无线通信与移动网络本科教学探索与实践

仲 冰

（盐城工学院信息工程学院，江苏 盐城224051）

0 引言

无线通信是目前信息行业中发展最为迅速的技术之一，对社会的发展以及人们的日常生活带来了巨大的改变。进入21世纪以来，随着3G、4G、5G移动通信技术的相继问世，对无线通信和移动网络技术提出了更多的需求及更高的要求，这也要求通信领域的从业人员熟练掌握无线通信和移动网络技术。无线通信与移动网络是普通高等学校信息与通信工程专业学生必须掌握的一门专业课，也是计算机相关专业的必修课程。这门课程涉及的知识点范围广泛，要想深入学习通信专业的各种技术，应系统的学习掌握无线通信和移动网络的基本概念和基本技术，包括无线通信与移动网络概论、无线通信基础、信道技术、数字调制解调技术、组网技术、移动网络系统与标准、手机原理。

1 课程的教学难点

1.1 课程内容涉及内容范围广

无线通信与移动网络课程是通信专业的一门重要必修课程，也是计算机相关专业需要学习了解的课程。对于通信专业的学生而言，在学习本课程之前，已经学习了通信原理、电磁场与电磁波、数字信号处理等前置课程，具有一定的基础知识。但对于信息工程学院中计算机专业的学生而言，学习本课程之前几乎没有学习过通信相关课程。所以在课程的前半段，需要首先向学生介绍通信原理、电磁场与电磁波、信号与系统的基础知识，课程后半段才能开展无线通信与移动网络课程的教学。内容涉及广泛导致的一个重要问题是：如果教授课程的所有相关知识点，每个知识点只能讲解皮毛部分，不能深入学习，这样会导致教学效果不佳。

1.2 课程内容理论性强

无线通信课程中，需要学生学习自由空间中的麦克斯韦方程组、波动方程、电磁波、电磁波频谱、边界条件、电磁波的极化、坡印廷定理等知识点，然后利用这些基础公式构建无线通信的各种数学模型。这时就需要学生熟练掌握上述的基础知识，对其进行建模分析和烦琐的数学公式推导。例如，研究无线通信系统，首先要研究无线信道中的电波传播特性，这就需要建立通道模型。在信道模型中，包括编码器、调制器、发射转换器、传播媒质、接受转换器、解调器和译码器，在每两个模块之间，都需要根据各自的信号变换原理，对信号进行相应的处理，这其中的每一个环节都需要学生具有较为扎实的物理和数学知识理论基础作为支撑。

另外，在无线通信与移动网络课程中，绝大多数的通信技术及物理量的表示，采用的都是英文缩写，只看英文缩写很难了解其表示的含义，最佳的方式就是去学习掌握这些英文缩写的全称，通过完整的英文表述理解算法或物理量的含义，这也就要求学生需要掌握通信领域的专业英语词汇。

1.3 课程内容更新速度快

移动通信行业是目前发展最为迅速的行业之一，而通信也是当今这个时代不断进步的重要保障之一。从最初的1G到目前已经投入使用的5G，每5～10年就会有新一代的移动通信系统问世。最早的第一代移动通信是模拟蜂窝移动通信，现在已经淡出了人们的日常生活，最新的第五代移动通信在正交频分复用OFDMA和多进多出MIMO基础技术上，为支持三大应用场景（增强移动宽带eMBB、超高可靠低时延通信uRLLC和海量机器类通信mMTC），采用了灵活的全新系统设计。无线通信的相关教材都面临着无法实时跟进技术更新的难题，在学习无线通信这门课程时，如果仅仅按照教材进行讲解是不够的，需要授课教师及时跟进当前的移动通信技术，还要掌握移动通信未来发展方向。如果教师的知识更新速度慢，就无法掌握最新的移动通信技术，也就无法将最新的移动通信技术应用到教学实验中，这就需要教师在备课时投入更多的精力与时间，需要学习掌握新知识新技术，重新设计教案和备课笔记，增加相应的实验教学，引导学生更顺利的理解最新的通信技术，这对授课教师而言，无疑增加了很大的教学难度。

1.4 课程配套实验开展难度大

无线通信与移动网络课程中介绍的通信技术都需要能够应用到实际中，只学习理论的知识，公式的推导、模型的建立是不够完整的，这些概念和算法大多数都比较晦涩难懂，不能仅依靠传统的PPT演示和板书展示来讲授，必须要在授课过程中通过仿真软件展示模型是如何实现的。要进行仿真实验就会使用到仿真软件，比如MATLAB、LabVIEW等，对于通信专业的学生而言，这些软件比较容易上手，但对于计算机专业的学生而言，本身具有较好的编程基础，但是在前期的学习中，很多学生对于这些信号处理的仿真平台比较陌生。另外前面也有提及，这门课的授课对象是计算机专业的学生，课程前期需要花费较多课时讲解基础知识，这样一来实验的课时安排也会比较紧凑，没有办法对每部分的知识点都进行仿真分析，而且通信技术仍在不断更新，需要根据当前的通信发展增加新的仿真实验，选择哪些理论算法进行仿真验证也是一个难题。

1.5 授课教师缺乏实践经验

当前高校教师一般都是毕业后直接进入学校工作，除了在读书时积累了一些项目经验外，几乎没有接触过其他的实践，所以对于绝大多数教师而言，都没有从事过与5G以及未来的6G相关的移动通信技术的研究，教师掌握的最新通信技术和算法都是理论居多，如果想要通过实验来展示其具体的实现过程，难度较大。所以在这样的背景之下，教师如何更新移动通信知识体系，如何将这些自己并没有实际操作过的技术和算法传授给学生，如何改进教学方式，如何培养学生对移动通信的兴趣，如何引导学生自己主动去了解最新的通信动态，这些都是教师需要去解决的问题。

2 课程的教学探索与实践

2.1 明确教学目标，突出教学重点

这门课程的内容范围很广，而授课对象是信息工程专业中计算机方向的学生，他们对于通信的基础较为欠缺，想要学生在有限的时间里掌握每一个细小的知识点是很困难的事情，这就需要教师在备课时明确教学目标，在授课过程中突出教学重点。

2.2 借助仿真软件进行课堂演示

无线通信与移动网络课程中原理、算法、公式较多，仅学习理论知识不仅难度大而且较为枯燥乏味，所以课程安排了配套的实验教学，但是由于课时的限制，目前只安排了四次课后集中实验的时间，这是远远不够的。实验课时的不足，就需要通过课堂演示来补充。例如，在学习数字调制解调时，配套实验是四相移相键控QPSK的调制解调和正交幅度调制（QAM）及解调，需要在课堂上补充最小频移键控MSK的调制及相干解调、正交频分多路复用OFDM的调制解调实验的演示。在其他章节也需要增加实验课程中没有涉及的部分。对于教师而言，课堂演示无疑会增加备课的时间，但是会使课堂更加有条理、更加生动活泼，对教学质量的提高很有帮助；对于学生而言，课堂演示这一环节无疑是收益颇丰的，既可以帮助消化理解理论知识，也可以对较为分散的实验课程进行衔接。

2.3 教师吸收最新知识，引导学生主动学习

在课程的学习过程中，教师扮演的角色是知识和学生之间连接的载体，学生在教师的指导下能够使用正确的方式方法理解掌握知识。教师需要定期查阅最新的国内外文献资料，建立移动通信教学团队，团队定期组织集体备课交流，针对最新的通信技术进行沟通交流，对教学中遇到的问题和困难进行研究。教师还需要培养学生独立学习、独立思考、独立解决问题的能力，教师要采用引导式的教学方法，面对通信领域的最新技术，先学后教是其中的一种方法，另外也要引导学生自己主动去搜索学习这些新技术，比如可以将学生分组，给每个组分配一个方向，请学生自己查找最新文献资料、浏览科技网站，然后请学生做课堂的主人，分享每个组学习到的移动通信领域的新技术，鼓励学生们相互交流研究。

2.4 尝试校企联合开展实践教学

无线通信与移动网络是一门实践性较强的课程，近年来学校已经与企业进行合作，联合培养学生。目前无线通信这门课还没有合作的企业参与到教学中，使用的仍然是传统的教学方式。在学校内进行的实践教学一般是软件仿真实验以及实验箱，在仿真验证时，一般也只能针对课程中的某一个知识点进行，而不能对某个完整的项目进行，与实际的项目研发以及用人单位对于人才的需求具有一定的差距。高校可以与企业合作建立既可以进行技术开发，又可以让学生进行实践课程学习的实验室。学生可以做一些综合性的开发实验，不仅能通过实践来验证课堂上学习的理论知识，培养学生的工程素质，而且能够调动学生的积极性，提高学生的课程参与度。除了与企业共同建设实验室外，还应该邀请企业教师对学生进行培训。企业工程师相比于高校教师而言，具有更加丰富的项目经验，可以指导学生开展项目的实训。高校教师也不能完全依赖于企业教师对学生进行培养，高校教师也应该参与跟进这些实训项目，可以辅助企业教师监督督促学生，更重要的是参与学习一些实践项目，弥补自身项目经验的不足。

2.5 结合实际案例辅助教学

对于工科专业，要求能够培养应用型的人才，目前的仿真实验虽然属于实践课程，但笔者认为这些仿真实验仍然是偏理论的，因为这些软件仿真实验一般只是对于知识点的验证，对于学生而言，实验课做的事只是输入一些公式，然后得到一些课本上已经提供的结果图，学生在实验课程中缺乏思考，进行的更多的是按照课本公式敲代码的工作，这样即使是经过实验仿真验证的知识点，学生也不会有太深刻的印象。所以需要在授课过程中加入综合性的实例，引导学生对这些综合性的项目进行分解思考，鼓励学生自主学习、分组讨论，提出问题后，教师再通过软件仿真为学生答疑解惑。在课堂理论教学中结合实际案例的方式，可以把书本上的知识点和实际事物结合起来，一方面能培养学生主动学习探索的能力，另一方面可以提高学生的兴趣，巩固学习内容。

3 结语

无线通信与移动网络这门课程的本科教学目前还面临着一些困难，如知识更新过快、课程覆盖知识点过广等，明确教学目标，突出教学重点；借助仿真软件进行课堂演示；教师吸收最新知识，引导学生主动学习；尝试校企联合开展实践教学；结合实际案例辅助教学是这门课程进行改革的方向。无线通信与移动网络与人们的生活息息相关，是计算机专业的学生需要学习掌握的一门课程，教师要重视对这门课程的学习和探索，投入充足的时间和精力，使学生更好地接受课程知识。