通信原理实验课程思政教学改革与探索

弥 寅 和 煦

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，坚持以马克思主义学科为引领，构建哲学社会学科和其他各学科协同一致、合力育人的思想政治工作格局，使学校各方力量、各种有效资源、各类课程都能发挥育人功能，全过程、全方位将立德树人有机地融入到高校专业课程教学之中，推动课程思政与思想政治理论课形成“协同效应”，是当前高校课堂教学面临的重要任务[1]。因此，我们需要思考在专业课教学当中，除了传授知识本身，更应该落实好课程思政价值情感的塑造、显隐结合的方法、灌输启发的模式，以及批判的精神、理论实践的统一和科学创新的思维。

随着近些年来5G、云计算、人工智能和物联网等新兴技术的飞速发展，通信的基础理论和传输知识变得尤为重要。通信原理课程是通信工程、信息工程、物联网工程等工科专业的基础核心课程[2]，该课程数学公式多、理论性较强、知识点繁多、概念抽象不易理解，一直以来，教师普遍反映不易教，学生反映不易学。基于此，通信原理实验课程要求理论联系实践, 加深对通信原理知识的掌握和理解，充分弥补理论课的不足,应用学到的知识解决实际问题。除此之外，为了更好地落实立德树人的理念，在实验课的教学中需要充分挖掘其蕴含的思政要素，对学生进行爱国主义、辩证唯物主义、科学进取精神、勇于探索和创新、理想信念教育等，从而将知识传授、能力培养与价值塑造三者有机融合。通过内容与案例、线上与线下、虚拟与现实的结合的方式,全方位融入思想政治元素，使课程思政切实发挥教育的引领作用，实现全方位育人[3]。

一、 提倡自主研发，根植爱国主义、自立自强信念

西安邮电大学通信原理实验课程受益面大，每年涉及近10个专业800余名学生，课程学时数为16学时，涵盖通信工程、信息工程、电子信息科学与技术、广播电视工程等不同专业的知识内容，实验课程由通信基础实验教学中心开设。随着国产教仪设备和测试测量仪器的不断发展和进步，与国外先进设备厂商的差距已越来越小。[4]该课程的实验平台经过几次更新迭代，已由最初的国外设备转变到如今的国产设备，所有设备均来自国内厂商。同时，教学团队立足于“新基建”“新工科”人才培养需求，知行并重，历经10年发展，自主研制的电子信息类专业基础实验教学平台，形成了三代七款产品，在国内多所高校实际应用，千余名学生受益。基于该平台在全校率先开展虚拟仿真实验，已开发10多个“虚实结合”的通信原理实验教学项目，并多次在全国高校自制仪器大赛中获奖。通过实验设备的国产替代和自主研制，引导学生树立技术可控和科技报国的理想，增强民族自豪感。

二、课程内容与实验项目紧密结合，深挖课程思政元素

对一门课程来说，作为指导性文件的课程大纲，详细阐述了课程性质、课程目标、课程内容、考核方式、评定标准以及参考资料等方面，我们通过重新修订课程大纲，将课程思政要点科学合理地分解到通信原理实验内容当中。结合工程教育专业认证的要求，在通信原理实验课程每个知识点的教学内容上明确体现了德育目标。

(一)课程思政在教学设计中的体现

作为教学“主阵地”的课堂，成功的教学设计是精彩课程的必要元素。教学设计能够确保课程目标顺利实现，是课程实施的重要纲领。围绕教学内容、灵活切入思政要素，精心准备教学设计是实现知识和德育双重目标的保障。思政要素的表现形式多样，比如：视频、图片、文献等，内涵丰富，形式多样，在实验课当中尽量以课堂知识或行业发展为背景，切忌生搬硬套，脱离课堂实际。例如：在介绍数字基带和频带传输系统时，可以由手机SoC(System on Chip，片上系统)芯片行业的现状进行引入，尤其是高性能SoC领域，当前市场上主要有六家，依次为联发科、高通、苹果、紫光展锐、三星和华为海思[5]。需要强调的是，其中只有三星具备手机SoC的设计和生产能力，其余几家均须委托代理工厂生产。华为海思投入巨大的研发费用就是想攻克这项“卡脖子”技术，早日实现技术自立自强，不受制于人，掌握芯片行业的话语权。通过这个案例的引入激发学生强烈的民族自信心，提高科学创新意识，并号召学生树立与国家需求相结合的远大理想，早日为我们国家在多个领域掌握话语权、突破技术壁垒贡献自己的力量。

(二)教学过程全方位体现课程思政

在实验教学过程中，教师会在课前通过超星学习通发布预习提纲、实验内容、实验操作注意事项以及所用到的相关理论知识，学生可以在教师的引导下提前预习实验课程、复习所用到的知识内容。上课前几分钟会安排小测试，现场给出得分，并计入平时成绩，这样可以充分调动学生的学习积极性和主观能动性。

课中教师会根据问题反馈和学生的测试结果，将学生的问题设计为头脑风暴、课堂讨论等教学活动，并在课堂上开展有针对性的讲解和演示。大力推进SPOC翻转课堂的教学[6]，以小组为单位轮流进行原理讲解和实验操作，活跃课堂气氛，学生可以更加深入地理解知识点内容，大大提高了学生的思辨意识、团队协作精神以及沟通技能；通过随机选人考察实验结果及分析，引导学生深入思考，理论联系实践，强调科学精神；最后客观地记录实验数据，并规范报告格式，强调工匠精神和实事求是的态度。

课后教师发布思考和答疑，继续拓展学生思维，提高学生的实践技能，培养学生分析问题、解决问题的能力，力求做到学思结合、知行统一，从而鼓励学生勇于探索、开拓创新。

三、虚实结合、线上线下混合式实验教学开展课程思政

2020年受新冠肺炎疫情影响，多个专业的学生没能如期返校，为了不影响实验教学工作的顺利实施，我们教学团队重点建设了线上课程资源。另外，由于现有传统实验教学方式单一，混合式教学能够最大限度地调动软件和硬件设施、整合线上线下资源，最大化发挥线上教学和课堂教学的优势，从而激发学生学习兴趣。目前，我们教学团队已录制了15集实验教学视频，包括软件仿真和硬件实验，其中软件仿真分为SystemVIEW软件的安装与使用、数字基带系统、AM幅度调制系统、DSB双边带系统、SSB单边带系统、PAM脉冲振幅调制系统、2ASK振幅键控系统和2FSK频移键控系统；硬件实验分为：测试仪器与实验平台使用、信源编译码实验、信道编译码实验、2PSK/2DPSK相移键控、差分相移键控数字调制解调实验、数字基带与频带系统综合实验。通过PAM、PCM编译码实验[7]，使学生了解到信源编码是通信系统的重要组成部分，与学生一同回顾奈奎斯特抽样定理的发展历程，学习科学家们严谨的科学精神，帮助学生深入理解原理知识与技术的重要性，增强学生的行业信心和学习动力；通过数字通信系统综合实验，讲述我们国家的移动通信发展史，使学生了解未来通信技术的发展趋势，增强学生的工程素养和家国情怀。

目前上述课程资源均已上传至 “知行园地”公众号及学习通，学生可以随时预习实验和指导实验的全过程，实验教学模式一改常态，老师不再 “满堂灌”，学生成为课堂上的主角，留出大部分时间给学生去学、去讲、去思考，学习的场合也不再限于课堂，学生可以随时随地去学习。在当前学时压缩的大背景下，通过适当扩展教学内容来增大信息量，从而激发学生学习活力、延长学习时间，培养学生探究式的良好学习习惯。

随着疫情常态化，线上实验教学的迫切性变得尤为突出。团队采用校企合作“虚实结合”的方式，与南京润众集团共建实验资源。现已建成的实验系统最多可同时容纳32名学生同时在线，实验数据是硬件实际运行结果，与实验室测试结果一致。学生能够在Web浏览器上实时搭建实验系统，修改设备配置参数，远程下载实验结果，利用虚拟仪器实时测量实验数据。完成实验后学生在线提交实验报告，任课教师进行线上批改和成绩分析。

通过开展虚实结合、线上线下混合式的实验教学，借助网络导入课程思政元素，利用平台反馈功能调查学生对教学进度、教学内容、线上实验教学、创新意识和创新能力的培养效果。

四、全过程跟踪，完善实验课程考核方式

客观评价学生的实践能力一直以来都是实验课程考核的一个痛点，特别是在引入课程思政、虚拟仿真、线上线下混合式教学要素后这一问题就更加突出。我们教学团队经过不断思考和实践，现已总结出了一套相对完备的实验课程考核方法。

实验课程成绩以百分制表示，总成绩由平时(30%)、实验报告(30%)以及实验考试(40%)三部分的成绩综合构成。其中：平时成绩除根据学生迟到、早退、缺勤情况评定外，还要考查学生对待实验课程的态度，鼓励学生和老师一起挖掘课程思政要素，对于有贡献的同学予以加分；实验报告从实验操作(30%)、实验记录(40%)和实验分析(30%)三部分进行考察，对于采用虚拟仿真的实验项目，实验报告线上提交，线下提交纸质实验报告。任课教师批改后按百分制评分，所有实验的平均成绩即为实验报告成绩；实验考试根据大纲所列实验项目随机派发(实验参数有所调整)，考核环节包括：实验原理阐述、实验结果记录、实验分析叙述以及实验操作过程四部分。经过近年的实施和不断完善，这套实验课程考核方式能够客观反映学生的实验能力和操作水平。

综上所述,通信原理实验作为工科专业的基础核心课程，在人才培养过程中扮演着重要角色。我们教学团队开创性地将实验教学与课程思政有机融合，从技术的自主创新入手，深挖实验内容的思政元素，全方位嵌入教学设计、教学过程，并利用虚拟仿真和线上线下等先进的教学手段付诸实施。最后通过完备的实验课程考核机制检验课程思政的实施效果，对出现的新问题进行持续改进，形成有效的闭环优化机制。