基于OBE 教育理念的《通信原理》教学方法探索

许海霞

（仲恺农业工程学院信息科学与技术学院，广州510225）

0 引言

《通信原理》课程是通信、电子信息类专业学生必修的基础课程，是在电路分析、模拟电路、高频电路、信号与系统、工程数学等课程的基础上，进一步研究通信过程的基本规律及其分析计算方法。该课程基础知识繁多，具有公式多、概念抽象、理论性强的特点。在课时量不断缩减且学生前期相关课程基础薄弱的双重影响下，教师大多采用PPT 满堂灌的方式，学生被动听课，难以理解教师的讲解内容，无法完成老师布置的课堂任务；教师疲于完成课堂教学内容，没有时间向更深更广的通信技术应用进行拓展，无法体现出《通信原理》的最新技术发展趋势，使得课堂教学变得乏味，无法吸引学生的兴趣，不能调动学生的积极性和主观能动性，不利于培养学生的动手能力和解决问题的能力[1]。

针对《通信原理》课程的现状以及存在的问题，本文基于OBE（Outcome-Based Education）教育理念对《通信原理》课程的教学方法进行探索和研究，希望通过教学方法的改革，推动教师在教学理念上做出新的思考，调动学生的积极性和主动性，帮助学生更好地理解抽象、复杂的定理、公式，提高课堂教学质量，促进《通信原理》课程教学改革的发展和进步。

1 基于OBE教育理念的《通信原理》教学模式

教育理念是教育的先导，教学创新首先需要教育理念创新，新时代新形势下OBE 教育理念是一种以“学习产出”为导向的新型教育模式，又称“成果导向”教育模式，强调以学生为中心，围绕着学生在教育过程应取得的成果去组织、实施和评价的一种教育模式，该教育模式是当今高校教育改革的主流方向[2]。本文基于OBE 理念，构建《通信原理》线上课堂、线下课堂和实践教学融于一体的教学模式。

1.1 基于OBE教育理念的线上教学

在OBE 教育理念中，强调以学生为中心，开展多种形式的线上课堂活动。线上教学课堂以《通信原理》知识预习、复习为主要内容，以培养学生自主学习能力为目标。教师可以充分利用中国大学MOOC（慕课）、网易课程、优课、超星慕课等优质的在线教学资源，将《通信原理》相关学科的教学课件、视频、学习网站资源、专题会议等资源放置到学习平台上，采用教师指导、学生主动参与为主要教学方法，让学生随时随地开展学习，这是学生将知识转化为能力、理论应用于实际的重要渠道，更是将一门课程的学习拓展为多学科交叉、多方位视角的延展式学习途径。强化线上教学是培养学生自主学习能力的重要环节，是真正做到将“以教师讲授为中心”，转换成“以学生发展为中心”的自主学习理念[3]。本课程线上教学是在超星学习通平台开展，按照：“课程简介-基础预习-知识要点-视频资料-PPT 教案-讨论提高”的逻辑顺序展开。课程简介，将本课程的教学大纲、授课计划、课程教案等资料发布在平台，让学生提前了解该课程的章节结构、教学目标，从而在学习过程中，对标注“了解”或“理解”的目标，进行简单记忆和基本概念的理解；对标注“掌握”目标，则对知识点深度挖掘、弄通搞懂，并能迁移泛化，从而培养学生的宏观意识和整体意识。基础预习，是将本课程即将用到的前期基础知识、公式、定理复习巩固，促进学生推陈出新、融合贯通的能力；知识要点，本课程采用提出问题的形式给出各个章节的知识要点，促使学生带着问题学知识，从而激发学生的学习动机，促进学生对问题的思考和探究；视频资料，本课程不仅给出了《通信原理》的网络教学视频资料，还自己录制、编辑微课视频资料发布在平台，促进学生的分析比较、总结归纳能力，快速掌握各知识要点的逻辑脉络；PPT 教案，为防止视频资料播放较快，学生无法短时间内快速理解、掌握的情况，本课堂提供了PPT 教案，学生可以有着重点地对“掌握”目标的知识点深入学习，促进学生知识掌握的广度和深度；讨论提高，本课程设置选择题、填空题、判断题等各种主、客观方式，检验学生对基本概念和知识点的理解掌握情况，学生必须完成各项任务点，实时反馈结果之后才能进入下一步学习，从而加深学生对知识点的深刻记忆，同时，本课程也采用小组分工合作的方式研究探讨一些通信案例，指导学生给出具体案例的方案设计、原理分析、数据采集和实践操作的问题预估等，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。线上教学强调培养学生的自学能力、归纳总结能力，让学生带着问题学习，激发学生的学习动机，明确老师的教学思路，强化学生的问题印象，增强学生的理解能力，凝聚学生的关注度，从而实现OBE教育理念强调的能力本位。

1.2 基于OBE教育理念的线下教学方法探索

线下课堂教学是对传统教学模式进行整合，实现传统教学内容体系的整体优化。在本课程教学过程中，科学设计教学模式，推动教学内容、教学方式、考核模式、评价体系以及教学技术的全面创新。线下教学模式必须实现从传统的以教师讲授为主型向OBE 教育理念以学生为中心型转变，本课程进行了翻转课堂。翻转课堂需要教师具备良好的专业知识、教学理念、科研素养，根据学生的实际学习状况、理论基础和心理状态制定出精细化的课堂任务、行之有效的学习成果评价体系，发挥出OBE 教育理念的指导优势，提高《通信原理》教学效果。在翻转课堂的教学方式中，采用抢红包、幸运转盘、知识探险等各种学生乐于参与的形式开展，力求学生在翻转课堂的过程中，理解各章节知识点的来龙去脉，弄清各知识分支的错综关联，掌握各章节的重点和难点；并通过各种主、客观形式的知识问答、随机测试等检验学生对各章节知识内容的掌握和应用情况，随时调整课堂教学的着重点、关键点。在翻转课堂的教学方法中，采用学生易于接受的思维导图归纳知识关系链法，将相关知识点串成链，并不断向外开枝散叶，形成枝繁叶茂的知识链树。此外，本课程也采用教学类比法，灵活运用概念性类比、过程性类比、方法性类比、横向与纵向类比、知识架构的类比和条件性的类比，将相关知识点概况提炼，对知识点寻踪追源，带给学生眼前一亮、原来如此的学习体验。最后，本课堂给学生设置一定的未知知识链，要求学生自己去探索、完善，有意识地引导学生进行相关知识点深度和广度的拓展，从而提高本课程教学内容的深度和发散思维的广度，激发学生探索未知的学习兴趣。下面具体介绍两种归纳、总结知识点的翻转课堂教学方法：思维导图归纳知识关系链法和教学类比法。

（1）思维导图归纳知识关系链法

思维导图是英国著名教育专家Tony Buzan 按照大脑自身的规律进行思考，全面调动左脑的逻辑、顺序、条例、文字、数字以及右脑的图像、想象、颜色和形状进行整体思维的一种笔记方法，可以充分地开发大脑潜能，提高各方面的能力[4]。教学案例：采用思维导图归纳信道的特性。

《通信原理》中信道的内容包括信道的分类、信道的数学模型、信道的噪声和信道的容量等知识点[5]，学生普遍认为该章节知识点广泛、内容比较零散，难以系统地掌握。为了让学生明确各知识点间的逻辑关系，用思维导图归纳知识关系链可以很好地帮助学生理顺信道的知识脉络，实现学习内容形象化、逻辑思维可控化、相关知识脉络化，有助于激发学生的学习积极性，提高学生的理解能力，增强课堂教学的效率。

图1 给出了信道的思维导图，其中中间的圆形标注为“信道”是一级知识点；一级知识点按照1、2、3、4的顺序向外延伸为二级知识点，其中1 为“无线信道”、“有线信道”，2 为“调制信道”、“编码信道”，3 为“信道噪声”，4 为“信道容量”。其二级知识点再向外延伸为三级知识点，依次向外扩展发散，得到整个信道的知识点逻辑思维导图。思维导图归纳知识关系链法是将知识点归纳总结，可以通过不同逻辑关系展示，可采用公式、颜色、数字、代码、图像等来多维度来表现，使得知识点项目结构清晰、逻辑性强、重点突出。这种方法避免了大量零散知识点的简单堆砌、杂乱无章，易于学生理清头绪，将所学知识融会贯通，训练学生的概括归纳能力和发散思维、创新思维。

图1 信道的知识点思维导图

（2）教学类比法

类比法是一种重要的思维推理方法，是根据两个或两类对象或事物有部分属性相同，从而推理出它们的其他属性关系的一种推理方法[6]。教学类比法就是类比推理的具体运用，即利用类比的方式将教学过程中的新知识与相类似的旧知识联系起来，从已知对象或事物具有的某种属性推出未知对象或事物具有的相应属性，从而简化问题、解决问题。教学类比法包括各种形式，可以概念性类比，通过两个对象或事物的概念类比来揭示其本质特性；可以是过程性类比，通过两个对象或事物的过程性类比展示事物的来龙去脉，形成知识网络；也可以是方法性类比，借助已知的方法，通过方法性类比对问题进行多角度、多方面的探讨与研究；也可以是知识点的横向与纵向类比，还可以是知识架构的类比，适用性条件的类比等。巧妙运用类比法，可以简化教学过程，提升教学质量，但要注意类比的正确性和适当性，不能随意类比。

图2 模拟通信系统和数字通信系统的模型类比

针对《通信原理》的课程特点，基于OBE 教育理念强调的能力本位，采用教学类比法教学，在讲授课程时，将特性相似的知识点进行类比，提取其相同特点，相同知识点越多，则这两种事物之间存在的联系越紧密，是一种“由此及彼”，的教学方法。教学案例：模拟通信系统和数字通信系统的模型类比，如图2 所示。图2 的上方是模拟通信系统模型，下方是数字通信系统模型。两者类比发现，模拟通信系统中的模拟信源、信宿和数字系统的信源、信宿类似，那么其他模块是否有类似关系呢？研究发现，模拟通信系统中调制器和解调器若用虚线对应下方数字通信系统中的两个大黑色框，即两个黑色框中的内部模块分别看做是一种调制器和解调器，两者几乎是相同的结构。学生在学习数字通信系统模型时，只要关注黑色框里的各个模块特性就可以掌握数字通信系统模型了。如此知识架构的类比，由此及彼、推旧出新，具有知识架构对称、学生易学易记的特点，可以延伸、拓展学生的思维，提高学生概括、归纳的能力。

1.3 基于OBE教育理念的实践教学研究

将OBE 教育理念应用于《通信原理》实践教学环节，设置综合性、设计性、开放性、创新性实践教学内容，确保学生在实践教学环节中得到充分的基本技能、动手实践能力和创新能力。教学案例：脉冲编码调制（PCM）实践教学。在课堂讲授PCM 原理后，开展数值仿真实验，采用MATLAB 软件实现PCM 编码，可以任意设定性能参数来调试和改进编码过程，从而获得理想曲线。通过仿真实验，学生可以按照编码步骤观察到PCM 编码的过程，从而理解和掌握PCM 特性。接着，利用通信原理的实验仪器平台，让学生动手操作PCM 编码过程，直观地认识和理解PCM 原理；随后，设置PCM 课程设计，将PCM 原理应用于日常生活，实现基于PCM 的语音数字系统研究，进一步加深学生对该知识的原理理解和应用掌握；最后，针对本专业学生的毕业目标，设置基于PCM 的毕业设计，进行PCM 原理的科研探索，如“基于PCM 编码的信息隐藏设计和实现”、“基于单片机的可变速率PCM 编码研究”等，这是对PCM 原理的深入拓展和应用设计。在实践教学中，本课程积极地将通信概念和基本理论与日常生活、生产中的如光纤、电缆、手机、无线通信、电脑网络等信息通信紧密联系，有意识地组织、点拨、带动学生探索未知领域，激发学生的学习积极性和主动性。此外，通信原理及其相关交叉科学与技术的发展日新月异，为了使学生了解未来通信相关的新兴科学与技术领域研究，教师在实践教学中可引入通信原理的最新前沿课题、科研动态，使学生明确当前及今后一段时间的研究热点与方向，开拓学生的视野，丰富学生的知识储备，树立学生的全方位、发散思维视角。

2 结语

基于OBE 理念的《通信原理》教学模式确立了以线上课堂预习、线下课堂翻转、实践教学提高三个层次逐层递进、贯穿始终的教学体系，并根据社会发展形势和科学技术的更新换代不断更新和优化教学内容，将《通信原理》课程与日常生活、学术科研相结合，引入高新技术的最新、最前沿应用，从而激发学生对该课程的学习兴趣，实现OBE 教育理念中对学生的能力培养，促进《通信原理》课程改革的发展和进步。