通信原理理论和实践教学改革

邹丽

摘  要 针对通信原理理论和实践教学分别进行改革。理论教学改革将通信系统实际应用场景带入课堂讲授，增强学生学习效果;采用线上线下结合教学模式，调动学生学习积极性，使学生成为最终受益者。实践教学改革采用新的实验平台，可实现虚拟仿真和远程连接硬件设备进行系统设计，从而提升学生动手能力，激发学生学习动力。

关键词 通信原理;教学改革;理论教学;实践教学;混合式教

学;实验软件;MATLAB

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）18-0092-03

Theoretical and Practical Teaching Reformation of Communi-cation Principle//ZOU Li

Abstract In this paper， the reform of theoretical and practical tea-ching in communication principle is presented. The theoretical tea-ching reforms are carried out with two parts. One is that the actual application scenarios of the communication system is brought into

the classroom teaching. And the online and offline teaching model is

adopted， which enhances the learning effect of students and make

students become the ultimate beneficiaries. Practical teaching reforms

adopts a new experimental platform， which can realize virtual simu-lation and remote control of connected hardware devices for actual system development and design， which greatly improves students practical ability and stimulates students learning motivation.

Key words communication principle; teaching reform; theoretical  teaching; practical teaching; blended leaning; experimental software;

MATLAB

0  前言

通信原理课程是通信、电子、信息领域最重要的专业基础课程之一，是通信工程等专业的标志性课程。该课程也是信息与通信工程学科研究生入学考试专业课程之一，占有重要的教学地位。课程内容主要涉及信息的物理传输，以各种调制技术的分析作为主线，紧紧围绕通信系统的有效性和可靠性这对矛盾进行分析，对各种通信系统的性能指标进行评价与比较。该课程作为通信工程专业的核心与标志性课程，有较强的理论基础性和工程应用特点。它涉及的知识面宽、概念多，并要求具有一定的数学基础。同时，该课程也是公认的“老师难教、学生难学、考试难过”的“三难”课程[1]。

通信原理主要涉及信息量的计算、信息的物理传输理论与技术。通信技术过去几十年中不断发展，在此基础上陆续形成通信的理论体系[2]。本课程以各种调制技术的分析作为主线，辅以信号的接收和同步技术，紧紧围绕通信系统的有效性和可靠性性能指标进行分析，对各种通信系统的性能指标进行分析与计算。

笔者教授通信原理课程时间已有十几年，每年都会对该课程的教学质量进行分析，对教学效果进行总结，提高通信原理课程的教学质量，进一步改进教学成果，培养学生科学的想象力、空间思维能力和对科学的求知欲，促进学生形成严密的逻辑思维能力，形成对通信原理的亲切感，体会数字通信技术与实际生活的联系。近年来，南通大学通信原理课程组进行了通信原理课程理论与实践教学改革，本文在总结教学实践经验的基础上对改革进行探讨。

1  通信原理教学现状

1.1  理论教学现状

目前的通信原理理论教学普遍在学生层面和教师层面存在问题。

1.1.1  学生层面  學生对通信原理理论课程学习缺乏兴趣，学习动力不足，学习比较吃力。究其原因，一是该课程理论性强，先修课程掌握要求高，比如信号与系统和概率论，这两门课程数学理论很强，内容量大，导致学生在先修课程上掌握不牢固，所以在学习本课程时感觉吃力，学习积极性不高;二是本课程本身概念多，并且概念都比较抽象，学生不容易理解，不明白通信原理和实际中的通信有什么关联。

1.1.1  教师层面  教师对通信原理课程教学比较单一，主要是PPT课件和板书推导理论计算。2012年，教育部提出“厚基础、宽口径、广适应”的人才培养模式[3]，同时由于学科建设需要，通信原理课程理论教学学时大大压缩，由原来的104学时压缩到只有64学时，几乎砍掉一半学时，但内容量还是这么多。因此，教师基本都是拼命赶课程进度，一堂课的教学内容非常多，导致学生不容易吸收理解。

1.2  实践教学现状

目前的通信原理实践教学基本都是利用现成的通信原理实验箱，让学生做一些和理论课程相关的验证性实验，难度系数低，没有任何创新思维，剥夺了学生独立自主研究的机会。因此，教师和学生都不愿花多少时间和精力在实践教学上。这种现象使得人才培养中学生的动手能力大大减弱，从而把通信原理理论教学与实践教学分隔开来，收不到理想的教学效果。

2  理论教学改革

对通信原理理论课程教学改革可以从教学内容改革、教学方法改革和教学手段改革三个方面进行。

2.1  教学内容改革

通信原理理论教学学时目前安排为64学时，在64学时中要学习的理论基础内容包括信息量及其度量、系统有效性和可靠性概念、随机过程、信道容量，还要系统学习模拟通信系统、数字基带传输系统、数字带通传输系统、新型数字带通系统、最佳接收机、信源编码和同步。内容量很大，理论性极强，数学推导多。

针对这些问题，准备将理论性知识作为重点内容，在讲解理论知识时加入其实际应用场景和实例。例如：讲模拟调制时，可以以调幅广播和调频广播的实际应用为例，给学生阐述模拟调制的应用;在讲模拟通信系统抗噪声性能时，可以做几段音频信号，分别是没有噪声、有噪声和经过滤波处理的音频信号，让学生感受抗噪声的重要性;在讲数字带通传输系统2ASK调制时，可以引入实际应用，用图片形式展示给学生，比如汽车的遥控钥匙和车轮传感器信号都是使用的2ASK调制原理，增强学生对该知识点的掌握;在讲信号量化时，通过语音信号的MATLAB仿真图让学生有直观了解。图1和图2就是实际课堂上展示给学生的一段音乐波形受噪声干扰和“南通大学”语音信号经过量化前后对比仿真图效果。

同时，在课堂上尽量少进行数学理论推导，毕竟是工科专业，不是理科专业，对于通信原理的学习主要是能把原理搞清楚，在实践中能运用理论结果解决实际问题，这样学生学起来也会相对轻松，课时也就没有那么赶了。

2.2  教学方式改革

通信原理课程教学以往都是以在教室上课这种单一的教学方式进行，教师讲授，学生听讲。这种方式单调枯燥，学生学习比较被动，不能发挥主观能动性。因此，对教学方式进行改革，采用线上线下混合式教学方式。

申报的通信原理在线课程项目已经拍摄了通信原理视频，将各章主要内容进行提炼浓缩，拍成视频并放在中国大学慕课网上，这样一来，学生就可以先通过观看在线视频预习和自学通信原理基本理论。在网上每一章都有单元测验试题，基本都是和视频内容相关的基本题型，同时还有简述题，学生可以进行互评打分，这样可以增强学生的自主学习能力。

线下进行课堂教学，可以根据学生网上自学情况有针对性地进行教学，简单的理论知识就可以不讲了，重点讲一些难点知识点，并结合实际应用场景讲述，对提升性试题就可以放在线下教室进行讲解。同时可以组织讨论课，让学生对学过的某个知识点进行小组讨论，然后每组安排学生上讲台讲述，比如：模拟线性调制各种方法的特点，以及与模拟非线性调制比较，各自优缺点;数字调制各种方法的特点及其抗噪声性能。这些讨论可以增强学生的学习积极性，加深学生对该知识点的掌握。

3  实践教学改革

南通大学原来线下只有一间实验室是做通信原理实验的，而且实验箱有限，加上多年使用有损坏，因此，一次实验只能满足二十几个学生，班级多的需要分批次分时间做，极大地浪费了教师和学生的时间。针对目前通信原理实验课程使用单一的通信原理实验箱，实验步骤固定，没有创新改进的空间的状况，采购一套电子信息虚拟仿真与在线实境实验软件。

电子信息虚拟仿真与在线实境实验软件专门针对电子信息类专业的课程实验，将浏览器、本地服务器、云服务器、硬件平台等有机结合，构建虚拟仿真与在线实境实验相结合的实验体系，创新性地实现了“虚实结合、软硬结合”的现代通信课程实验教学新理念。该软件设计了虚拟仿真实验、本地在线实境实验、远程在线实境实验三种实验模式，改变了时间和空间对实验的限制，让学生可以随时随地做实验，有助于学生个性化发展，培养学习能力、实践能力和创新能力，非常适合电子信息类相关课程的实验，其中就包括通信原理课程实验。

利用这个实验平台实现实时仿真，基于本地服务器和云服务器通过MATLAB实时仿真各种波形数据，将其以软件界面呈现，实时性好。教师将几个主要章节里的系统设计成相应实验要求，让学生自己去搭建系统仿真平台，并自己通过MATLAB软件编程实现系统仿真结果，同时可以进行虚实结合、软硬件结合的实验。学生可以在自己的电脑上或者机房电脑上编写程序，然后远程连接访问无线电硬件平台，实现无线收发信号传输功能，其效果和本地硬件实验完全一样。这样的实验模式可以不受时间、地点等因素制约，灵活方便。

图3展示的是整个实验所包含的虚拟仿真平台、真实硬件，用于远程访问，线下示波器可以用来观测虚拟远程端口回传的波形，实验效果比线下实验好。图4给出了在虚拟仿真平台由学生自主编写的AM调制程序代码，学生可以把此代码封装在一个模块里，进行系统搭建，设置仿真参数，得出实验仿真图。这样可以激发学生的自主学习能力，真正实现将理论知识应用于实践。图5是教师管理实验界面，教师可以设置不同难度系数的实验，也可以将实验设置为纯虚拟仿真或者虚拟仿真与远程硬件连接起来，实现真实硬件实验效果。

4  结语

通信原理是高校通信、電子、信息专业非常重要的一门专业基础核心课。通信原理课程的教学目的是让学生掌握通信原理相关知识，并将通信相关原理应用于后续专业课的学习，比如移动通信、通信网原理与协议、数字通信等。因此，如何高效教学就成为通信原理课程组所有教师面临的主要问题。本文所提出的通信原理理论和实践教学改革收到很好的教学效果，今后还会进一步评估和改进，力求将通信原理课程教学做得更好，让更多学生受益。■

参考文献

[1]李巍，朱家伟.基于线上线下混合模式的“通信原理”课程教学改革研究[J].无线互联科技，2019，16（19）：5-7.

[2]王晓玲，胡剑凌.基于多元智能理论的通信原理实验教学改革研究[J].湖南邮电职业技术学院学报，2015，14（4）：

147-151.

[3]尹慧敏，胡晓丽，郭瑞鹃，等.基于课时压缩环境下的《过程控制系统》课程教学改革的探讨[J].农业信息网络，

2015（10）：126-128.