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通信原理课程教学改革的探索与实践
来源:  时间:2014-07-24 21:21:39  点击数:

通信原理课程教学改革的探索与实践

张水英 徐伟强

(浙江理工大学信息学院,浙江省杭州市310018

  要:为培养和提高学生实践创新能力,针对通信原理课程传统教学中存在的一些问题,提出对通信原理课程教学内容、实践内容和教学手段进行改革。教学内容力求简洁、高效、与实践紧密结合;实践教学力求深挖学生潜能;通过各种教学手段的运用,力求把“以教为主”的教学模式转变为“以学为主”的教学模式。通过几届学生的实施,取得较好效果。

关键词:通信原理;教学改革;教学内容;实践教学;教学手段;

中图分类号:O451

1.引言

通信原理课程是通信类专业和信息类专业的必修主干专业基础课程,也是许多学校通信类专业研究生入学考试的必考科目之一。浙江理工大学自1999年开始招收电子信息工程专业学生后就开始设置通信原理课程。笔者自2005年开始对该课程进行重点建设,2007年开始对该课程进行精品课程建设,2008年该课程被列为浙江省精品课程建设目录。经过多年的课程建设与教改研究,笔者发现通信原理传统教学过程中存在一些问题,为了解决这些问题,笔者对该课程的教学进行了改革,最主要的改革体现在教学内容、实验内容及教学手段三个方面。

2.通信原理传统教学主要问题

2.1 教学内容问题

经过十几年的通信原理理论教学和实践教学探索,总结发现传统教学内容上主要存在以下两方面的问题。

1)内容多而繁琐,课堂效率不高

通信原理早期教学内容参照由樊昌信等编著的、由国防工业出版社出版的《通信原理》和由曹志刚等编著的、由清华大学出版社出版的《现代通信原理》等这些经典的、优秀的教材。但受“重基础、淡专业”的教育改革思想影响,各高校都在不断压缩专业课的时数。以上这些优秀教材在这样的形势下,显示出一些局限性,比如:数学推导繁琐;分析与计算的例子过少;教材篇幅过大;有些内容与其他课程重复等等。

2)理论与实践分离,不利于实践创新能力培养

通信原理是一门理论性和实践性都比较强的一门课。如果要将学生所学的理论知识转化为实践创新能力,唯一的有效途径就是通过实践,但是传统的通信原理教学模式基本上将理论教学与实践教学进行割裂。

传统的通信原理课程结构的特点是以理论体系为主线,配合以实验、课程设计等实践环节来培养学生的实践能力。其理论教学和实践教学两条线,处于分离的状态,先理论,后实践。

由于实践常常需要理论作为指导,因此先理论,后实践的传统教学模式有其合理性。但是此教学方式使学生在学习理论知识时缺乏感性认识,以讲授理论知识为主的课堂教学常常使学生感到枯燥乏味,因而对该课程的学习不感兴趣。而缺乏理论指导的实验、实训又使学生感到茫然,其结果是实验、实训流于形式。

基于以上两方面的问题,对教学内容的改革势在必行。

2.2 实践内容问题

通信原理课程早期实验都是硬件验证性实验,学生只需要用示波器观察实验箱上的测试点波形来验证原理性知识,不需要任何设计性工作,因此无法培养学生实践创新能力。另外,学生在其他课程学了各种电路设计技术,比如MATLAB系统仿真技术、单片机系统设计技术、FPGA电路设计技术、DSP系统设计技术等,但学生无法将这些技术与通信技术联合起来。对学生来讲,犹如背着一大袋工具,但不知该如何使用这些工具,也不知该把这些工具使用到哪里。因此,笔者们对通信原理实验内容进行改革,将其他课程与通信原理课程联合起来,让学生用这些技术来设计通信系统。

2.3 教学手段问题

通信原理传统教学模式是一种以教师为中心,以课堂面对面的授课为主的教学模式,在这种模式中,教师通过语言、板书和形体动作向学生传授知识,师生间情感的直接交融所具有的亲和力是其它任何教学方式都难以达到的。但通信原理课程是一门公式和推导相对较多的学科,黑板式的单一教学手段,使教学过程中,教师的板书占用时间太多,课堂的有效时间减少,信息含量低;另外,通信原理教学中的某些知识点很难用传统教学模式口述清楚,很难直观形象地表达出来,如各种通信系统中经调制后的各种信号波形图和信号频谱图等。因此,很有必要对课程教学手段进行多方位改革。

3.通信原理课程教学改革途径

3.1 教学内容改革

通信原理课程的教学大纲规定,要求学生掌握通信系统的基本原理,牢固掌握通信系统的方框图及各方框图的输入/输出之间的关系,使学生具有深入研究和掌握现代高新通信技术与理论分析的能力。为了达到这个要求,笔者反复研究经典教材,博览相关专业资料,开阔思路,从而决定对通信原理教学内容重点作以下两方面的改革。

1)精选理论教学内容

通过分析相关课程高频电子线路、信号与系统、数字信号处理、随机信号分析等课程的教学内容,再根据通信原理课程学时(56学时理论教学+8学时实验),然后反复研究经典教材内容,从中精选出通信原理理论教学主讲内容,合理舍去那些相对次要的、与相关课程重复的、公式推导比较繁琐的一些内容。例如,经典教材中有关随机信号分析的内容已在相关课程“随机信号分析”中讲解,因此,在通信原理课程中只需介绍相关结果;再如,模拟通信系统中的调幅、调相和调频技术在“高频电子线路”课程中已讲解,因此,在通信原理课程中对模拟调制技术只作简单讲解。还有,经典教材中有关数字信号最佳接收方面的内容会在数字信号处理课程中涉及一部分,再考虑通信原理课程的学时比较紧张,因此,这部分内容在本课程也只是稍作介绍。另外,在传统教学中,往往将模拟信号数字传输放在数字基带传输和数字频带传输之后,但笔者经过多年的实践,发现把模拟信号数字传输放在数字基带传输和数字频带传输之前更有连贯性、更接近于实际的通信系统。经改革后的通信原理教学内容将包括以下八章内容:绪论、信道与噪声、模拟调制系统、模拟信号数字化传输、数字信号基带传输系统、数字信号频带传输系统、同步原理、信道编码。

2)用Matlab/Simulink仿真理论内容

目前比较提倡将理论学习与实践同步进行,即将教师“教”的内容、学生“学”的内容与学生“做”的内容合为一体。通过教师的“教”与学生的“学”,让学生先理解理论知识要点,随后,学生马上通过自己的“做”彻底理解、巩固相关知识,从而提高教学实施的效果与效率,迅速提升学生实践创新能力。基于这个目的,笔者在讲完理论知识点后,会接着介绍用Matlab/Simulink去设计、仿真这些理论知识,随后布置类似设计任务。与八章理论教学内容相对应的Matlab/Simulink相关内容分别为:(1Matlab/Simulink系统建模与仿真基础;(2Matlab/Simulink简单通信系统建模与仿真;(3Matlab/Simulink模拟通信系统建模与仿真;(4Matlab/Simulink PCM 串行传输系统建模与仿真;(5Matlab/Simulink数字基带传输系统建模与传真;(6Matlab/Simulink二进制数字频带传输系统建模与仿真;(7Matlab/Simulink载波同步建模与仿真;(8Matlab/Simulink信道编码建模与仿真。

通过Matlab/Simulink仿真的方式,让学生对理论知识有了感性认识,同时,也为后面的实验、课程设计作充分的准备。

3.2 实践内容改革

通信原理课程早期实验主要是2FSK2PSKPCM等几个典型的验证性实验,主要服务于验证理论结果,实验时,学生处于被动地位,积极性不高,实验效果也不好。因此,笔者对应于八章理论教学内容,开发出八个基于MATLAB/SIMULINK仿真平台的设计性实验。在做课内实验时,教师先下发实验目录,然后分别介绍设计任务和设计过程,由学生根据之前所学知识,通过查阅资料,独自设计初步方案、计算实验参数,再在MATLAB/SIMULINK软件平台仿真设计效果,如果效果不理想,可修改实验参数。

在课程设计阶段,为了让学生对通信系统有更深刻的理解,要求学生在Simulink平台上设计MFSK系统和MPSK系统,并对系统从以下四个方面进行深入分析。1)二进制数字键控传输系统性能的比较:在高斯白噪声信道条件下,对2ASK2FSK2PSK系统进行性能分析比较。2BFSK在不同信道下的误码率性能比较:在高斯白噪声信道条件下和在多径瑞利衰落信道条件下,对2ASK系统进行性能分析比较。3PSK在信道编码后和未编码时误码率比较:对进行Hanming编码的2PSK系统和未进行Hanming编码的2PSK系统进行性能分析比较。4MFSK在不同进制中的误码率曲线比较:在高斯白噪声信道条件下,对2FSK4FSK8FSK16FSK32FSK系统进行性能分析比较。要求比较结果通过Matlab语言编程画图,用图形化的形式呈现出来。

整个课程设计过程自始至终由学生独立思考、设计、仿真、调试、修改等,加强了学生实验能力的培养,同时又能让学生充分发挥聪明才智,培养了学生实践创新意识和实践创新能力。

3.3 教学手段改革

教学手段是完成任务、实现教学目的的重要教学媒体。经过多年课程建设,笔者积累了以下几种教学手段。

1)构建精品课程体系:充分利用现代化教学手段,以《通信原理》教材建设为核心,构建包括《通信原理》纸质教材、通信原理网站、通信原理多媒体课件等内容的精品课程体系。

2)制作生动活泼的多媒体课件:利用多媒体技术和Matlab/Simulink仿真技术制作课件,去除课堂教学中的人工板书和图表绘制,达到直观、省时、高效的目的。

3)将仿真实验硬件电路实验课程设计毕业设计等实践环节和理论教学有机地结合,通过感性认识加深理性认知。

4)建设通信原理教学网站:网站内容可动态修改、添加。主要栏目有:教学大纲、进度安排、电子教案、电子课件、在线学习、实践教学、习题作业、相关资源、在线自测、交流园地。

5)架构多种互动方式:学生不但可在课堂、课间与老师交流,还可通过电话、E-mailQQ群、网站上的交流园地等方式与老师沟通。

通过以上几种教学手段的综合运用,将通信原理课程中较难掌握和理解的重要知识点,形象生动地展现出来,从而使学生对所学知识的理解更加透彻,并使学生熟悉和了解计算机辅助分析和设计的方法,开阔学生的思路、视野,提高学生的兴趣和热情。

4.结束语

通信原理课程教学改革的目的是在教学内容上力求简洁、高效、与实践紧密结合;在实践教学上,充分重视学生的主动性与创造性,力图深挖学生潜能;在教学手段上,力求把“以教为主”的教学模式转变为“以学为主”的教学模式。通过几届学生的实施,取得较好效果。

参考文献

[1]    樊昌信等编著.通信原理[M].北京:国防工业出版社.2001

[2]    曹志刚,钱亚生.现代通信原理[M].北京:清华大学出版社,1999

[3]    张水英,徐伟强编著.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京:人民邮电出版社.2012

[4]    张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报.2003(5):12-14

作者信息:

张水英:1969.01、副教授、浙江省杭州市浙江理工大学信息学院、zsy690106@126.com

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