新兴本科院校通信原理课程多维教学体系的建构

摘 要:作为电子信息类各专业的专业基础课程,通信原理课程体系的建设必须兼顾理论与实践,正确处理理论性、系统性、工程性之间的关系。尤其对新兴本科院校来说,遵循本课程教学的基本特点和规律,创建多维教学模式,加强理论教学的针对性,立足校情完善实践教学条件,突出实践能力和应用能力的培养,促进知识向能力的转化,是提高通信原理课程教学质量的关键。

关键词:通信原理 工程实践能力 新兴本科院校 课程教学体系

中图分类号:G420文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)02(b)-0036-02

1 通信原理课程教学特点

通信原理是通信工程、电子信息工程、电子科学技术等专业的必修课程,也是一门重要的专业基础理论课程和研究生入学考试课程,旨在培养学生了解和掌握现代通信系统的基本知识、基本原理和基本分析方法。该课程是电信类学生普遍公认的比较难学的课程之一,大多数学生在学习中感觉有较大的难度和压力,有些甚至无所适从,很多学生在学完之后总感觉思路不清晰,重点不突出,内容很繁杂,难以把握,心中没底。对新兴本科院校来说,由于大多数学生基础知识比较薄弱,学习的积极性不是很高,教师教学往往也具有一定的难度。因此,作为教师,应当首先加强引导,全面阐述本课程的学习特点,提供有效的学习手段和学习方法,摸索适合特定对象的教学规律,加强教学的针对性。从学习的角度看,通信原理课程在教学中存在如下特点。

1.1 应用的基础知识多

要学好通信原理这门课程,需要具备三方面基础:工程数学(概率论、数理统计、随机过程)基础、电路(模电、数电、高频)基础、信号与系统基础。通信系统中的信号和噪声都认为是一种平稳随机过程,采用随机信号分析方法确定系统可靠性指标(误码率),这种方法贯穿于整个课程的学习当中,这是学习通信原理的精髓。对系统的设计,实质上是一种信号设计,在信号与系统课程中学习过的时频分析法在通信原理的学习中将进一步得到应用和深化,这是学习通信原理的重点。原理的实现最终还是要依托电路,通过电路实现进一步加深对原理的认识,同时提高工程实践应用能力,这是学习和掌握通信原理课程的关键。

1.2 知识面广,系统性强

学习通信原理,实际上是学习通信系统的原理。通信系统种类繁多,技术全面复杂,而通信原理只涉及所有系统中所共有的基本部分,因此,学习通信原理首先要有整个系统数学模型的概念。通过该模型,透彻理解系统中各个模块的功能及指标,掌握整个系统中信号流程及基本变换关系,从而全面把握整个课程的知识体系。

1.3 理论性强,数学推导与物理概念并重

通信原理中的数学推导很多,这意味着要记忆的公式和结论很多,但是这种记忆一定是在理解的基础之上,也就是说,这些结论和公式一定要结合物理概念来理解,两者并重,缺一不可。没有必要的数学推导,就不可能对物理概念有全面深入的理解,但数学推导不是目的,它只是一种手段或者方法,目的是加深对物理概念的理解。比如数字通信系统中的码间串扰现象,首先要理解码间串扰的物理概念,它指的是前后所有其它码元对当前码元抽样值的影响,然后通过定量分析得到码间串扰的精确数学表达式为,再通过该表达式从物理上理解码间串扰的大小取决于基带系统的传输特性,从而明白应该怎样构建合适的基带特性来着手消除码间串扰。

1.4 工程性强,理论和实践结合紧密

课堂教学注重知识的讲解传授,使学生由感性认识上升到理性认识的高度,最终运用理性认识去解决实践问题,达到知与行的统一。通信原理的理论只有应用于实际工程实践当中,学会应用所学的理论知识分析解决具体的工程应用问题,才是理论教学的根本目的所在。因此,通信原理课程的教学,绝不是单纯的理论教学,而应该采用多维的教学手段,将理论教学、课堂仿真、课程实验有机地结合起来,有条件的学校还应该再结合项目设计与生产实习,强化实践教学,促进知识向能力的转化。

1.5 内容新颖,技术更新快

信息通信技术的发展日新月异,新技术层出不穷。在通信原理课程教学中,还应关注本领域学术前沿,跟踪新技术的发展,这对教师也是一种要求和提高。

2 新兴本科院校通信原理教学面临的主要问题

目前在国内,新兴本科院校的数目占中国本科院校约1/4强,这些高校一般都开设了通信原理课程,采用的教材基本自成体系,水平参差不齐,内容各有侧重,不少学校也建有相关的学习网站。由于受实践教学时间短、理论教学经验欠缺、专业建设经费困难等诸多因素的影响,总的来说,存在着下述几方面的问题。

2.1 理论教学封闭,自主性、随意性大

造成这种现象有很多原因,其中教材是一个重要因素。目前国内用得较多的版本是西电樊昌信教授和清华曹志刚教授编写的两种教材,毫无疑问,这些教材在理论上阐述系统而深刻,对理论基础扎实的学生而言很合适。如果将这些教材用于新兴本科院校的教学,却又存在不少问题:一是针对性不强,使得很大部分学生因内容抽象和枯燥而在学习上产生畏难情绪,提不起兴趣;二是缺少配套的实践性教学环节,这一点尤其不利于应用型本科教学的需要;三是不针对具体的电路实现,容易造成学生将知识仅仅停留在理论层面,难以转化为实际的工程实践应用能力。

2.2 实验教学手段单一,内容老化

新兴本科院校大多缺少地理优势和资金优势,他们在实践教学方面的困难可想而知。诸如实验设备性能落后,质量又差,实践教学基地数量少,有些院校甚至近乎空白。

2.3 理论与实践基本分割

理论与实践基本分割开来,不利于知识向能力的转化,这一点跟目前高校的教学行政体制有关。理论教学由教研室安排,实践教学由实验室负责,两班人马各司其职,如果协调不好,容易造成理论与实践脱节。个人认为,本课程教学体系应以教研室为主负责全面规划与实施,实验室协同参与。

2.4 师资问题

由于通信系统技术先进,担任通信原理课程教学的教师大多是40岁以下的青年教师,他们虽然大都具有硕士、博士学位,具有较深厚的理论功底,但教学经验匮乏,尤其是工程实践素养不太高等问题往往比较突出。

2.5 各种资料比较零碎,系统性不强,资源难以共享

3 建设通信原理课程教学体系的具体举措

针对新兴本科院校通信原理课程教学中存在的问题,我们认为,遵循本课程教学的基本特点和规律,从新兴本科院校的具体实际情况出发,精心设计和创建自身的多维教学模式,加强理论教学的针对性,加强实践教学的力度,促进知识向能力的转化,是新兴本科院校有效实施通信原理教学的基本思路。以湖南理工学院信息学院为例,我们的具体做法如下。

3.1 编写适应新兴本科院校教学需要的教材,加强理论教学的针对性

在广泛调研的基础上,目前我们联合了国内多所新兴本科院校的相关老师,与清华大学出版社合作,共同协作编写通信原理教材,适应理论教学需要。随着通信与计算机的紧密结合,通信仿真软件的使用已是必不可少,本教材在仿真软件与通信理论的结合上做了一次有益的尝试,在理论学习中引入实际工程环境,旨在强化实践教学环节,注重学生工程实践应用能力培养,更加注重针对性、实用性。该教材的主要特色是:(1)在内容上将抽象的通信理论与工程实践紧密结合,两者相互融合,通过理论学习反映现代先进的通信系统设计理念和方法,并以此来指导实际工程设计,促进学生将专业知识进一步转化为实际工程实践能力。(2)充分体现教育以人为本的教学理念,便于学生进行自主性学习。学生在学习过程中通过多维的学、练、用相互结合,加深对理论的认识,提高专业素养。

3.2 突出工程实践应用能力培养,精心设计和创新实践教学模式

重视实践教学、培养应用型人才,已为国内外高教界普遍关注和重视。湖南理工学院是教育部2002年批准成立的新兴本科院校,是立足湖南、面向全国的一所地方性高校。近年来,我院立足地方经济、注重实践教学,在人才培养模式中明确定位“培养工程应用型本科人才”,并在教学改革实践中大胆探索,不断创新,注重学生的创新能力和工程实践应用能力培养,逐步走出了一条较为行之有效的路子。在通信原理课程体系实践教学环节的建设上,主要做法有:(1)先后新建了通信原理、光纤通信、程控交换、射频综合设计等专业实验室,满足实验教学的基本需要;(2)与四川长虹电子集团、洛阳牡丹通信公司等企业广泛开展合作,建立了多个校外实践教学基地;(3)与岳阳千盟电子等企业签订协议,共建产学研基地,服务地方经济;(4)动员、鼓励和引导学生积极参加全国大学生电子竞赛,并取得了可喜的成绩;(5)积极组织学生参加多种形式的科技创新活动,激发学习热情,提高学习兴趣,增强动手能力。

3.3 注重理论与实践相结合,促进知识向能力的转化

主要做法有:(1)理论教学的改革。在学习完相应的通信系统基本理论、基本分析方法和主要性能指标分析之后,结合动态系统仿真软件Systemview系统引导学习者从工程实践的角度更好地学习、理解、掌握进而设计和仿真现代通信系统。(2)实验教学的改革。将通信原理实验分成基础、综合和设计三个类型。基础类实验以规范操作程序、熟练使用各类仪器设备、观察分析实验现象和正确处理实验数据四个方面的训练为主;综合类实验以培养学生综合运用所学知识的能力为主,要求学生能够灵活运用所学知识,独立完成从实验准备到结束的全过程;设计类实验侧重于培养学生的研究设计能力和创造性思维的能力,要求学生自己查阅文献资料,自己拟定实验方案,并独立完成实验内容。为了保证效果,在实验时间安排上进行开放式实验,通过一定的预约程序,在课后进入实验室完成实验内容。(3)考核方式的改革。为了全面检验通信原理的学习效果,理论考核只占总成绩的50%,实验成绩占30%。平时作业和出勤情况占20%。平时作业含仿真训练。

3.4 精心构建多维教学模式,全面提高教学质量

基于Internet的通信原理多维教学体系,旨在建立一个通信原理学习平台,全方位、多角度、大纵深地帮助学生全面达到教学大纲的要求,引导学生将知识转化为能力,培养学生良好的专业素质,切实提高专业课程的教学质量。本课程教学体系涵盖以下九大模块:(1)学科介绍——课程简介,学习背景,学习方法,教学大纲,考核大纲等。(2)理论学习——以实际课堂教学(每2学时)为单位提供每讲的电子讲义(教案)、多媒体课件和视频录象。(3)Systemview仿真——软件下载与学习,常用电路和功能模块仿真结果。(4)实验开发——与理论教学同步提供10个通信原理实验项目,其中2个基础性实验,4个综合性实验,4个设计性实验。(5)课程设计——与理论教学同步提供4个工程设计项目及解决方案。(6)知识拓展——与理论学习同步,提供本讲中有关原理和方法在实际通信工程和其他领域中的应用情况,开拓思路,扩展视野。(7)自测自评——建设通信原理试题库和试卷库。(8)考研指导——提供若干国内知名高校最近几年的通信原理研究生入学考试试题及答案。(9)交流园地——教师在线答疑,师生交互,问题发布,作业批改等。

参考文献

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