以学生为中心的“通信原理”多元化教学探索

孔英会，刘 涛，王雅宁，张京席，陈智雄

(华北电力大学 电子与通信工程系，河北 保定 071003)

0 引言

按照教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》，一流课程建设成为一流本科人才培养的根本任务，而“以学生发展为中心”的课程建设和教学改革是高等学校一流本科人才培养的核心要素[1-3]。掌握一流课程建设的内涵，更新教育教学理念，根据各门课程的具体培养目标，结合学生自身特点进行科学设计，在教学内容、方法、手段方面进行全方位改革以提升教学水平，成为每一位教师的责任。

1 “通信原理”课程教学现状分析

1.1 问题

“通信原理”是通信、电子信息专业必修的核心课程，既是“信号与系统”“通信电子电路”等先修课程的延续，又为后续“移动通信”“通信网”等专业课程提供必要的基础，起着承上启下的作用。在多年的课程教学中主要面临以下问题：

1)教学内容方面

信息通信技术发展迅速，知识更新快，存在爆炸的知识与有限学时的矛盾；课程数学知识多，理论性强，学生畏难情绪明显；理论与实际、知识传授与能力培养无法有效统一；不同课程缺乏协调，知识体系不够完整。

2)教学模式方面

传统的教师讲授模式限制了学生主动性发挥；先修课程效果不同，学生基础参差不齐，兴趣爱好不一，呈现多元化、个性化特点，讲授内容众口难调，效果难尽人意。

3)考核评价方面

考核评价方式单一，无法形成有效的激励。

1.2 思路

面对技术进步的巨大挑战，课程需要针对实际教学现状，更新理念并进行全面教学模式改革。以学生为中心，从立德树人根本出发，引领学生明确目标、激发兴趣、发展思维、提高能力，以成果导向、持续改进[4-6]。具体思路和做法包括三个方面。

1)改革教学内容

课程教学中加强思政融入，引入学科前沿，注重课程之间的协调和拓展，理论教学与实际应用结合，知识与能力培养相统一。

2)改革教学模式

改变传统授课方式，充分利用信息技术，加强线上线下混合教学的设计，精选线上资源，通过讨论、兴趣小组等不同形式的翻转课堂发挥学生主动性。

3)改革考核评价机制

通过多元化考核方式加强激励措施，全面促进人才培养质量的提升。

2 融合课程思政的教学模式探索

高校的根本任务是立德树人，学生培养中，价值塑造、能力培养和知识传授三位一体，缺一不可，一流课程是建立在立德树人根本任务基础上的新时代高校精品课程，其核心与关键是课程思政。要围绕课程建设目标、聚焦课程思政元素遴选课程知识点、构建课程知识体系，实现立德树人根本任务[7-8]。

2.1 引导学生树立正确“三观”

我国通信技术产业快速发展，已处于国际前沿，这就为开展课程思政提供了重要的切入点和有益素材。在“通信原理”课程教学过程中，可以面向5G和物联网实际技术，通过讲解名人名企的成功案例，让学生明确未来通信技术人员面临的问题和任务，使学生产生自豪感和责任感。教学中注重理论与工程实际的联系，调动兴趣并启发创新意识。针对学校电力行业背景，引导学生把握信息通信产业发展及能源电力转型对通信专业人才的新需求，主动适应新一轮科技革命和产业变革，以培养学生的创新创业能力为导向，有效确保教育教学内容的前瞻性，并达到知识与能力培养同步提升。

2.2 构建多维协同知识体系

“通信原理”课程的教学目的是建立通信系统的基本概念，掌握通信系统的基本分析方法。课程内容多，难度大。讲授过程中注重知识的实际应用，并与现代通信新技术、新成果结合，激发学生的兴趣。如信源编码部分，在基本的PCM方法基础上扩展介绍语音信号的参数编码、混合编码和图像压缩编码；数字调制部分在基本数字调制基础上扩展介绍OFDM；信道编码在基本的编码基础上扩展介绍LDPC和Polar码；从通信中的传输到引入交换后的通信网，引导学生去探索和发现；课程注重不同章节、不同课程的协同，构建了从“知识点横纵关联、逻辑脉络和发展趋势”等多个维度的知识体系框架，如图1所示，使学生感受和体验逻辑之美、数学之美、通信之美。

图1 “通信原理”课程多维协同知识框架

3 多元化个性化教学模式实践

由于学生存在基础、兴趣等个性差异，需要探索多元化个性化的教学模式，通过自学式、问题式、讨论交流式、实践式、案例式、项目式、小组协作式、探索发现式等多元化教学模式，因材施教，为学生的个性化发展和创造性思维开发创造空间，而线上线下混合教学可以满足这种多元化个性化教学需求。大量的优质线上资源可以通过课前与课后布置自学，突破了有限的课堂时间限制，节省的时间根据学生的个性需求通过翻转课堂开展测试、讨论、探索展示等多元化的教学活动，这种教学模式可以破解有限的学时与知识爆炸的难题[9-12]。

3.1 基于问题的分组讨论式翻转课堂

线上线下混合教学的课堂互动设计至关重要，我们尝试了预设问题翻转课堂，先在课前安排线上资源预习，课上针对预设问题展开讨论和交流，课后进行总结。图2和图3给出了两个实例。图2是讲解通信系统的主要性能指标部分设计的课堂互动问题，主题是针对主要性能指标建立概念和进行综合分析，课堂上先展开小组讨论，最后进行总结。讨论先从中间部分有效性与可靠性展开，明确通信系统的主要性能指标是什么，然后逐次向下了解如何根据性能指标评价通信系统的性能、如何进行主要性能指标的计算、应用情况;再横向分别从模拟通信与数字通信展开两种不同系统主要性能指标含义、评价、计算、对比，学生通过交流讨论可以达到全面深入的理解。

图2 通信系统的主要性能指标讨论式教学设计

图3是讲解脉冲编码调制PCM时设计的课堂互动问题，主要针对PCM中抽样、量化、编码三个主要模块的作用、实现方法、要满足的指标，结合工程应用体验PCM编译码软硬件实现效果以及影响质量的各种因素。学生划分小组展开讨论，工作首先横向展开，明确PCM系统工作过程和三个主要功能模块实现的功能；然后纵向延伸各模块的实现方法与指标要求；之后结合语音信号PCM编译码的实例，通过图4(a)的硬件测试与图4(b)，(c)的Matlab软件仿真结果观察PCM编译码的实际应用，体验参数选择对通信质量的影响；最后总结PCM系统的应用场景，分析其局限性，为介绍其他信源编解码方法做出铺垫。基于该教学设计实践，学生既建立了清晰的概念，又能充分认识到理论与实际的联系，明确了尝试探索的实际意义。

图3 PCM编译码讨论式教学设计

(a)硬件测试 (b)原始语音信号 (c)重建语音信号(有失真)

3.2 基于兴趣小组的翻转课堂

在“通信原理”课程中实践的另外一种翻转课堂是针对学生个体差异开展的兴趣个性化的学习，具体做法是：首先摸底调研，了解学生的特长、爱好、兴趣；然后设立多个探索小组，每个小组由2～3人组成，小组有明确的题目和任务，部分题目和任务如表1所示。选定一个题目和任务后小组成员展开探索研究，有的要通过阅读文献了解把握技术动向，再进行方案设计、开展测试实验和分析、发现和解决问题；有的进行数学分析得出有效模型，分享数学之美的体验；有的设计出高性能滤波器；有的分享研考试题的解法；有的分享国网入职考试大纲与题解，还有的可总结知识点等。各小组任务完成之后通过与教师沟通预约安排时间在课堂进行成果展示，参与展示的同学有探索成绩计入课程的总成绩。这种基于兴趣小组的探索经历使学生养成了主动学习的习惯，目标明确、做中学、有动力、有成就感，既满足了多元化个性化需求，又拓展了学生获取知识和技能的途径，提升了科学素养。

表1 拓展学习研究小组题目和任务

4 多元化考核评价形成有效激励

多元化考核评价方式的总成绩由三部分构成：即平时成绩(30%)、期末考试(60%)、探索实践(5%)。平时成绩通过作业、在线学习数据体现，期末考试采用传统方法，重点考察基本知识的掌握情况，探索实践根据参与讨论和兴趣小组展示情况确定，该部分成绩评定一方面由教师确定，另一方面由同学互评确定。这种综合的考核评价既能充分激励学生，又能为其他同学提供引领和示范，且能体现客观性。

5 结语

以学生为中心，融入课程思政，重建知识体系；利用线上线下混合教学，通过多元化个性化的问题讨论小组、兴趣小组开展翻转课堂，能够充分发挥学生主动性。在2018-2019学年第一学期的“通信原理”试点课堂进行了多元化个性化的教学实践，通过推荐精品线上资源、课堂讨论、兴趣探索小组等教学模式，实践课堂学生的平均成绩、后续保研率、考研率等方面都居于领先，学生参与实践创新的兴趣和热情也得到提升，参加学科竞赛、大创立项的人数明显增多。

同时经过探索实践，“通信原理”课程建设取得一系列成绩，形成了包含省教学名师和校优秀教师的优秀教学团队，多名教师的课堂质量评价为“优秀”。在河北省精品课程的基础上，2020年5月通信原理课程获批河北省一流本科立项建设课程，在课程建设方面发挥了较好的示范作用。