“现代短波通信”课程教学高阶性建设的探索与思考

宋 绯，陈 瑾，杨 旸，程云鹏

（陆军工程大学 通信工程学院，江苏 南京 210008）

短波通信作为依靠电离层反射，无须依赖网络枢纽和有源中继即可实现数千公里的远距离通信。由于电离层不易遭受自然与人为的破坏与摧毁，美国国防部曾提出：“一个国家，在遭受原子弹袭击后，恢复通信联络最有希望的解决办法是采用价格不高，能够自动寻找信道的短波通信系统”。在我国，短波通信是国家安全、处突维稳、应急救灾等的重要通信手段，更是军事行动、作战指挥中保底的通信手段，在极端情况下甚至是唯一的通信手段。

“现代短波通信”作为我校一门专业必修课，开课历史已有20余年，在我校课程体系中具有承上启下的重要地位，对新型军事通信专业人才培养起到关键支撑作用。课程教学团队成员，中国科学院院士、全国优秀教师王金龙教授为该课程奠基人，长期坚守在短波通信研究领域，研究方向涵盖短波数据传输、抗干扰、综合组网等多个领域，使我国短波通信多项关键技术达到国际先进水平。由于各种因素影响，“现代短波通信”课程的学时量大幅缩减，学时少、内容多的矛盾愈加突出，而现代化战争对新型军事通信人才的要求越来越高，专业基础能力、岗位任职能力与创新发展能力缺一不可。其中，专业基础能力需要学生掌握军事通信领域的基本理论和基本知识，理解典型通信技术的基本原理与技术；岗位任职能力强调学生能够熟练操作各种通信装备，具备一定的通信保障能力；创新发展能力要求学生具有复合知识结果和深度学习能力，具有较强的辩证思维、批判思维和创新思维能力。这三个能力与国家“金课”标准中高阶性要求的“知识能力素质的有机融合”不谋而合。本文针对“现代短波通信”课程高阶性建设中存在的问题，对标高阶性建设要求，从创新课程建设理念、优化教学目标、创新教学方法、拓展考核方式等方面探讨课程高阶性建设的思路。

一、课程高阶性建设中存在的问题

依据教育部发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》教高〔2019〕8号对于课程的高阶性阐述，从教学目标、教学内容、教学方法、考核方式等多个角度进行对比分析，剖析“现代短波通信”课程高阶性建设中存在的问题，为后续课程改革找准突破点。《实施意见》明确提出，提升高阶性。课程目标坚持知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维［1］。前期的教学目标存在重知识、轻能力与素质的问题，强调对短波通信理论与原理的掌握。在教学内容上广度有余而深度不足，导致学生能够深度思考的知识点不够，不能有效体现高阶性建设要求的课程内容强调广度和深度。教学模式与方法是达成教学目标、体现课程水平的关键，如何促进学生高级思维的形成是教学方法改革的核心。在学情调研中发现，由于强调理论知识的掌握，教学手段不够丰富，通信理论难理解、不直观、没有实践手段相辅助等问题限制了学生高级思维的形成。

二、课程高阶性建设的思路

通过剖析“现代短波通信”课程高阶性建设的问题，结合新型军事通信人才培养需求，我们从教学目标、教学内容、教学方法与考核方式多个维度进行改革，其中优化教学目标是根本，重构教学内容是重点，创新教学方法是关键，拓展考核方式是保障。针对教学目标存在重知识、轻能力与素质的问题，围绕短波通信保障这一核心诉求，提出了专业知识传授、岗位任职能力培养和思想价值塑造三位一体课程教学目标，并在课堂上穿插短波通信研发人员先进典型事迹，讲好红色传承小故事，将思政元素有机融入教学，真正实现知识、能力、素质有机融合，为高阶性建设指明方向。针对教学内容广度有余而深度不足的问题，结合军事科研创新和短波装备发展的最新成果，对教学内容进行重构，构建了以能力为导向的教学内容，以经典的“基本概念和技术原理”培养专业基础能力；以“典型体制和技术前沿”，思考创新优化策略，培养创新发展能力；以“仿真实验和装备操作”，培养岗位任职能力。

针对教学方法对学生形成高级思维的促进效果不明显的问题，打造了涵盖仿真实验平台、实际装备于一体的先进教学条件，建立了系列微教材、微课件、微视频等精品在线资源，将传统的课堂授课方式，转变为“线上与线下混合、理论与实践融合”的教学方法，将学生被动接受知识的过程，转变为激发高级思维活动、提出和解决问题的过程，使学生由外部刺激的被动接受者和被灌输对象转变为知识加工的主体和主动建构者。针对考核方式单一的问题，从理论与实践两个维度，建立了覆盖课前、课中、课后，体现基础知识、实验能力与科学素养的多维考核手段，并适当增加挑战难度，全面检验学生的综合能力。下面以短波数据传输技术为具体案例，详细阐述高阶性建设思路。

三、教学高阶性建设具体案例——短波数据传输技术

短波数据传输技术是研究在短波多径衰落信道条件下，如何实现可靠数据传输的一个知识模块［2］，是“现代短波通信”课程中的重点和难点内容之一。该知识模块呈现“基本概念多、理论推导多、技术手段多”的三多特点，对于学生而言，存在“理论理解难、技术应用难、操作评价难”的三难问题。针对上述问题，该知识模块高阶性建设围绕目标导向、多维优化、思政融入、综合评价四个方面展开。

（一）目标导向

基于布氏教学目标分类学［3］重新对该知识点的教学目标进行了梳理，其中将认知目标中的分析、评价和创造定义为高阶思维。在教学目标的梳理中，始终以提升学生的学习效果为导向，将三种传输体制的教学目标进行分类细化，为教学内容的优化、教学方法的改进以及评价方式的实施指出明确的方向。

短波数据传输技术教学目标梳理如下：（1）低阶教学目标包括能够解释频移键控与时频调制的原理；能够计算频移键控传输的参数关系；能够解释频移键控对抗短波信道衰落的原因；能够解释多载波并行传输的技术原理；能够复述短波多载波并行频率配置；能够解释短波多载波并行传输对抗短波信道衰落的原因；能够举例说明短波多径时延扩展对单载波串行传输的影响；能够解释短波单载波串行传输对抗短波信道衰落的原因。（2）高阶教学目标包括能够剖析适合短波信道的时频键控设计规则；能够设计适合短波信道的时频调制样式；能够理论推导多载波并行传输的正交性条件；能够归纳短波多载波并行数据传输参数间的关系；能够剖析短波信道结构对线性均衡器的影响，并提出相应的解决方案；能够对比分析三种传输体制对抗信道衰落的本质区别，建立辩证思维，提升科学素养；能够利用仿真实验平台，构建三种传输体制的收发流程，理论联系实际；能够熟练地操作实装设备，完成特定环境下的可靠传输；能够从我军短波通信装备研制的艰苦历程中，归纳成功的原因，激发强军报国的信念。

从上述教学目标中可以看出，低阶教学目标侧重专业知识，高阶教学目标中的前六项侧重高阶思维的培养，第七、八项侧重夯实学生的岗位任职能力，最后一项体现了思想价值塑造，破解了原有课程教学目标重知识、轻能力与素质的问题。

（二）多维优化

在明确了教学目标之后，进一步对短波数据传输的教学内容与教学方法进行优化。在前期的学情分析中发现，很多学生在短波数据传输的学习中存在以下三方面不足：一是先修课程的相关知识较为薄弱。“现代短波通信”课程的先修课程“通信原理”是一门理论性强、较难理解的课程，有将近三成的学生不能阐述相关知识点的原理。二是短波数据传输的理论深度较高，多种体制并存，学生仅依靠课上时间难以完全掌握。三是有一半的学生表示不知道理论知识如何应用，无法将理论与实际有效结合。针对上述问题，通过梳理知识脉络，提出建构式教学方法，增加短波通信仿真实验箱，建立多种在线资源，注重学生知识迁移能力的培养，确保学生能够解决短波数据传输中的复杂综合性问题，真正体现知识、能力与素质的高阶有机融合。

1.教学内容优化。以对抗短波信道衰落为切入点，重新梳理短波数据传输的知识脉络，从主动与被动两个方向，分析三种不同传输体制的波形设计思想，注重学生已有知识的迁移，从“基础、拓展、应用”三个维度对教学内容进行优化，助推学生实现“知何为，知为何，知如何”的思维构建。基础强调与先修知识模块的联系，引导学生针对短波信道特性，利用新旧知识之间的联系，进行对照思考，由旧推新，完成“知何为”的环节。

2.教学方法优化。针对短波数据传输模块的教学内容呈现出“基本概念多、理论推导多、技术手段多”的三多特点，提出了“线上与线下混合、理论与实践融合”的教学模式。在理论教学方面，运用BOPPPS教学模型［4］，基于目标导向中的教学目标，优化课程教学方法，抓好课前、课中、课后三个环节。在课前阶段，通过我校自建的“嘉课堂”平台，向学生推送微视频、本节课学习目标以及课前摸底测试，微视频重点帮助学生回顾与本次课相关的基础知识，并通过构建实际场景，提出有趣的技术问题，吸引（Bridge）学生的注意，激发学习兴趣。学习目标（Objective）明确指出学生应掌握的知识要点与难点，提升课堂教学的针对性，为课后学生的自我评估明确方向。通过课前摸底（Pre-assessment）测试学生基础知识的掌握情况，反映学习能力的差异，为课堂教学内容的调整提供依据。在课堂教学中，注重启发导学，学为主体，通过分组讨论、专题研讨、案例分析等多种形式，实践“实际问题+讨论探究+方案拟定”式的参与式学习（Participatory Learning）。并利用课中与课后测试（Post-assessment）及时评估教学效果，学生基于测试结果，可及时了解学习目标的完成情况，查缺补漏。在每次课后，由学生上交自己绘制的本次课思维导图，总结（Summary）归纳本次课的知识点，梳理知识脉络。依托课程组所在的国家短波工程技术中心，实践生成式的教学方法，借鉴学术创新模式、引入科技研发思路、注入最新创新内容，在教学过程中注重介绍知识创生的过程、揭示科学知识的本源和真谛，培养学生的创新思维。

在实践教学方面，针对学情分析中学生普遍反映的理论与应用无法转换的问题，围绕学习力培养的核心诉求，按照因材施教、贴近实战、形式多样的指导思想，创新知行合一的实践教学方法，调动学生对实践项目课题的兴趣，提升其自主创新性，依托定制的通信仿真实验箱，针对学生的个性化差异，开展“基础+拓展”的数据传输实验。基础实验主要是依据三种数据传输体制的理论框架，完成仿真模型的搭建，能够掌握框架中各传输模块的功能。拓展实验主要是在不同短波信道条件下，能够自主选择传输体制及相关参数。

3.教学手段优化。课程改革之前，短波数据传输模块的教学手段主要以PPT和板书为主，由于在线教学资源不足，实践教学手段缺乏限制了课程教学形式、教学方法的优化。在课程改革中，打造通信仿真实验箱、实装实训实验室等在内的全方位多层次装备助学体系，保证实践教学与部队实装的匹配，加深学生对理论知识的认知和理解，打破理论与应用之间的转化瓶颈。用于实践教学的仿真实验平台具备模块化、可编程、可扩展等特点，涵盖收发信机的核心模块，以及典型的短波信道模型等，可提供多种不同场景下的短波数据传输教学实验。

4.教学资源优化。按照优化后的内容体系，突破传统资源库的概念，对教材、课件、视频、习题、动画、多媒体素材等线上资源进行梳理整合，形成系列微教材、微课件、微视频等精品资源，方便学生利用碎片化时间完成预习打卡和复习巩固。通过建立的微信或QQ学习讨论群，及时解答学生在线上学习中反馈的问题，利用网络信息技术的优势，将学习空间由实体课堂延伸到虚拟课外，教学不再受时间和空间的限制。

（三）思政融入

课程组按照创新理论武装、品德修养培塑、专业精神培育和优良传统赓续四个模块，对课程思政元素进行了梳理构建。在创新理论武装模块以“短波数据传输技术的演进过程”，从模拟到数字，从固定到智能，突出创新思维，强化认知思辨，培塑学生科技强军意识，激发他们的大国自信和爱国热情。品德修养培塑模块以“短波通信装备的研发历程”，从一无所有只能依靠进口，到逆向工程思维，实现零的突破，再到不懈求索，完全自主创新，推动我国短波通信设备达到国际先进水平，突出培养勤于思考、善于钻研、勇于实践的爱岗敬业精神，培塑家国情怀。专业精神培育模块以“第一任职岗位的实例案例”，突出短波通信在我军信息化体系中的可靠通联地位，强调军民应用场景的本质区别，破解生搬硬套的思维理念，激励学生牢记强军目标，强化战备思想和使命担当，形成学科专业特有品质。优良传统赓续模块以“短波通信装备研发中的小故事”为切入点，以王金龙院士、任国春教授等一系列短波研发人员为先进典型。20世纪80年代，由于卫星通信的兴起，其在数据通信速率和质量上具有天然优势，当时短波通信一度陷入低谷，人才流失严重，有人甚至怀疑短波通信存在的价值。在短波通信发展低谷时期，王金龙院士开始从事短波技术研究，30多年如一日孜孜不倦，深入部队一线调研、密切跟踪国际前沿动态，先后研制出国内第一台短波调制解调器样机、我军系列化短波通信装备，为国防通信铸就“永不消逝的电波”。任国春教授在第一台短波调制解调器样机的研发过程中，为了能够检验远距离通信效果，在北方某基地一待就是半个多月，白天跋山涉水采集分析试验数据，脚底板磨得全是泡，晚上挤在筒子楼里打地铺，没有暖气，常冻得瑟瑟发抖。这些生动感人的小故事，能够有效激发学生传承红色基因，铸就无线忠诚的使命感责任感，强化从军报国、无私奉献理想信念，培塑当代军人核心价值观。

（四）综合评价

课程改革前，考核方式主要包括形成性考核与终结性考核两部分，其中形成性考核主要包括课后作业、课堂表现，占比30%，终结性考核主要采用期末考试闭卷测试的方式，占比70%。主要存在的问题在于考核方式不够丰富，考核难度较为简单，挑战度不够。在课程建设过程中，将面向知识、能力与素质目标，依据全程监测、量化客观、突出能力的考评原则，采取多样化手段，建立多维课程考核方式，实施全要素全过程评价，将课堂测试、专题研讨、仿真实验、装备操作、课终考试等所有教学活动均纳入考核评价范围，并结合高阶教学目标，适当提升考核挑战度。

形成性考核方式在课后作业、课堂表现的基础上，新增了课前测试、课堂测试、案例分析、专题研讨与学术小论文、仿真实验报告、装备操作测试等，占总成绩的40%，其中课前测试、课堂测试与课后作业重点考查学生对于基础知识的掌握情况；仿真实验报告与装备操作测试重点考查学生的实践动手能力；案例分析、专题研讨与学术小论文侧重学生专业素养提升，鼓励学生对课程中涉及的相关技术进行自主创新。终结性考核主要指课终考核，采取闭卷笔试，占总成绩的60%。终结性考核不及格的，课程总体成绩视为不及格。考核挑战度主要体现在以下几点。一是课前与课堂测试设置时间限制，在出题上注重知识点的综合运用，增加考查难度。二是从动中通、山中通等典型短波数据传输任务中提炼问题，凝结为技术专题，采用分组竞争的方式，通过“个人+小组”的打分机制，有效提升学生的参与度。三是面向短波数据传输的发展前沿，并结合教员自身科研项目，形成创新课题，难度较大，鼓励学生独立寻找解决思路，撰写科技小论文，提升专业素养。四是在仿真实验与实装操作中，不是考查学生简单的重复实验案例或者操作流程，而是由基础演示性实验向综合性实验、设计性实验及探究性实验转变，通过设置不同的应用场景，激励学生自主思考如何进行参数优化，提升学生的随机应变能力。

四、“现代短波通信”高阶性建设成效

通过不断深化和推进“现代短波通信”课程改革，从教学目标、教学手段、教学资源、考核方式、思政融入等多维度进行课程高阶性建设，极大促进了教师和学生的共同成长和进步。近三年，在教师队伍建设方面，有一名教师入选国家百千万人才工程，并被授予“有突出贡献专家”荣誉称号，一名教师入选军队高层次科技创新工程科技领军人才，一名教师入选军队高层次科技创新工程科技拔尖人才。在学生高阶思维能力方面，指导学生获全军军事建模竞赛一等奖3项，二等奖1项，全国研究生数学建模二等奖6项。在期中与期末学校组织的评教活动中，学生普遍反映：课程的教学内容难度不小，但非常有趣，微视频极大方便了课余时间在线学习。课程教学方式与众不同，以问题为牵引，环环相扣，自主解决问题的能力得到了很大提高。仿真平台的可视化界面与实装操作测试，真正打通了技术原理与实践应用的桥梁，不再是“纸上谈兵”。2021年，“现代短波通信”课程获评大学精品课程。

结语

在“现代短波通信”课程的高阶性建设中，我们感受到：一是要以高阶目标为牵引，培养高阶思维能力为导向，并将立德树人、为战育人的理念贯穿课程高阶性建设的全过程和全要素，这样才能满足新型军事通信人才培养的全新要求；二是要以学生为中心，不断创新优化“线上与线下混合、理论与实践融合”的教学模式，引导学生对知识点进行深层次思考、分析与探究，启发学生的创新思维；三是要注重基础与前沿的深度融合，把握现代短波通信的发展前沿与新兴技术，不断更新教学内容，思考创新优化策略，培养学生的创新发展能力，体现课程教学内容的前沿性与创新性；四是要加强现代化教学手段的运用，使学生从简单重复的动手操作向复杂综合的探究实践转变，才能全面适应岗位任职、装备更新对学生实践能力素质的多维要求；五是要拓展评价方式，实施全要素全过程评价，从知识、能力与素质不同维度对学生进行考核，检验教与学的效果。