新工科背景下“通信原理”课程教学改革与实践探索

方红雨 许耀华 柏娜 王翊

[摘 要]本文以“新工科”为背景，对电子类的专业核心课程“通信原理”从课程体系、教学内容、教学方法和评价标准等环节进行了改革，将“以学生发展为中心”的教育理念贯穿教学全过程，构建理论与实践相结合、教师授课与学生探讨相结合、课堂教学与课外学习相结合、创新实验与科学研究相结合的课程体系，将理论课程、实验课程及课程设计与工程实践、创新设计和教师的科研课题有机结合，引导学生进行探究式学习，在课程体系、教学内容和方法、教学评价以及实践教育等方面进行了改革和探索。

[关键词]新工科；通信原理；课程体系；教学方法；评价标准

电子信息工程类专业的学生必须修读“通信原理”课程，该课程涉及通信系统的基本理论和系统性能，旨在帮助学生更好地掌握和理解通信基本理论和通信系统基本工作原理，从而对通信过程的内涵和发展方向有一个清晰的认识[1]。安徽大学将“通信原理”课程纳入校级精品课程建设项目中，致力于通过整合课程体系、调整教学内容、改进教学方法以及加强企业实践等多方面的努力，来推动通信原理教学改革。我们的目标是通过逐步形成一种全新的通信原理教学模式，推动教学的深入改革，增强学生的实践能力，适应通信新技术的发展，并初步取得一定的成果[2]。本文基于新工科建设和工程教育认证需求，通过将理论课程、实验课程和课程设计与工程实践、创新设计和科学研究有机结合，以教学改革和科学研究为核心，将数字电子技术领域所涉及的最新技术和方法纳入教学内容中。我们在教学中进行了改革和探索，将教师的科研成果、工程设计方法和实际经验纳入课程体系、教学内容和教学手段、教学评价以及实践教育等方面。

一、优化课程系统

教师应坚持以学生发展为中心的教学理念，确立学生成长成才的目标，建立融合理论与实践、线上线下、课堂教授与课外自主学习、创新设计和科学研究的课程体系，充分发挥实践教学的作用，巩固和提升学生对理论知识的理解掌握。培养学生发现问题和解决问题的综合能力。学生可以在课堂上学习如何处理复杂的问题，而简单的问题可以由他们自主学习。鼓励学生进行探究型实验，培养他们独立思考的科学思维能力，以便于发挥科学研究的反哺作用。

二、增加教学内容

教师应坚持以立德树人为导向，贯彻“以学生发展为中心”的理念，将课程思政贯穿教学过程[3]。通过将知识传授、能力培养和价值引领融为一体，结合专业课程特点，全面融入家国情怀、社会责任感和科学方法论等思政元素。我们建立了“通信原理”课程思政案例库，让学生在学习中潜移默化地塑造正确的世界观、人生观和价值观。为了培养学生的科学精神、职业素养和社会责任感，可以在教学案例、仿真验证、课外作业和教学网络平台讨论等环节中加入课程思政的内容，让学生不断探索、追求真理和勇于创新[4]。

为了适应新工科建设的需求，教师应强调科研在教学中的促进作用，扩展和加深课程内容，培养学生的综合能力和灵活思维，使他们能够深度分析和解决复杂问题。教师可以将他们研制的“多功能远程监控与网络通信平台”作为教学案例之一，融入对“通信发展历程”的分析中。将教师参与科研项目的内容融入教学中，可以促进学生对理论知识的深入理解，培养他们解决复杂工程问题的能力。

三、改进教学方法

教学过程的安排被划分为三个环节：课前预习、课中讲授和课后讨论，以确保学生做好课前准备、课中有新的发现和课后进行深入思考。通过综合运用传统教学、验证性实验和课程设计系统仿真等教学方法，促使学生积极参与探究式学习，实现个性化教育。学生通过在相关实验平台上独立完成验证性实验，撰写实验报告和心得，来验证与理论课程配套的实验。学生们可以组成团队来研究和讨论复杂的设计题目，他们需要设计一个仿真实验方案，并撰写报告、进行答辩。教师在这个过程中扮演着引导者的角色，负责提出问题、解释原理、解答难题、评价方案，并总结归纳。而学生则需要分析问题、进行研究思考、分组讨论、设计方案、验证实验，并做出总结性汇报[5]。

四、教学评估体系的重组

根据通信工程专业认证的要求，考虑到本课程的特点，我们设定了课程考核评价环节和权重。课程考核内容包括平时成绩、期中考试和期末考试等。平时的评分包括两部分，即课后作业和随堂测试。作业完成后的检查主要评估学生对课程重要概念的理解程度和掌握情況，鼓励学生改善自身学习中的弱点。每次作业都会分别以百分制进行评分，将各次成绩求平均后作为最终成绩的依据，占总成绩的20%。随堂测试的目的是评估学生对课程重要知识点的理解和掌握情况，同时也鼓励学生改善学习中薄弱的部分。期中考试是闭卷考试，考查的内容包括课程前半部分的基本概念、原理和方法。卷面成绩为100分，根据其在总评成绩中的权重为20%，将其计入课程总评成绩中。期末考试的成绩是总评成绩的一部分，通过将卷面成绩乘以总评成绩的50%来计算课程总评成绩。考核的内容包括对课程基本概念和基本知识的掌握程度的考查，还需要考查学生综合运用课程所学知识进行分析和系统设计能力的表现。不仅测试各个单元的知识点，还要测试应用基本原理和方法分析以及解决工程问题的能力[6]。

课程综合评定方式包括平时表现、期中考试和期末考试。课程考核的出题工作由课程负责人进行审核，以确保考题既包含了相关知识要求，也能体现出学生的能力要素，并且与课程目标所要求的能力要素保持一致，与教学内容相适应。本报告对于通信工程专业2020级学生56人进行了评价，并进行了合理性分析。

课程目标1的考核方式涵盖了平时成绩、随堂测试、期中考试和期末考试，这四种考核方式能够全面评估学生对通信的概念、通信系统基本原理、通信系统质量指标、通信信道特性以及它们对通信性能的影响、模拟信号和数字信号处理等基础知识的学习和应用情况。

课程目标2的考核方式包括平时成绩、随堂测试、期中考试和期末考试。这四种考核方式可全面评估学生对于模拟调制原理、模拟通信系统性能评价指标、模数变换基本概念、接收端信噪比对解调性能的影响以及频分复用等复用技术在通信系统中的综合应用等方面的理解和应用情况。这样的考核方式是相对系统且客观全面的[7]。

课程目标3的评估包括平时成绩、期中考试和期末考试，这三种评估方式能够全面客观地反映学生对模数变换、数字通信原理、数字通信系统性能评价指标以及码间串扰的成因与解决方案等知识的掌握情况，并在一定程度上提升学生在数字基带传输和数字调制系统中分析问题和解决问题的能力。

这门课程的考核方式包括平时成绩、期中考试和期末考试，这三种方式能够全面考核学生对数字通信系统相关知识的理解情况，重點考核学生对简单二进制调制系统、正交幅度调制和正交频分复用原理的掌握，并且以5G、物联网、云计算等领域的通信编码应用作为背景，着重考查学生在系统分析和解决复杂工程问题方面的能力水平。

平时成绩的评定标准包括两次随堂测试和平时作业，其中涵盖了课程目标1、2、3和4，这部分成绩占总评成绩的30%。其中随便测验占10%，正常家庭作业成绩占20%。平均课程目标达成率为78.9%，超过了预期目标的60%，符合教学要求。其中，四个课程目标的达成率分别为86%、82%、77%和78.9%，该课程所支撑的各个毕业要求指标点都达到了期望值。本次课程进展顺利，然而，课程目标1、2、3和4分别有2人、4人、6人、5人未能达到预期水平。

五、强化实践教学

实践课程在内容方面实现了模块化、层次化和多样化。大多数基础实验都采用了现场推荐的实验教学方法。实施设计性实验教学，采用开放式自主实践教学方式。学生自主学习和勇于探索的积极性得以激发，课程设计的总体目标在创新研究性实验中得以体现，方法可以是参与教师的科研项目或学生自主选题。

改进实验教学手段，结合仿真实验和实际实验，提升实践教学效果。我们要求学生掌握至少一种仿真软件的使用方法，以便于在实验中充分而灵活地应用它，实现软硬结合，掌握通信系统的设计方法。由此，学生可以从基础验证性实验过渡到综合设计性实验，从传统型实验迈向创新型实验，以提高他们的实践能力和创新精神。根据“学科竞赛与学术活动相结合、科技创新和科研实践相结合、成果转化与育人成才相结合”的原则，我们进行科技创新活动和工程应用研究，以培养学生的实践能力和创新精神，使他们能够全面掌握通信系统设计过程中涉及技术选项、方案论证、性能设定、系统测试、总结报告、文档整理等环节的功能和要求，并充分发挥他们的自我主动性和创造力。

通信原理课程设计是该课程中具有实践性的重要教学环节，也是教学改革的重要手段之一。为了进一步巩固课堂上学到的理论知识，在进行了相关理论课程教学的基础上，我们除了开设与课程内容相匹配的“通信原理”实验外，还增设了“通信原理课程设计”项目。通过使用系统仿真，学生可以更直观地理解不同通信系统的组成，进一步区分模拟通信和数字通信的性能差异，了解通信系统发射端信号的形成以及接收端信号的解调，还可以学习有关通信过程中信号传输质量的保证和检测等相关知识。这样做，可以提升学生解决实际通信工程问题的能力，并在课程设计过程中培养学生正确的工作态度、良好的工作作风以及增强团队协作意识。通过符合相关专业工程教育专业认证要求的课程设计，进一步明确了课程设计目标，并培养学生的一系列能力。

（一）以小组为单位，通过查阅相关文献资料，对所选课题进行细致的分类整理和仔细研读，从而更深入地了解和领会通信技术的发展背景、脉络以及当前的发展状况。对于这个问题的解决方案，我们可以提出一些可行的方法，并对这些方法的可行性进行合理的论证。

（二）课程设计要求学生掌握相关的通信系统仿真软件（例如Proteus、MATLAB、Python）和硬件平台的运用，能够独立完成简单的题目并与他人合作完成综合设计题目。同时，要求学生能将所学的理论知识应用于课程设计过程中遇到的问题的处理和结论分析中，并对研究对象进行正确、系统、合理地分析和总结。学生通过编写课程设计报告，不仅了解了程序流程图的绘制方法，掌握了科技论文的写作规范，还为未来的科学研究和毕业设计打下了坚实基础。

（三）通过查阅课程设计过程中的文献资料，让学生更深入地了解目前通信与信息行业的就业市场需求和当前通信专业的前沿技术，以便于逐步明确自己的专业目标和研究方向。通过学习课程设计报告的撰写、PPT制作和答辩陈述等，可以培养学生准确表达的能力，提高学生严密的逻辑思维能力，同时也能够让他们在团队合作和人际沟通方面有所提升。

（四）将“在课程设计中融入思政元素，使学生在‘润物细无声的知识学习中，塑造正确的世界观、人生观和价值观”改写为：通过将思政元素融入课程设计，使学生在知识学习的过程中，潜移默化地培养他们拥有正确的世界观、人生观和价值观。教学环节涵盖仿真验证、课外作业和教学网络平台。要教导学生具备不断探索、追求真理和勇于创新的科学精神，同时培养他们以严谨认真的职业素养和社会责任感作为基石[8]。

结束语

在“新工科”背景下，我们对“通信原理”课程进行了全面改革，从课程体系、教学内容、教学手段、评价方案、实践课程和创新性等方面入手。实践证明，坚持以学生发展为中心的教育理念，将新工科建设要求贯穿到教学过程中，不仅加深了学生对理论知识的理解，提升了他们解决复杂工程问题的能力，还全面提高了他们实践能力和创新意识。在教学过程中融入思政元素，使学生能够在知识学习中塑造正确的世界观、人生观和价值观。

参考文献

[1]陈晓明，王君，刘丽等.“新工科”建设背景下地方高校实践教学改革探索研究[J].工业和信息化教育，2022（1）：6-9.

[2]南利平，李学华.通信原理简明教程（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2014.

[3]王丰晓.课程思政理念下高校工匠精神培养研究[J].高教学刊，2019（9）：148-150.

[4]卢毅，王申.基于“新工科”背景的通信类课程 教学改革[J].西安电子科技大学学报（社会科学版），2019，29（2）：136-140.

[5]颜文燕，陆汝华.新工科背景下通信类专业金课建设探索[J].中国教育技术装备，2020（12）：52-53，58.

[6]王晶.普通高校电子通信类专业基础课程的教学改革与探索[J].高教学刊，2017（6）：109-110.

[7]方红雨，常静，许耀华等.“新工科”背景下通信工程专业实践教学课程的探索与实施研究：以“通信原理课程设计”为例[J].工业和信息化教育，2023（3）：16-20.

[8]郭大成.以素质教育引领高校人才培养的思考[J].中国高等教育，2011（Z3）：12-15.

作者简介：方红雨（1968— ），女，汉族，安徽绩溪人，安徽大学集成电路学院，高级工程师，硕士。

研究方向：信息与通信工程。

许耀华（1976— ），男，汉族，安徽怀远人，安徽大学集成电路学院，副教授，硕士。

研究方向：互联网大数据。

柏娜（1982— ），女，汉族，安徽霍山人，安徽大学集成电路学院，副教授，博士。

研究方向：集成电路设计。

王翊（1988— ），男，汉族，安徽池州人，安徽大学集成电路学院，讲师，博士。

研究方向：集成电路设计。

基金项目：安徽省教育厅2020年省级质量工程项目“新工科背景下课程思政在通信原理教学中的探索与实践”（项目编号：2020sjjd110）；安徽大学2022年校级质量工程项目“线下课程——通信原理”（项目编号：2022xjzlgc156）；安徽大学2023年校级质量工程项目“新工科背景下集成电路类专业‘通信原理课程教学改革研究”（项目编号：2023xjzlgc262）。