面提升工程教育整体优势，逐步提高工程教育的内涵质量．

2.6 建设成效

通过近年来的课程教学改革的探索与实践，所采取的改革措施是可行和有效的．一是学生学习积极性切实得到提高．学生从“被动学习”转向“主动学习”，学习热情和学习积极性大幅上升，缺课率持续下降；二是学生工程实践能力和创新能力明显增强．学生积极申报各类科研项目，获立项的大创项目实现国家级、省级和校级全覆盖，学生参加各类学科竞赛的热情高涨，创新实践活动更加多样化，参与覆盖面更广．近２年来，通信工程专业参加学科竞赛获省级二等奖以上奖项30多项，其中国家一等奖２项；完成挑战杯项目１项，完成大创项目15项，其中国家级项目２项，省级项目６项．

3 结语

人才培养是一个持续改进的工作，在新工科建设背景下，对信息通信类专业学生工程实践能力的培养提出更高的要求．本文在分析当前大多数地方应用型高校通信原理教学现状基础上，以培养具有创新精神的高素质新工科人才为宗旨，以提升课堂教学质量和工程实践能力为目标，探讨了通信原理课程教学改革．通过探索与实践，切实提高了学生学习激情，学生的工程实践能力、创新能力和分析解决复杂工程问题的能力明显提升，课程教学质量得到提高．

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[13] 董建娥，谢裕睿，李莎．新工科背景下的数字电子技术课程教学模式改革[J]．现代信息科技，2019，3（23）：169-171

The teaching reform of the principles of communication course for new engineering construction

LUO Zhongliang

（School of Information Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，China）

In view of cultivating the engineering practical ability is not paid more attention in the principles of communication course teaching，it take the improvement of classroom teaching quality and cultivation of engineering practice ability as the goal of curriculum reform．The reform and practice mainly include stimulating innovation awareness，optimizing teaching content，exploring new teaching methods，building practical teaching system and constructing model of school-enterprise cooperative education．The practice of teaching reform results show that students′learning interest，engineering practical ability and innovation ability have been improved than before，it can meet needs of new engineering for training of applied innovative talents，which will be provided new ideas for courses teaching reform of electronic information specialty in local applied undergraduate university and new engineering talents cultivation．

the principles of communication；new engineering；engineering practical ability；teaching reform

TN911∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.09.014

1007-9831（2020）09-0054-05

2020-03-25

教育部产学合作协同育人项目（教高司函201802153007）；广东省高等教育教学改革项目（粤教高函[2015]173-551）

罗忠亮（1973-），男，湖南桂阳人，教授，博士，从事信号与信息处理、生物特征识别的研究．E-mail：luozl2004@163.com