面向新工科建设的移动通信原理课程教学模式思考

张高远 陈庆霄 冀保峰 谢萍 吴红海

摘 要：面向新形势下新工科建设的发展需要，本文对《移动通信原理》课程的教学模式改革问题进行了研究。教学内容扩展，以学生为中心，注重创新实践能力培养，借助互联网是构建新教学模式的关键途径。教学实践表明，采用新的教学模式和方法，对提高电子通信类本科生的实践创新能力具有显著效果，对培养具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才具有积极推动作用。

关键词：新工科建设;移动通信原理;教学模式改革，高素质复合型新工科人才

Abstract：To faced with the development of the new subject construction under the new situation， this paper studies the teaching mode reform of the course "Mobile Communication Principles". Expansion of teaching content， student-centered， focusing on the cultivation of innovative practical ability， and the use of the Internet are the key ways to build a new teaching model. The teaching practice shows that the new teaching mode and method has significant effect on improving the practical innovation ability of undergraduates majoring in electronic communication， and has a positive role in promoting the cultivation of high-quality compound talents with international competitiveness.

Keywords： new subject construction; mobile communication principles; teaching mode reform; high-quality compound talents of new subjects.

2017年2月以来，为积极推进新工科建设[1]，教育部先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》。旨在全力探索和形成领跑全球工程教育的中国教育发展模式、中国教育经验模式，助力高等教育强国建设侧率。最终目标在于服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家发展战略，从而在新一轮科技革命与产业变革中掌握国际主动权与国际话语权。

相对于传统的工科人才，新工科建设更加注重实践能力强与创新能力，培养具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1]。面对这种更加严苛的国际新形势要求，需要对移动通信原理课程的教学模式进行改革。

1 课程特色和核心地位

作为电子信息类的专业主干课程，《移动通信原理》具有自身显著特色。在学生本科阶段，甚至是整个学习生涯中都占据着举足轻重的地位。笔者认为，该课程的特点和重要性可简单归纳为以下三个方面。

内容丰富，知识面延伸到位

从国内出版的主流教材来看，当前《移动通信原理》课程的核心教学内容是移动通信中的基本技术原理与实践应用[2]。主要包括调制技术，移动信道中电波的传播特性，多址技术和抗干扰措施。其中，移动通信物理层的抗干扰技术是重中之重。主要的抗干扰技术又包括信道編码技术，分集技术，自适应均衡技术，调制技术，扩展频谱通信技术，扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列，干扰消除和多用户检测技术等。由此可见，《移动通信原理》课程的教学内容较为丰富，是对《通信原理》课程教学内容适度有效延伸[3]。学生在学习本门课程时，必须事先具备通信原理、信号与系统、计算机通信网和数字信号处理等理论基础。本课程的学习也有利用学生形成较为完整的知识体系。

涉及面广，有助于综合素质提高《通信原理》课程主要涉及通信物理层的核心关键技术，对数据链路层等上层技术涉及不多，而《移动通信原理》还涉及信道接入等上层技术，知识面更为广泛[2，3]。这对于基本理论知识扎实的学生而言，在有效的教学手段和方法指导下，通过自身学习，能起到提高综合素质的目的。

实践内容更贴近复杂工程问题

《移动通信原理》课程的研究内容还涉及2G、3G和4G等蜂窝移动通信中的关键技术，以及在建设蜂窝移动通信网络过程中遇到的部分工程问题[2]。能从一定程度上使得学生对工程教育认证中给出的复杂工程问题有初次的感性认识。

2 面向新工科的教学模式必要性

新工科建设必将存在新的内涵，对本科教育也必将提出新的要求[1]。传统教学模式已经完全不能满足新工科建设和发展的需要。笔者认为，传统教学模式的不足主可简单归纳为以下五个方面。面向新工科建设，破除传统教学模式不足，进而建立新的教学模式，迫在眉睫。

新工科建设和教材滞后性

国家自2017年发起新工科建设以来，全国高等教育院校积极响应号召，及时淘汰不能适应时代发展的传统本科专业，向教育部申报顺应时代潮流的新工科专业。新专业将匹配新的课程体系，新的课程体系应该由新的教材来支撑。笔者通过对从国内出版的主流教材统计来看，当前与新工科建设相匹配的教材并不多，甚至是较为匮乏。新工科建设的迫切性与教材的滞后性间形成了较为鲜明的矛盾冲突关系。该冲突也对学生综合素质的提高提到了一定制约作用。

传统教学模式中学生的被动性

课堂理论加实践教學是移动通信原理课程的惯用教学手段。笔者通过近三年的教学活动发现，教师在课堂教授知识时，学生大多处于被动接受状态，这与高中阶段的教育模式基本等同[4，5]。笔者认为，其内在原因主要在教师教学活动不够生动，与学生之间课堂讨论交流不够，不能调动学生的课堂积极性，而学生本身也缺乏主动发现问题并提出问题的能力。在科学研究过程中，发现问题比解决问题更为重要，新工科建设应该更加注重学生此方面能力的培养。

传统课堂教学模式单一性

传统教学模式多采用课堂PPT讲授并结合板书的形式，该模式较为单一。特别是在讲授移动通信原理等课程时，由于理论性较强，教学内容显得较为枯燥乏味。课后习题也多为以定性分析为主的问答题，缺少定量分析的计算题与设计题。笔者本门课程结束时，对学生做过调查。学生反应较多的问题是，本门课程需要具备较深的理论基础，学习难度较大，课后习题和高等数学、信号与系统等课程差异巨大，起不到锻炼课堂学习内容的作用。

理论多，实践少，无法学以致用

传统本科专业课程教育在进行课时分配时，理论学时占大部分比重，实践环节所占比重较少。这造成学生理论学习强大大，而实践动手能力不足的困境，无法做到学以致用。虽然可以通过参加电子设计大赛等手段锻炼学生的动手能力，但普及面毕竟有限，难以照顾到每一位学生。不管学生将来选择就业还是继续深造学习，实践动手能力都是必须具备的一项基本技能。

课下学习缺乏指导

笔者在教学过程中了解到，大多数学生对课余时间的利用效率较低。很大一部分原因在于，学生接触某个知识初期时，课下较少向教师交流求助，缺乏专业系统的指导，大多处于混沌状态，无法从全局上进行有效把握。遇到专业问题时不知道采用何种路径和方法来解决，甚至出现不知道如何查找资料的情况。

3面向新工科的移动通信原理课程教学模式

顺应时代潮流，面向新工科发展需要，通过对课堂教学内容和教学模式的探索后，笔者对《移动通信原理》课程的教学内容和教学模式进行了一定的思考，总结归纳为以下五个方面。

不拘泥于课本，教学内容灵活多变

当前国内出版的主流教材对传统基础性知识涉及较为广泛。物联网、大数据、移动边缘计算和云计算等新一代信息技术的介绍则基本不涉及。然而，新一代信息技术是当前国家经济发展的重要动力，已经被确立为国家重要发展战略。从就业形势来看，企业也需要更多从事新一代信息技术研发的专业人才。因此，课堂教学内容不能拘泥于课本，应该采用灵活多变的教学手段，对课堂教学内容进行适当的延伸与扩展。

笔者在实际教学过程中具体采用如下手段。在不改变总教学课时的基础中，新增三个共计六个学时的扩展性教学内容。分别为物联网接入技术，多天线传输系统和5G通信中的信道编码技术-低密度奇偶校验码，其内在依据简述如下。

物联网的最终目标是要把物理世界当中对人类生产和生活密切相关的物理实体接入到互联网当中，让其为人类服务，创造更多更大的价值。物联网涉及的技术多种多样，而物联网的接入网技术是与移动通信原理课程联系较为紧密的技术之一。

当前主流的无线接入技术包括WiFi， 蓝牙，Zigbee，RFID，NFC，WiMax和NB-IOT等[6，7]。这些无线通信技术物理层采用的调制与纠错编码技术与移动通信原理课程有着紧密联系。各种不同的无线接入技术，面向的通信场景不同，而不同的通信场景又对通信质量，实现复杂度，造价，通信距离等提出了不同要求。因此，其在物理层采用的数字调制与纠错编码技术也千差万别。通过本专题的学习，学生在了解物联网技术发展的同时，能更好的掌握课程所学的调制与信道编码技术在新一代信息技术中的部分应用。

较低的信道容量和数据传输速率是单天线通信系统发展的主要瓶颈之一。多天线系统能够显著提高单天线系统的容量和数据传输速率。通信原理和移动通信原理中涉及的技术大多是建立在点对点的单天线通信模型之上。然而，高速高质量的数据传输是多数新一代通信技术发展的追求目标。通过本专题的学习，使学生对新时代高速通信场景有初步认识，对多天线通信模型有初步了解，对学生以后学习和发展有十分重要的促进意义。

作为5G通信数据传输链路的信道编码方法，低密度奇偶校验码早在上世纪60年代已经被提出[8，9]。受制于其复杂的译码方法和较低的硬件发展水平，在很长一段时间内并未受到足够重视。直到上世纪末和本世纪初，学术界才重新掀起了一股新的热潮。经过长达十几年的持续理论研究，并伴随着大规模高速集成电路的飞速发展，限制其应用的瓶颈已经基本被克服，也顺利促成了其在5G当中应用。通过本专题的学习，能使学生初步把握当前蜂窝移动通信的信道编码发展趋势，了解新一代蜂窝移动通信对信道编码方式的新要求，对培养学生以发展眼光看待技术发展具有十分重要的意义。

以问题为导向，以学生为中心进行教学

改变传统以教师为中心的教书模式，建立以学生为中心的教学模式。学生在四年本科教育结束之后，就业和继续学习深造是两大重要发展途径。

教师应该时刻把握就业和继续学习深造对学生的不同要求，采用分类别分方向的教学方式，循序渐进，最终建立以学生为中心的模式。对于将来选择就业的学生而言，在理论教学的同时，应更加强调实践教学。对于选择继续学习深造的学生而言，对理论知识的深入理解尤为重要。鉴于此，笔者在本课程的实验教学环节中，考虑安排针对不同类别学生的多个题目，供不同的学生自主选择，而不再是之前采用的统一安排模式。

更加注重创新实践教学

实践创新教学对学生的发展起到了及其重要的作用[10，11]。传统移动通信原理的实践教学中，学生通过现有实验设备，根据实验指导书，进行连线，最终验证课本所学的理论知识点。这种验证性实验只能让学生对理论知识有初步定性认识。

笔者认为，为了让学生对理论知识的學习有定量认识，考虑在实验环节中加入部分系统仿真教学。学生在该环节中，通过自己动手编程的方式建立整个通信系统过程。通过此过程的锻炼，能让学生从细节上了解课堂理论内容的实现过程，而不是仅仅停留在定性认识上。

互联网+课堂

传统教学过程中，课堂教学是最重要的途径。然而，随着网络的飞速发展，互联网+课堂的模式已经成为一种更具有发展前景的教学途径[12，13]。课堂教学之外，学生可以通过慕课、公开课等手段轻松获取更多的网络教育资源，学校可以通过学习痕迹监控的方式对学生的学习过程进行一定考查。此外，当前专业微信公众号多种多样，学生可以通过微信来查找和移动通信原理联系紧密的微信公众号来学习。

4结论

本文针对当前《移动通信原理》课程教学过程中存在的教学内容不够灵活，学生课堂积极性不高，教学效果不佳等突出问题，提出了新的教学模式。近年来的教学实践表明，通过采用灵活多变的教学内容，注重实践与理论紧密结合，以学生为中心，互联网+课堂等手段能显著提高学生课堂和课下的学习积极性，对提高教学效果具有积极促进作用。

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