“通信原理”课程在物联网工程专业应用型人才培养中的教学改革研究

赵亮 吴静 曹文

摘 要：针对高校物联网工程专业开设“通信原理”课程时在教学内容、教学方法方面所存在的不足，结合物联网工程的专业特点，围绕应用型人才培养的目标，对“通信原理”课程的教学内容、教学方法进行了改革。教学改革中所采取的措施有助于物联网工程专业学生提高“通信原理”课程的学习效率，并增强通信理论知识与物联网实际应用之间的联系。

关键词：通信原理;物联网工程;应用型人才培养;教学改革;无线传感器;认识框架

0 引 言

随着物联网产业的兴起，许多高校新增了物联网工程专业，以此面向国家战略性新兴产业发展需求，培养掌握物联网工程相关专业知识，在物联网系统设计和产品应用领域，从事产品开发、系统集成、运行维护、项目管理等工作的工程技术人才。

对于大量高校而言，其新增的物联网工程专业都还处于逐步建立并完善课程体系的阶段。由于物联网行业天生具有的通信需求，许多高校都延续了通信工程专业的培养方式，将“通信原理”作为必修课程纳入物联网工程专业的课程体系与培养方案当中。从目前国内产业发展的典型需求上来讲，物联网工程专业所培养的学生应具有解决物联网及相关通信领域工程问题所需的工程技术知识，熟悉本行业的应用现状，能够分析本领域工程项目实施过程中遇到的关键问题，具备从事物联网及相关通信领域工程项目的设计与开发能力。这样的产业發展需求与传统的通信工程专业的培养需求是存在区别的。为此，部分普通高校对物联网工程专业定位也有别于通信工程专业，更侧重于应用型人才的培养[1]。这就需要在开设“通信原理”课程时进行相应的教学改革，以支撑物联网工程专业的人才培养。

1 物联网工程专业开设“通信原理”课程所存在的问题

现阶段部分高校在开设“通信原理”课程时，直接采用了通信工程专业的教学内容与授课方式[2]，对物联网工程专业的自身特点与需求考虑不多，因此在课时安排、课程内容、教学方法等方面都还存在诸多不尽如人意之处。由此导致的问题集中表现在以下几个方面。

1.1 对专业特点及学生基础考虑不足

传统通信工程专业开设的“通信原理”课程，本质上是从数学角度描述并分析典型通信系统工作过程及其性能的理论课[3-4]，其先导课程包括“信号与系统分析”“概率论与数理统计”“数字信号处理”等。由于涉及大量交叉的知识体系，对修课学生的基础知识要求较高。对于学校而言，是否开设了相应的先导课程，对于学生理解“通信原理”中的相关内容有重要影响。以笔者所在的学校为例，在通信工程与物联网工程这两个专业中采用同样的“通信原理”授课方式时，发现物联网工程专业的学生在理解调制解调中的电路实现时明显更为困难。通过调查，发现其部分原因在于通信工程专业较物联网工程专业多了“高频电子线路”的先导课程，物联网工程专业学生反映较难理解的倍频、锁相环等概念在“高频电子线路”课程中实际已经有过详细介绍。这在一定程度上说明物联网工程专业在开设“通信原理”课程时，需要更多考虑到本专业的特点及学生的基础，应根据物联网工程的培养方案来确定“通信原理”的教学内容，不宜简单复制该课在通信工程专业中的授课内容。

1.2 课程内容与实际应用联系不紧密

传统的“通信原理”课程花了大量篇幅用于介绍不同通信系统的频谱分析、模拟信号的数字化过程等内容。这些内容理论性强，数学推导多，通常是通信工程专业的教学重点。而对于旨在培养应用型人才的物联网工程专业来说，大量的数学推导内容在占用大量教学与学习资源的情况下，对于提高学生的工程能力帮助有限。

除此以外，在物联网领域涉及较多的无线通信技术，现有的“通信原理”课程对于无线通信技术的介绍相对较少。传统通信工程专业往往依赖后续的无线通信技术类课程对这方面知识进行专门讲授。而物联网工程专业的培养方案中并不一定设置了这类后续课程[5]，由此导致学生难以通过“通信原理”课程掌握无线通信技术中的主要概念。

另外，现有的“通信原理”课程通常围绕传统的通信应用，如调幅/调频广播系统、数字电话通信系统等，展开有关系统原理的介绍。而对于物联网工程专业的学生而言，他们通常很难将这些通信应用与物联网行业的实际应用场景联系起来，这往往会降低学生的学习动力。

1.3 教学方法难以吸引学生注意力

对于传统的“通信原理”课程而言，由于其涉及大量分散的抽样概念以及繁琐的理论推导，处于被动学习状态的学生在有限的课堂时间内往往不足以形成自身的见解，这种情况下授课教师成为课堂的唯一主角，学生对课程的参与度通常不高，同时难以在课堂上对所学知识形成讨论。当讲授比较枯燥的理论内容时，若学生事先没有对课程的总体内容形成整体的认识框架，并将当前所讲的内容纳入到整体框架中进行理解，就很容易出现学生跟不上课堂节奏的情况，由此导致学习兴趣下降，注意力不集中。

2 教学内容改革

依据物联网工程专业的特点，对“通信原理”课程的教学内容进行了调整。调整的原则是在保证知识体系相对完整的前提下，帮助学生利用“通信原理”的相关知识指导其在物联网领域的工程实践，并为学生掌握“无线传感器网络”等物联网工程专业的课程奠定理论基础。调整后的教学内容着重讲授影响随参信道传输特性的因素、数字基带传输、数字带通传输、信源编码、信道编码的基本原理，以及无线通信中所涉及的频谱资源划分等概念，并以日常RFID标签信息无线读取过程中的2ASK，BPSK通信方式为例，将数字带通传输的原理与物联网实际应用结合起来进行介绍。除此以外，还引入了目前物联网行业广泛采用的LORA及NB-IoT两种通信模式的相关内容，分别作为扩频通信以及复用技术的实际应用案例，以此为学生构建起“通信原理”课程知识与物联网行业应用之间的联系。

考虑到物联网工程专业侧重于培养应用型人才的特点，对传统“通信原理”课程中大量有关通信系统抗噪性能的理论推导进行了简化，在课堂上仅限于介绍影响系统抗噪性能的因素及不同通信方式的抗噪声性能排序。对于部分具有较强钻研精神的同学，对教材在推导过程中所用到的概率论、随机过程、模拟电路等方面知识进行了参考文献的列举，学生在课后可以从所列参考文献中直接查阅到抗噪性能理论推导的依据。