基于通信原理课程的多维度本科教学探索实践

陈振兴，殷蔚明

摘要：为提高教学质量和使学生适应未来发展需要，本文阐述了基于通信原理课程的多维度本科教学改革与实践，包括教学和实验内容的设计、学生团队意识的培养、科研能力的培养以及本科毕业设计等方面。通过这种多维度本科教学模式，不但可以改善通信原理课程的教学质量，也可以有效提高本科毕业生的综合能力。

关键词：通信原理；教学改革；团队意识；科研能力；毕业设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）46-0241-02

随着5G时代的来临，社会对通信领域人才的需求越来越多，对人才质量的要求越来越高，这都使高等院校的人才培养模式面临更大的挑战。通信原理作为高等院校电子、通信类专业的一门重要专业基础课程，对培养高质量的通信人才起着至关重要的作用，本课程理论性很强，比较抽象，公式推导复杂，并涉及到很多其他专业课程的内容。一些多元化、多维立体教学法已经在过去的通信原理课程中进行了探讨[1，2]。结合我校通信原理课程现状，本文从提高教学质量和使学生适应未来发展的需要两个方面出发，阐述了多维度本科教学模式。

一、教学内容设计

通信原理课程是一门承上启下的重要专业基础课，向上涉及到数字信号处理、信号与系统、高频电子线路以及高等数学和概率论等课程的内容，向下承接现代通信系统、移动通信和宽带无线通信等课程。基于本门课程的特点，有效的教学内容设计对在有限的教学时间内提高教学质量显得尤为重要。

我系通信原理课程采用樊昌信的第七版通信原理为教材，本书围绕通信系统的有效性和可靠性展开[3]。全书可分为三大部分：数学工具部分，包括确知信号、随机过程和信道等内容；模拟通信部分，包括模拟通信系统的调制与解调等内容；数字通信部分，包括数字基带与带通传输系统的调制与解调以及信源编码等内容。针对我系64学时的课程设置，其中包括12学时的实验内容，对教学内容的设计原则如下。

1.强化基础，突出重点，承上启下，前后结合。确知信号和随机过程两个章节是全书的重要数学工具部分，其中涉及到大量的概念与公式推导，尽管有些概念与公式在高等数学、信号与系统等前期课程中都有涉及，但很多学生由于时间过长而存在淡忘的现象，而这部分内容又是后续模拟通信系统和数字通信系统两部分的基础，所以这两个章节是重点要讲解的章节，一方面是复习前期其他基础课程所涉及到的理论知识，另一方面要建立起数学工具与通信理论的联系，从而消除纯数学推导的枯燥感，激发学生学习的兴趣，为后续章节打好数学基础。另一个重点内容为数字通信部分，除了数字基带调制与带通调制外，第8章的新型数字带通调制技术，特别是正交频分复用技术是重点要讲解的内容。

2.教材内容扩展。由于教材内容有限，并未列举过多的内容，这些可以通过课堂教学进行扩展，以达到学生对知识有更好的理解的目的。

3.理论联系实际，紧跟通信发展前沿。本门课程的内容理论性强，但实际上几乎是所有通信应用的一个理论基础，作为通信物理层的调制与解调等技术的教学内容，它的应用非常广泛，其理论基础均出自本书的基础内容，又因正交频分复用技术在现有3G、4G以及未来的5G移动通信中都是一种重要的调制技术，所以教材内容要充分联系到实际应用，从而激发学生的学习积极性，提高教学质量。

4.现代教学手段。除了板书外，多媒体已经是现代课堂必不可少的一部分，一个好的PPT设计不但可以丰富教学内容，还可以有效提高课堂效率，提高课堂的生动性。同时，随着“慕课”的发展，可以鼓励学生充分利用网络资源，在课外时间进行学习，弥补课堂学时量的不足。

二、实验内容设计

实验内容以MATLAB仿真的形式来进行[4]，这样能更好地体现通信系统的每个部分，对于一些原理性的概念体会更为深刻，避免了实验箱硬件更新快、不直观等弊端，同时可以紧跟通信技术发展的前沿，实效性强，可以充分提高学生的编程能力与创新能力。

对于12学时的实验，共安排三次实验。第一次实验熟悉MATLAB环境和一些与通信相关的函数用法，组建一个简单的模拟通信系统，为后续的数字通信系统仿真打好基础；第二次实验是利用MATLAB中的M文件和Simulink组建一個完整的数字基带传输系统。利用Simulink让学生理解通信系统中每个模块的作用及联系，通过M文件让学生充分理解每个模块的实现细节，同时锻炼学生的逻辑思维能力，这里我们主要针对2ASK和2PSK进行仿真建模，最终画出两种数字基带传输系统的性能图进行比较；第三次实验是信源编码与解码，这部分实验的设置主是要让学生理解模拟信号到数字信号的转换过程，我们选取一段语音信号，这部分可以要求学生录制一段自己的语音或截取任意一段音乐等，通过MATLAB读取再进行均匀量化，然后再利用实验二的内容进行通信系统的仿真，验证在不同信噪比条件下接收信号的性能。

三、团队意识培养

为了使学习适应未来发展的需要，我们通过通信原理课程对学生进行团队意识的培养。通信系统是一个整体，包括发送端、信道、接收端三个基本的部分，有利于学生组建团队，每个成员完成一部分内容从而达到完整通信系统的设计与仿真。针对上述实验学时的不足，通过这种方式，既是对实验学时的一个补充，也同时培养学生的团队意识，通过团队完成一项复杂的工作，有利于学生毕业后能更快地融入到团队工作当中。除实验学时完成的内容外，我们主要采用MATLAB仿真软件中M文件编程的形式，以多进制正交振幅调制技术为基础进行数字基带传输系统的仿真，同时结合教材第6章数字基带传输系统中的几种常用码型，像三阶高密度双极性码、传号反转码、差分码等，每个团队分配不同的编码和解码方式，完成后以答辩的形式报告所在组的完成情况及过程，验收主要以代码效率和实现情况进行评定，最终成绩作为平时成绩并入期末总成绩。

四、科研能力培养

科研能力是本科生培养的一项重要标准，无论是未来工作对科研能力的需求，还是读研对科研能力的要求，都对本科的培养模式提出了更大的挑战。通信原理课程理论性强，发展比较快，非常适合对本科生进行科研能力的培养。这部分教学改革内容只针对部分学生进行，主要是对通信比较感兴趣或有意向考取通信方面研究生的学生。研究内容围绕正交频分复用技术展开，除理解教材的本部分内容，还要求学生阅读相关文献，培养学生收集资料、理解问题、解决问题的能力，同时加强对学生创新能力的培养。

五、本科毕业设计

本科毕业设计是对本科生四年学习过程的一个总结，是检验本科学生质量的一项重要标准。我们选定部分学生，即上述参与到科研工作中的学生，以通信作为本科毕业设计的方向，以正交频分复用技术为基础开展本科毕业设计，利用科研内容直接作为本科毕业设计的题目，以达到提高本科毕业设计质量的目的。2017届本科毕业设计题目包括：（1）基于子载波索引调制的正交频分复用系统研究；（2）基于六角形星座图的语音插入技术降低正交频分复用系统峰均功率比研究；（3）基于虚拟序列插入技术降低正交频分复用系统峰均功率比的研究。

六、结束语

基于通信原理课程，我们进行了多维度的本科教学模式，实现了对本科生的综合能力培养。从通信原理课程本身出发，包含了对相关知识的回顾与应用以及后续课程的基础教学，从本课程影射到团队意识的培养、科研能力的培养以及本科毕业设计，从而实现对本科阶段的综合培养模式，提高教学质量的同时也改善毕业生的质量。同时，本文的多维度本科教学模式也适用于其他本科专业基础课程。

参考文献：

[1]蒋铃鸽，黄继翔.“通信原理”多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009，（06）：3，95-97.

[2]王峰，杨凯，王娟，宋博.多维立体教学法在“通信原理”教学中的应用[J].电气与电子教学学报，2008，30（10）：5，96-97，100.

[3]樊昌信，曹丽娜，通信原理[M].第七版，北京：国防工业出版社，2015.

[4]郭文彬，杨鸿文，桑林，邹慧兰.通信原理-基于Matlab的计算机仿真[M].第二版，北京邮电大学出版社，2015.