应用型本科的通信原理课程线上线下混合式教学探究

罗荣华 张才华 程晨

摘要：本文基于应用型本科高校建设标准及工程教育认证理念，以学生为中心的产出导向，探讨了通信原理课程线上线下混合式教学模式及教学评价方式的改革思路和措施，通过改进现有的混合式教学模式和评价方式，激发学生的学习兴趣和主观能动性，培养学生将理论与实践相结合，提升他们分析解决问题的能力。

关键词：应用型本科；工程教育认证；混合式教学

一、课程改革背景

根据应用型本科高校建设的标准，应用型高校应当培养适应未来市场需求的专业人才，其中，专业核心课程应当有效对接企业核心技术标准，教学内容要紧跟行业发展，课堂教学改革要突出“学生中心”产出导向[1-2]。同时，工程教育认证作为一种国际通行的工程教育质量保障制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确保工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。应用型本科高校和工程教育认证均是以提高工程人才培养质量为核心教育目标。近年来，应用型本科高校也将工程教育认证理念作为办学的一个重要的标准[3]。

通信原理课程作为高等院校通信工程专业重要的专业核心课程，能够让学生了解通信的基本概念，掌握通信系统的基本结构和通信技术（如通信信号的分析、调制、解调、信源编码、信道编码、 最佳接收及同步等）的工作原理，以此为通信专业后续课程的学习打下坚实的基础。通信原理课程具有理论性强、概念抽象、内容丰富等特点，对各门数学课程的基础知识要求较高（如高等数学、随机过程、复变函数、概率论等）[4-6]。因此，在学习本课程的过程中，学生常常感觉较为吃力，容易丧失对本课程学习的兴趣。

应用型本科高校应当根据办学标准，结合工程教育认证理念，在通信原理课程的授课中，改善学生对课程的学习体验，让传统课堂的填鸭式的“教”为中心转变为以学生的“学”为中心。近年来，线上线下混合式教学作为一种能够发挥学生的学习主观能动性且体现以学生为中心的教学模式，得到了大力研究和推广[3]。但是，在执行该教学模式的过程中，仍然面临着如下几个方面的问题：

（1）线上教学视频经过教学团队的前期准备（包括授课PPT、讲课脚本等的编写）、录制视频、后期制作、教学平台中的相关教学资源（教案、教学PPT、作业库、试题库）的开发和录入、教学平台的维护等，耗费了教师大量的精力和心血。然而，通过调研线上线下混合式教学模式试验，发现相比传统的纯线下教学模式，虽然混合式教学模式已在高校试验多年，但是线上的教学资源并未得到充分利用，其在教学中发挥的作用较为有限。

（2）学生在学习通信原理课程的过程中，实践与理论相脱节的问题较为突出。在学习完理论课程之后，在后续的实践课程如通信原理实验和通信原理课程设计中，学生通常无法将实验现象跟理论联系起来进行分析，在大四的毕业设计环节，此种情况更为明显。经过对本校的通信工程专业学生和授课教师进行问卷调查，发现教师反映在各种与通信系统、通信算法设计相关的毕业设计课题中，学生无法将所学的通信原理知识点与毕业设计课题的内容联系起来进行分析，导致学生做毕设课题较为吃力，教师带教学生的过程也较为艰难。

（3）无论是线上还是线下教学环节，都涉及大量的公式推导，尽管教材的各章节都会得到很多结论，但是这些结论需要通过数学建模和运用各种数学知识进行理论推导而得到。在授课过程中，如果教师将太多的时间和精力放在推导公式上，对于数学基础稍弱的学生来说，很难在课堂上紧跟教师公式推导的过程并现场理解，这将打击学生的学习信心，导致学生因为感觉课程枯燥乏味而影响学习效果。

（4）在通信原理的课程考核方式中，通常线下教学所占比例为70%—80%，而线上教学环节所占比例较小。虽然授课教师布置了很多线上教学环节要求学生完成，但学生并不会有足够的重视，大多学生会敷衍了事，导致无法充分发挥线上教学在教学过程中的作用。

二、改革举措

基于上述问题，通信原理课程教学团队拟从以下几个方面探索线上线下混合式教学模式的改革方案：

（一）将线上资源与线下课堂进行充分融合

以中国大学MOOC平台为例，平台上有很多资源和授课环节是可以被充分利用起来的。一般情况下，受到授课时间的限制，教师主要利用平台上的授课视频、单元作业和阶段测试环节。然而，MOOC平台还可以被用于短时测验和在讨论区发布论题等，这些都可以作为检测学生学习效果的手段。通信原理课程内容众多，通常高校为该课程设置64个学时，理论教学时长是非常紧张的。因此，教师需要充分地利用线上教学资源，让学生利用课下时间在线上进行充分地预习，而预习效果则可以采用随堂测验的方式来进行检验。在每一次授课结束后，教师可以要求学生认真复习，并利用随堂测验和发布讨论题的形式来检测复习的效果。通过这种方式，在线下课堂上，教师就可以集中精力讲解重点和难点的内容。

由于随堂测验的形式非常灵活且操作简单，在线下授课的过程中，教师可以利用线上平台的随堂测验，灵活地选择各式各样的试题对学生进行短时间的测试，以此精准、及时地了解学生对于所学知识点的理解程度，从而帮助教师及时调整课程内容。

（二）加强理论与实践的相互融合

为了将实践与理论深度融合，加强对知识点的理解，教师应当充分利用实践课程中获得的实验结果，将其放在线上和线下的授课内容中。例如，从软件无线电和通信原理实验箱等软硬件实验设备中，教师可以得到各种通信系统传输过程中产生的实验结果，这些结果可以被提前用于理论课堂。在讲解QAM调制解调原理时，教师可以将理论上的波形与实验中获得的实际波形进行对比讲解，也可以将实际仿真中加入了噪声和频率偏移得到的星座图用于课堂讲解，如噪声会导致星座点发散、頻率偏移会使星座点发生旋转等，以此让学生更加直观地了解各种影响通信系统的因素，进一步加强对理论的理解。由于有了前期理论教学的基础，在后续的实践环节，学生也更容易将各种实验现象与理论相结合，并在此基础上采用有效措施改进系统，从而进一步加强学生解决实际工程问题的能力。

（三）弱化数学公式推导过程

通信原理课程内容与各种数学知识联系紧密。以曹丽娜等主编的《通信原理》第7版教材为例：所有章节均会用到高等数学作为理论推导的工具；第3章和各种数字传输系统中的抗噪声性能分析会用到随机过程的知识；第1章中的信息及度量、第4章中的信道容量、第9章等部分内容均会用到概率论的知识；而第11章和第12章会用到矩阵论和线性代数的相关知识；此外，所有章节中涉及频域分析的部分均会用到傅里叶级数和傅里叶变换的知识。由于本课程包含大量的数学公式推导，容易导致数学基础稍弱的学生在学习过程中因为不能及时跟随授课教师的讲课节奏而无法理解各种结论，从而对本课程产生厌倦的情绪，这将极大地影响本课程授课的效果。

那么如何解决课程中数学公式推导太多的问题呢？由于课堂时间非常有限，如果公式推导部分占用太多课堂时间，一方面，教师很难在有限的教学时长内完成课程进度规定的教学内容；另一方面，学生更容易将注意力更多地放在公式推导部分，却忽视了理解调制解调原理和各种结论的物理意义。这对于通信原理这门课程而言，无异于捡了芝麻丢了西瓜，会导致授课的效果大打折扣。因此，教师需要在有限的课堂时间帮助学生理解通信系统的工作原理和各种结论的物理意义。

例如，在讲授“离散信道容量”这一部分内容时，教师可以重点讲解信道容量的概念：它是每个符号能够传输的平均信息量的最大值或者单位时间内能够传输的平均信息量的最大值；而符号在信道传输的平均信息量从物理意义来讲是发送x前接收端对x的不确定程度（即x的信息量）减去收到y后接收端对x的不确定程度；在理想情况下，x在经过信道后，收到y后接收端不应该再对x有任何不确定；但是在实际情况中，因为信道的特性不理想，导致x在传输的过程中有信息量损失，收到y后接收端会对x有不确定。至于x的信息量和收到y后接收端对x的不确定性（即经过信道后损失的信息量）的计算都需要利用概率论的基础知识来进行推导。但是，这个推导的详细过程无须放在课堂上来讲解，学生可以利用课下的时间自行完成整个过程的推导，并且有利于学生加深对于本知识点的理解。

又例如，在讲解数字基带传输和带通传输系统的性能分析部分，教师会利用大量的概率论以及高等数学中的积分运算进行公式推导，虽然这些公式的推导过程对于获得最后的误码率表达式具有重要的作用，但是如果教师一味地将大量精力放在推导数学公式上，很容易让学生感到枯燥乏味。因此，教师应该更多地讲解性能分析包括哪几个重要的步骤，当需要分析新的通信系统性能时，引导学生思考该从哪些方面对系统性能进行分析、如何进行分析以及采用哪些步骤可以得到最终的结果。此时，数学只是作为性能分析的工具，而非主角。

（四）加大线上教学在课程考核中所占比例

上文提到要将线上教学资源与线下课堂进行更加充分地融合，那么线上教学就需要设置更多的环节让学生主动参与学习过程。为了更加合理地考核学生的学习效果，教师需要在期末考核中加大线上教学成绩所占的比例。然而，从现实情况来看，虽然本课程增加了很多线上教学环节，但是其考核比例并没有明显提高，导致学生仅仅为了应付教师布置的任务而机械地完成各个环节，无法充分调动学生的学习积极性，也达不到理想的教学效果。

基于此，本校尝试在期末考核中将线上教学的考核比例由原来的20%提升到30%，以此促进学生重视线上学习。经过两轮教学尝试，发现与之前相比，此种改革方案有效激发了学生参与线上学习的积极性。为了得到更好的成绩，学生会利用线上资源进行更加充分地预习和复习，而不仅仅是敷衍了事，并且也会更加认真地对待随堂测验和章节作业。这种方式不仅促使线上资源得到充分利用，而且授课教师也会有更大的热情和更高的积极性对现有的线上教学资源进行丰富、改进和完善，使得教与学都能够起到良性循环的作用，并达到更好的教学效果。

三、结束语

通信原理课程运用上述提出的教学改革方案完成了三轮线上线下混合式教学，发现从学生的理论基础（通过理论课程的考核成绩来观察）、实践动手能力（从实践课程的考核成绩）、理论与实践相结合的能力及学生的分析和解决问题的能力这几方面来看，其教学效果均优于纯线下教学模式。在此过程中，教师在授课中的教学体验得到了较大改善，同时学生在学习过程中的积极性也得到了很大地提高。从学生评教数据可知，教学团队教师的评教分数逐年得到提高，平均分从92.2提升到96.7，这也充分说明了学生对该课程的教学满意度较高。此外，根据该专业学生以通信原理作为考研科目的研究生入学考试的统计结果来看，考研成功率也逐年提高，从2020年的20%提升到2022年的26.7%；同时学科竞赛获奖率也得到了提高，从46%提升到62%，这些都充分说明了该课程教学改革的成果较为显著。2022年，该课程被评为校级科教融合课程；2023年，被评为校级一流本科课程，因此该课程在专业课程建设中发挥了较好的示范作用。

作者单位：罗荣华 张才华 程晨 金陵科技学院网络与通信工程学院

参考文献

[1]吴韶波，李学华，杨玮，等.“五位一体”融合式教学初探——以“通信原理”课程为例[J].物联网技术， 2022（9）：145-147.

[2]唐晓，李立欣，林文晟，等.分进合击的“通信原理”教学改革探索[J].工业和信息化教育， 2023（10）：61-65.

[3]朱永梅，唐文献.面向工程教育认证的实践教学模式的研究与实践[C]//Singapore Management and Sports Science Institute，Singapore.Proceedings of 2015 3rd International Conference on Social Science and Humanity（ICSSH 2015）.江苏科技大学机械与动力工程学院;，2015：5.

[4]黄凌霄.基于SPOC的数字通信原理线上线下混合式课程教学改革[J].曲靖师范学院学报， 2023，42（3）：98-102.

[5]张燕.线上线下结合的SPOC教学模式研究——以通信原理课程为例[J].学园，2019，12（11）：61-62.

[6]常波，尹晓琦，王海燕，等. 通信原理线上线下混合式一流课程建设研究与实践[J]. 高教学刊， 2023，9（25）：30-33.

基金項目：江苏省现代教育技术研究课题—后疫情时代基于知识图谱的混合式教学模式研究（2022-R-102058），金陵科技学院校级教育教改项目—“后疫情时代”混合式教学模式常态化应用研究——以金陵科技学院《通信原理》课程为例（JYJG202126），教育部产学合作协同育人项目—“通信原理”课程混合式教学模式实践与探讨-以能力输出为导向（220804988200601），江苏省现代教育技术研究项目—MOCC视阈下基于“课程管理”的教学管理模式创新（2019-R-79708）。

罗荣华（1980-），女，汉族，湖北荆门，博士，副教授，研究方向：高校线上线下混合式教学模式及产教融合协同育人模式的研究。