通信原理案例教学方法改革探索

刘佳，谢芳清（仲恺农业工程学院信息科学与技术学院，广州　510225）



通信原理案例教学方法改革探索

刘佳，谢芳清
（仲恺农业工程学院信息科学与技术学院，广州510225）

摘要：

关键词：

通信原理；案例教学；教学方法；仿真软件

0　引言

通信系统从最初的固定、窄带、点对点到今天的移动、宽带与网络化的巨大变化，我们深有体会。作为带动信息产业高速增长的重要引擎，无线通信业的平稳快速发展，对于促进社会经济发展、改善提高人民生活质量、提升我国科技实力起着非常重要的作用。为了满足无线通信业的快速发展，社会需要高校“输送”高质量的通信人才。因此，各高校的通信工程专业的学生不仅需要有扎实的理论知识，还应该有丰富的实践经验。通信工程专业最主要的专业基础课程是《通信原理》。然而在多年的教学实践中发现，多数学生认为这门课程理论性太强，太枯燥，当面对具体问题时，不知该如何运用所学知识来给出切实可行的解决方案。

1　案例教学改革

为了培养应用型人才，加强实践性案例教学环节，注重培养学生创新能力则显得十分重要。大多数课程的教学引入了案例教学模式[1-3］。案例教学有利于加深对理论教学内容的理解。理论教学为案例教学提供了分析问题的基础和原理，而案例教学有利于加深对理论教学内容的理解，这两者存在着相互补充和相互促进的关系。在教学过程中，既不能采取从头到尾系统讲授的教学方法，也不宜整个课程全部都引用案例教学。这是因为，案例教学具有局限性。由于案例一般是针对具体的数据对象，不容易抽象上升为一般性的系统规律。

本文拟在理论讲解前，给出综合性案例，让学生站在一定高度理解待讲解的教学内容，更加形象地理解待讲解的理论知识，更加清楚为什么要学习这部分知识，及这部分知识有何用途，锻炼学生的综合分析能力；在理论授课过程中，给出验证性案例，让学生清楚地明白如何将所学的理论知识用仿真软件进行实践，利用动画进行展示，调动学生的积极性，激发学生的兴趣；在理论讲解后，给出设计性案例，设计性案例多由一些比较简单的案例组成，此案例的设计最好能通过几种办法解决，既可以用前面所学的知识来解决，又可以运用刚学过的知识，通过对比，可以更深刻地理解刚学过的知识，让学生在课后主动完成，培养学生独立解决实际问题的能力。

2　案例教学的设计

2.1综合性案例的设计

对于某一门课而言，我们尝试构建思维框图，将尽可能多的知识点涵盖在这个框图中，这样一来，可以将知识点串联起来，不易忘记。同样，在设计综合性案例的时候，要求设计的案例中试图包含尽可能多的知识点。然而这些知识点不是简单的堆积，而是有机系统地连在一起。再者，通过对综合案例的分析，可以在全局的角度上理解待学习的内容，有助于激发学生的学习兴趣。

例如，在《通信原理》中，综合性案例可以设计为：某数字通信系统中，信源发送某二进制信息后要经过保密编码、信道编码、调制、再发送到信道，到了接收端进行解调、信道译码、保密译码，最后得到二进制信息序列。

通过分析上述案例，我们给出如下模型，如图1所示：

图1　数字通信系统模型

该模型包含了很多知识点，例如，信源编码及译码（保密编码及译码）、信道编码及译码、调制及解调、信道（加噪声）。这些知识点贯穿了《通信原理》大部分章节[4］。首先，我们应该给学生介绍各知识点在此模型中起到的作用，揭示我们学习此知识点的目的，使学生全局性地理解待学习知识点的“位置”。

在学习此思维框图中的每一个知识点时，我们都可以借此综合性案例。鼓励学生对各个模块予以不同的函数进行实现。这样到最后，我们就可以将各个模型连接起来，最终实现整个综合性实验。

2.2验证性案例的设计

在课堂的知识点讲解过程中，我们引入验证性案例，有助于学生学习内容抽象、较难理解的知识。一方面，使学生深入理解学习过程中“似懂非懂”的知识点，另一方面，受传统教学模式（先理论，后应用）的影响，当学生进入实践应用学习阶段时，往往发现学过的理论知识已遗忘甚多，没有了理论指导，实践无从下手。学生感觉理论和实践环节是两张皮，学不能致用，专业兴趣得不到激发，学习积极性难以调动，越学越乏味，逐渐失去了学习的信心。因此，我们在课程中引入验证性案例教学。

例如，在《通信原理》数字调制章节的讲解中，当讲到“相移键控”调制技术时，课堂中利用MATLAB仿真软件，实现如下程序：

算法1：

a=[1，0，1，0］；％输入信号序列a

subplot（2，1，1）；stem（a）；％画出信号序列a的离散图像

N=length（a）；％取N为输入信号序列的长度

t=-1：0.01：0；

x=sin（2*pi*t）；

for i=[1：N］％对序列元素进行判断

t=i-1：0.01：i；％设置时间范围和间隔

if a（i）==1％元素为1时，在一个周期内画出一个正弦波

x=sin（2*pi*t）；

end

if a（i）==0％元素为0时，在一个周期内画出一个经反转的正弦波

x=（-1）*sin（2*pi*t）；

end

if a（i）～=1&a（i）～=0％元素为0或非0或非1时返回循环开端

return；

end

subplot（2，1，2）；plot（t，x）；

hold on

end

因此，二进制比特流1010经“相移键控”调制后的波形，如图2所示。

图2　1010相移键控波形

通过理论讲解，再给出具体程序及图形，使学生深一层次地理解知识点，达到将理论应用于实践的目的。同时指出“相移键控”调制在综合性案例中的位置，并进一步将算法1改成函数的形式，作为一个单独的模块为综合性案例的最终实习提供子函数。

2.3设计性案例的设计

在课堂知识点讲解过程后，我们引入设计性案例，此案例的设计最好能通过几种办法解决，既可以用前面所学的知识来解决，又可以运用刚学过的知识，通过对比，可以更深刻地理解刚学过的知识，让学生在课后主动完成，通过实践，提高学生独立分析问题、解决问题的能力。

例如，在《通信原理》数字调制章节的讲解中，当讲解完“频移键控”调制技术后，我们给出设计性案例，即：二进制比特流1010101010调制后，放到带噪声的信道中（加性高斯白噪声，噪声方差自调），观察调制后的波形及加了噪声后的波形，如图3，4所示。在此案例中，学生可以通过自行设计的噪声大小，观察加了噪声后的波形及解调后的波形，从而自行判断多大的噪声可以恢复出原始的波形。

对于数字调制，我们有三种基本的调制技术，分别为：振幅键控、频移键控、相移键控。这三种技术都可以对二进制比特流进行调制。通过对比观察，可以更深刻地理解刚学过的三个知识点。

3　结语

本文把案例教学模式应用到《通信原理》课程中，通过选择合适的案例教学材料，在理论讲解前引入综合性案例、理论讲解中引入验证性案例和理论讲解后引入设计性案例。通过课堂实际教学，这种案例教学模式得到了学生的肯定，学生的学习热情较高。使他们既具备扎实的理论知识，又具备丰富的实践经验，更好地适应社会的需求。

图3　噪声为CN（0，3.3）的高斯白噪声的FSK调制解调波形

图4　噪声为CN（0，0.3）的高斯白噪声的FSK调制解调波形

参考文献：

[1］郑金洲.案例教学指南[M］.上海：华东师范大学出版社，2000.

[2］朱正国.案例教学法在《大学计算机基础》课程教学中的应用[J］.现代计算机：专业版，2014（7）：64-67.

[3］刘佳．案例教学在《数据结构》课程中运用的探讨[J］.仲恺农业工程学院学报增刊，2009，21（4）：41-44.

[4］樊昌信.通信原理[M］.北京：国防工业出版社，2012.

Communication Theory course is provided with not only deep theory，but also strong practice.In order to adapt to the requirements of social high practical ability for talents，proposes to employee the comprehensive case before class，confirmatory case in class and design cases after class.To make students understand the content of the theory and apply to practice finally，guides them to think，analyze，discuss and practice actively.

Keywords：

Communication Theory；Case Teaching；Teaching Method；Simulation Software

Reform & Exploration of Case Teaching Method in Communication Theory

LIU Jia，XIE Fang-qing
（College of Information Science and Technology，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225）

Abstract：

《通信原理》课程不仅理论性强，而且具有很强的实践性。为了适应社会对通信人才实践能力高的要求，提出在理论讲解前引入综合性案例、理论讲解中引入验证性案例和理论讲解后引入设计性案例，积极引导学生进行思考、分析、讨论和实践，从而使学生深刻理解所学理论内容，最终应用于实践。

基金项目：

国家自然科学基金（No.61401525）、广东省教育厅青年创新人才项目广东省高等学校优秀青年教师培养计划项目（No.YQ2015092）

文章编号：1007-1423（2016）15-0028-04

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.15.008

作者简介：

刘佳（1983-），女，吉林梅河口人，博士，副教授，研究方向为信道编码、信息安全

谢芳清（1966-），女，广东广州人，硕士，高级实验师，研究方向为信息安全

收稿日期：2016-03-24修稿日期：2016-05-15