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摘要:“通信原理”是电子信息类专业的核心技术基础课,提高该课程的教学质量和教学效果对培养电子信息类合格人才具有重要的意义。针对目前该课程的教学现状和存在的问题,作者从精选教学内容、改革教学手段、加强实验环节三个方面进行了教学改革的研究与思考。
关键词:通信原理;教学改革;教学内容;实践环节
作者简介:刘超(1977-),男,江苏镇江人,江苏大学电气信息工程学院,讲师,南京邮电大学软件学院博士研究生,(江苏 南京 210003)主要研究方向:信息网络与通信信号处理;李正明(1958-),男,江苏宿迁人,江苏大学电气信息工程学院,教授,工学硕士,主要研究方向:电子信息工程、信息处理。(江苏 镇江 212013)
基金项目:本文系江苏大学重点教学改革与研究项目(项目编号:JGZ2007013)和江苏大学京江学院教学改革研究项目(项目编号:JJ08B004)的研究成果。
“通信原理”课程是电子信息类专业的必修主干专业基础课程,也是各大院校通信类专业研究生入学必考科目之一。“通信原理”教授的是通信的基础理论与基础知识,着重培养和训练学生掌握如何学习现代通信知识的基本技能和基本方法。目前除通信类专业外,信息类专业、计算机类专业和自动控制类专业也将“通信原理”课程作为本专业的一门重要的专业基础课,同时电子信息工程专业的很多后续课程如“数字信号处理”、“光纤通信”、“移动通信”、“卫星通信”等课程的学习都需要学生掌握“通信原理”课程的基本理论和基本方法。由此可见,“通信原理”课程在通信类课程中占有举足轻重的地位,学好“通信原理”课程,可以使学生从容应对现代通信技术飞速发展的现状,在未来的工作和进一步的课程学习中具备良好的理论基础和能力支撑。
通信新技术的不断涌现给高校通信及电子信息类专业的课程建设提出了更高的要求。现代通信技术引领信息技术的潮流,已深入到人们生活的各个方面,并且正以一日千里的速度向前发展。面对飞速发展的通信技术,不断演变的网络结构与迅猛增长的人才需求,为了提高“通信原理”课程的教学质量,重点培养和提高学生分析问题和解决实际问题的能力,“通信原理”课程应该教给学生什么、应该怎么教已成为任课教师教学改革中面临的一大难题。[1]传统的通信专业课程设置已经落后于现代通信电子技术的发展要求,主要表现为教学观念落后、教学内容老化、实验设备陈旧。因此,通信专业的教学改革与建设势在必行。为了适应不断发展的新技术,在保持通信基本技术讲授稳定性的前提下,应该紧跟新技术,在课程的教学内容上做到不断删除过时内容,根据行业发展现状增加新技术课程内容;另一方面,需要加大实验设备的硬件投入,最大限度地发挥行业优势,增加学生实验、实习的机会,不断地提高学生的实践与动手能力。
一、“通信原理”课程的特点
“通信原理”课程是电子信息工程专业的必修主干专业技术基础理论课,是电子信息学科的重要支撑点之一,对电子信息学科的发展具有深远而长久的意义。本课程是学习其他专业课程的重要基础,是培养学生掌握通信系统分析、通信系统设计方法的重要基础,也是支撑学生在电子信息学科上进一步深造和发展的重要基础。[2]通过学习“通信原理”课程,可以使学生获得必要的电子信息学科基础知识,为后续专业课程的学习打下扎实的理论基础;使学生建立清晰的系统概念,掌握通信系统的一般分析方法,并具备一定的通信系统设计能力;使学生了解通信技术的最新发展方向,从而把握电子信息学科的发展脉络,激发学生的主动性与创新性。
“通信原理”课程系统性较强,内容编排连贯,课程内容难度大,公式繁冗,学生学习难度较大。想要较好地完成“通信原理”课程的学习,需要学生掌握大量的基础知识,例如需要掌握高等数学中的微积分,随机过程中的随机信号处理,矩阵论中的矩阵运算,模拟电路,数字电路,信号与系统等多方面的基础知识。
“通信原理”的教学内容以介绍通信系统与通信技术为主,主要分为模拟与数字两大部分。课程的具体内容包括:模拟通信(模拟线性调制和非线性调制)、模拟信号数字化(抽样、量化、PCM编码)和数字通信(数字信号基带传输系统和数字信号载波传输系统)。[3]这些内容都是现代通信技术的基础,但同时又处于不断变化发展中。
二、“通信原理”课程教与学的现状
“通信原理”课程作为一门重要的专业技术基础理论课,是普通高等院校的相关专业的主干基础课程。但是由于新技术的不断涌现,已有的旧技术不断地被淘汰,许多我们曾经熟知的技术将逐渐成为历史。比如由于时分交换机的淘汰,“通信原理”里的PCM编码部分将失去授课的意义;随着软交换时代的来临和网络IP化,今后全网数据将全部由IP包来承载,以前由TDM交换机完成的任务将更多地采用路由器来替代;随着IP化过程的深入,传统的七号信令将会慢慢退出历史舞台;而与光电最为密切的SDH也将逐步淡出我们的视野。
鉴于以上原因,作为院级教学单位,应该及时修改教学大纲,调整教学内容。而作为该门课程的任课教师,应该不断学习新技术,了解该领域的发展动向,不断提高自己的教学业务水平,才能跟上时代的发展,技术的发展。但是由于当前IT、通信行业的红火,许多通信类优秀人才都到国内外大型通信企业供职,比如国内的华为、中兴、移动、联通,国际的朗讯、思科等。这样的情况也间接造成了高校内相对于其他专业,通信类优秀教学人才的匮乏,现有教师知识结构的相对老化。这些都是高校教学改革亟待解决的问题。
三、“通信原理”课程教学改革的几点建议
针对以上分析,同时结合江苏大学电气信息工程学院电子信息科学专业课程建设的经验,我们从“通信原理”课程教学大纲与教学计划、教学内容与教学过程、理论教学与实践教学三个方面提出了一些思考与建议。
1.教学大纲与教学计划
在制定“通信原理”课程的教学大纲与教学计划时,应结合以下几点进行制定。
(1)作为教学单位,高校应该根据自身特点,结合学校、学院及学生的实际情况制定课程的长期规划,明确阶段建设目标。
(2)跟进新技术的发展,及时更新教学大纲。在制定新的教学大纲时,应该明确专业方向,加强基础知识的教学。同时设置专题讲座,介绍并普及新技术、新潮流,以引起学生的学习兴趣,参考最新技术发展,适当修改课程内容。在制定新的教学大纲时,必须综合考虑知识点的取舍,对于一些通信史上经典而在以后的新系统中肯定会被淘汰的旧技术,如PCM编码、七号信令等,可以在授课时对内容进行适当的删减,以腾出课时讲授最新的知识,这样做可以让学生既了解相关技术的历史,又能够在此基础上掌握并理解最新的技术。
(3)围绕课程教学大纲,重视课程教学手段和方式的创新与改革。例如可以更多地加入互动的内容,包括布置设计性作业,培养学生综合分析问题与解决问题的能力,提高课程教学的培养效果。
(4)参考国内外高校类似课程的建设经验,根据专业的不同,采用开放的教学理念,适当调整、更新课程的教学计划和教学内容。例如针对电子信息工程专业,可以适当地补充最新的MIMO、OFDM、无线通信等新技术、新系统,从通信原理的角度,让学生理解“通信原理”的基本概念、基本方法在最新的通信技术与通信系统中的应用与拓展,充分做到理论联系实际。
2.教学内容及教学过程
在确定课程教学内容及实际教学过程中,应注意以下内容:
(1)以通信系统为背景,解决本课程与其他课程的衔接问题。自上世纪70年代国内开设“通信原理”课程以来,教学内容一直伴随着通信技术的发展而演进。国内大部分通信原理教学内容模式大都形成于80年代中期。随着通信技术的不断发展,这种模式已经跟不上时代的步伐。实际上,从目前国内外几乎所有的通信原理教材来看,传统模式的教学内容只是这些教材所认同的教学内容的大约一半多。
作为电子信息类专业的专业基础课,本课程与该专业的先修课程联系紧密,包括“高等数学”、“矩阵论”、“信号与系统”、“随机过程”等。然而由于课时限制,不允许安排太多的课时来对上述课程内容进行复习与回顾。因此,如何能保证绝大部分学生能够跟上课堂教学的进度是一个非常重要的问题。尤其对于那些已修课程掌握得不是特别扎实的学生,往往在开课之初就会由于面对大量的公式而产生对该门课程的畏惧心理,觉得自己基础不好,该门课程肯定学不好,从而产生厌学情绪。针对此类情况,应该适当地安排专门章节来对这些内容在通信系统这个大背景下进行复习、总结与提高。例如针对“信号与系统”,可以从复习时域以及频域卷积定理着手,引出乘法器和滤波器。这样可以很好地消除学生的畏难情绪,树立他们的信心并以此引导他们学习的兴趣。此外,在复习随机过程时,可以举基带传输时误码率计算的例子。在介绍具体系统之前,可以把这个问题作为随机过程的例子给出并请学生们思考后进行解答。在后面介绍到具体系统并需要求解误码率时,再提示学生回到这一部分,通过这样的教学方式,学生可以真正了解随机过程分析方法在通信系统中的应用。
(2)在“通信原理”课程的教学初期,首先让学生了解通信系统的基本概念,让学生清晰掌握通信的本质和目的。以系统模型为基础,根据信息的传递路径,“顺藤摸瓜”展开教学内容,对每个功能模块进行功能分析。注重讲解该功能模块在数字通信系统中的地位、层次以及关键性能和指标。随着教学的进行,不断强调或强化该功能模块在系统中的位置作用,重点是强调前后功能模块之间的内在关系。在教学后期,教师应不断阐述各功能模块存在的必要性以及相互间的逻辑关系,在技术实现的基础上进一步帮助学生建立数字通信系统的整体概念。例如,模/数变换后的编码属于信源编码是保证通信有效性的技术手段,使用的关键技术是脉冲编码调制;加密后的再编码属于信道编码是保障通信可靠性的技术手段,实现的关键技术涉及检错编码和纠错编码。信源编码和信道编码是互相补充的关系,但实现的方法是相互“矛盾”的,信源编码通过压缩消息冗余量实现,信道编码则通过增加消息冗余量实现,这是由通信过程中不同阶段的通信目标决定的。
(3)以通信系统信号设计与处理为核心,解决本课程中公式较多的问题。本课程具有原理性强、系统性强、数学分析多等特点,其教学的重点和难点在于清楚地让学生们把握相关的基本概念、基本原理、基本分析方法和重要结论。而基本概念和基本原理的正确理解又是学习和掌握现代通信系统基本分析方法和重要结论的前提条件,二者相辅相成、互为印证。基于本课程的特点和课程教学过程中的教学重点和难点,在教学过程中,应该有意识地选择相关教材认真阅读,并力求把课程所涉及的基本概念和物理原理通过比较浅显易懂的方式讲述清楚,将数学推导与系统模型联系起来,使学生能够建立起完整的通信系统概念。同时“通信原理”课程的主要内容紧紧围绕通信系统的核心——通信系统信号设计和信号处理展开。在教学中,应特别注意把握这一核心,并注意结合课程相关内容,更好地理解阐述通信技术的发展和演变历程。
(4)从学生专业背景出发,精选教学内容。我们在教学研究中一直致力于优化课程体系精选教学内容以做到因材施教。首先,电子信息类专业的学生在对课程把握的深度和广度上应与其他专业学生有所不同。因此,为电子信息类专业开设的课程,所选取的讲述内容要比其他专业的学生更深更广,并注意与移动通信、无线通信网络以及程控交换等专业课程的衔接和过渡。对于其他专业的学生,对该课程的要求应该与电子信息专业学生有所区别。例如在通信经典技术的授课过程中,要注意把握好经典技术与现行流行技术的区分。以传输模块的教学为例,对于其他专业的学生,在频带传输分析中,选择ASK、FSK、PSK、DPSK等基本的数字调制技术作为必学内容。要求学生掌握这些典型数字调制技术的实现、解调、带宽分析、频谱分析和抗噪声分析等内容,而电子信息类专业的学生除掌握以上调制的基本知识外,必须掌握多进制数字调制技术和现代调制技术。
(5)结合通信发展的最新趋势,扩展学生视野。本课程授课教师应及时了解通信系统发展的最新趋势,在课程内容的安排上,注重介绍目前通信技术的发展潮流。课程中进一步精简模拟通信部分的内容,对电子信息类专业的学生需在多进制数字调制及现代调制技术等方面增加课时,同时应该在授课过程中介绍无线通信、MIMO等目前网络通信方面研究的热点问题,帮助学生开阔视野,增加知识。
3.理论教学与实践教学相结合
理论教学指导实践教学,实践教学促进理论教学。“通信原理”是一门理论与实践结合非常紧密的课程,因此实践教学在本课程中占据了非常重要的地位,理论教学与实践教学应该是互相渗透、彼此促进的。
(1)通过开展与课程内容对应的实验教学可以帮助学生更好地理解与巩固课堂教学中学习的理论知识。例如在学习完数字通信中ASK、FSK、PSK及DPSK等通信方式后,及时开展相关实验教学,能够帮助学生对各种数字通信方式的特点、所占用的带宽、频带利用率等相关参数有更加深刻的认识与理解。在实验教学中通过预习以及总结报告的设计对理论课内容进行复习、总结与提高。学生做实验收获如何,很大程度上取决于他们对理论课程内容理解深度以及开设实验之前的准备工作。因此,针对每个实验应该设计专门的预习报告,在预习报告中可以以问题或者仿真题的方式,请学生按照理论课程教授的内容,给出实验的预期结果,这样在学生进行实验操作时才能够做到有的放矢。此外,学生如果发现实验过程中遇到的很多问题是理论课程中没有讲授的,可以通过总结报告中的问答题来启发他们的思考并在总结报告中给出相应的解答。
(2)在理论教学中引入仿真软件使学生建立对通信系统的直观概念。针对课程内容,可以开发一些软件仿真实例和软件仿真习题以供课程演示及学生课后完成。这样有利于学生建立通信系统的整体概念并可以通过软件提供的工具观察时域、频域特性,以帮助学生加强基本概念的理解,取得更好的教学效果。
(3)验证性实验和设计性实验相结合。验证性实验和设计性实验对于学生实际动手能力的培养具有不同的功效,因此需要有机地进行结合。根据它们的各自特点,应该将验证性实验安排在实践教学课程前半学期,其作用主要是帮助学生巩固理论课所学的基础知识并做小范围的扩展;而设计性实验一般应该安排在教学课程的后半学期,其作用主要是培养学生的实际动手能力,例如软件编程、硬件设计等。
(4)软件仿真实验和硬件实验相结合。软件仿真实验对于帮助学生深入了解通信系统、对通信系统进行分析设计具有非常重要的意义。因此设计实验的一个重要思路是同一个实验,例如BPSK调制,要求学生分别通过验证性实验箱、软件仿真以及电路板这三种途径来实现。
(5)模块实验与系统实验相结合。由于通信系统讲授是按章节进行的,因此单个实验的设计也是按照模块进行划分,例如基带传输、频带调制解调、高斯信道等。在模块实验的基础上,在后续课程,包括电子信息工程实验以及工程实习中,应该将各个模块进行串联,形成完整的通信系统,以帮助学生站在全局的角度更好地理解通信系统。“通信原理实验”课程是与“通信原理”课程相配套的一门实验课程,紧密结合理论课程中的主要知识点,开设相关的软件仿真以及硬件实验,帮助学生对理论知识的理解,使学生不断提高分析问题和解决问题的能力,并在此基础上培养学生软件编程以及硬件设计的能力。
四、结束语
本文首先从通信新技术的不断涌现给普通高校通信专业的课程建设提出了更高的要求出发,具体分析了当前普通高校“通信原理”课程教与学的现状,以及普遍存在的问题,并针对这些问题,在教学大纲的修订、教学内容的改革、实践教学内容的设计上提出了笔者的一些思考与建议。
参考文献:
[1]蒋高建.关于“通信原理”课程教学改革的一点思考[J].科技信息,2008,(18).
[2]张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报,2003,25(5).
[3]樊昌信,等.通信原理(第6版)[M].北京:国防工业出版社,2006.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:通信原理;教学改革;教学内容;实践环节
作者简介:刘超(1977-),男,江苏镇江人,江苏大学电气信息工程学院,讲师,南京邮电大学软件学院博士研究生,(江苏 南京 210003)主要研究方向:信息网络与通信信号处理;李正明(1958-),男,江苏宿迁人,江苏大学电气信息工程学院,教授,工学硕士,主要研究方向:电子信息工程、信息处理。(江苏 镇江 212013)
基金项目:本文系江苏大学重点教学改革与研究项目(项目编号:JGZ2007013)和江苏大学京江学院教学改革研究项目(项目编号:JJ08B004)的研究成果。
“通信原理”课程是电子信息类专业的必修主干专业基础课程,也是各大院校通信类专业研究生入学必考科目之一。“通信原理”教授的是通信的基础理论与基础知识,着重培养和训练学生掌握如何学习现代通信知识的基本技能和基本方法。目前除通信类专业外,信息类专业、计算机类专业和自动控制类专业也将“通信原理”课程作为本专业的一门重要的专业基础课,同时电子信息工程专业的很多后续课程如“数字信号处理”、“光纤通信”、“移动通信”、“卫星通信”等课程的学习都需要学生掌握“通信原理”课程的基本理论和基本方法。由此可见,“通信原理”课程在通信类课程中占有举足轻重的地位,学好“通信原理”课程,可以使学生从容应对现代通信技术飞速发展的现状,在未来的工作和进一步的课程学习中具备良好的理论基础和能力支撑。
通信新技术的不断涌现给高校通信及电子信息类专业的课程建设提出了更高的要求。现代通信技术引领信息技术的潮流,已深入到人们生活的各个方面,并且正以一日千里的速度向前发展。面对飞速发展的通信技术,不断演变的网络结构与迅猛增长的人才需求,为了提高“通信原理”课程的教学质量,重点培养和提高学生分析问题和解决实际问题的能力,“通信原理”课程应该教给学生什么、应该怎么教已成为任课教师教学改革中面临的一大难题。[1]传统的通信专业课程设置已经落后于现代通信电子技术的发展要求,主要表现为教学观念落后、教学内容老化、实验设备陈旧。因此,通信专业的教学改革与建设势在必行。为了适应不断发展的新技术,在保持通信基本技术讲授稳定性的前提下,应该紧跟新技术,在课程的教学内容上做到不断删除过时内容,根据行业发展现状增加新技术课程内容;另一方面,需要加大实验设备的硬件投入,最大限度地发挥行业优势,增加学生实验、实习的机会,不断地提高学生的实践与动手能力。
一、“通信原理”课程的特点
“通信原理”课程是电子信息工程专业的必修主干专业技术基础理论课,是电子信息学科的重要支撑点之一,对电子信息学科的发展具有深远而长久的意义。本课程是学习其他专业课程的重要基础,是培养学生掌握通信系统分析、通信系统设计方法的重要基础,也是支撑学生在电子信息学科上进一步深造和发展的重要基础。[2]通过学习“通信原理”课程,可以使学生获得必要的电子信息学科基础知识,为后续专业课程的学习打下扎实的理论基础;使学生建立清晰的系统概念,掌握通信系统的一般分析方法,并具备一定的通信系统设计能力;使学生了解通信技术的最新发展方向,从而把握电子信息学科的发展脉络,激发学生的主动性与创新性。
“通信原理”课程系统性较强,内容编排连贯,课程内容难度大,公式繁冗,学生学习难度较大。想要较好地完成“通信原理”课程的学习,需要学生掌握大量的基础知识,例如需要掌握高等数学中的微积分,随机过程中的随机信号处理,矩阵论中的矩阵运算,模拟电路,数字电路,信号与系统等多方面的基础知识。
“通信原理”的教学内容以介绍通信系统与通信技术为主,主要分为模拟与数字两大部分。课程的具体内容包括:模拟通信(模拟线性调制和非线性调制)、模拟信号数字化(抽样、量化、PCM编码)和数字通信(数字信号基带传输系统和数字信号载波传输系统)。[3]这些内容都是现代通信技术的基础,但同时又处于不断变化发展中。
二、“通信原理”课程教与学的现状
“通信原理”课程作为一门重要的专业技术基础理论课,是普通高等院校的相关专业的主干基础课程。但是由于新技术的不断涌现,已有的旧技术不断地被淘汰,许多我们曾经熟知的技术将逐渐成为历史。比如由于时分交换机的淘汰,“通信原理”里的PCM编码部分将失去授课的意义;随着软交换时代的来临和网络IP化,今后全网数据将全部由IP包来承载,以前由TDM交换机完成的任务将更多地采用路由器来替代;随着IP化过程的深入,传统的七号信令将会慢慢退出历史舞台;而与光电最为密切的SDH也将逐步淡出我们的视野。
鉴于以上原因,作为院级教学单位,应该及时修改教学大纲,调整教学内容。而作为该门课程的任课教师,应该不断学习新技术,了解该领域的发展动向,不断提高自己的教学业务水平,才能跟上时代的发展,技术的发展。但是由于当前IT、通信行业的红火,许多通信类优秀人才都到国内外大型通信企业供职,比如国内的华为、中兴、移动、联通,国际的朗讯、思科等。这样的情况也间接造成了高校内相对于其他专业,通信类优秀教学人才的匮乏,现有教师知识结构的相对老化。这些都是高校教学改革亟待解决的问题。
三、“通信原理”课程教学改革的几点建议
针对以上分析,同时结合江苏大学电气信息工程学院电子信息科学专业课程建设的经验,我们从“通信原理”课程教学大纲与教学计划、教学内容与教学过程、理论教学与实践教学三个方面提出了一些思考与建议。
1.教学大纲与教学计划
在制定“通信原理”课程的教学大纲与教学计划时,应结合以下几点进行制定。
(1)作为教学单位,高校应该根据自身特点,结合学校、学院及学生的实际情况制定课程的长期规划,明确阶段建设目标。
(2)跟进新技术的发展,及时更新教学大纲。在制定新的教学大纲时,应该明确专业方向,加强基础知识的教学。同时设置专题讲座,介绍并普及新技术、新潮流,以引起学生的学习兴趣,参考最新技术发展,适当修改课程内容。在制定新的教学大纲时,必须综合考虑知识点的取舍,对于一些通信史上经典而在以后的新系统中肯定会被淘汰的旧技术,如PCM编码、七号信令等,可以在授课时对内容进行适当的删减,以腾出课时讲授最新的知识,这样做可以让学生既了解相关技术的历史,又能够在此基础上掌握并理解最新的技术。
(3)围绕课程教学大纲,重视课程教学手段和方式的创新与改革。例如可以更多地加入互动的内容,包括布置设计性作业,培养学生综合分析问题与解决问题的能力,提高课程教学的培养效果。
(4)参考国内外高校类似课程的建设经验,根据专业的不同,采用开放的教学理念,适当调整、更新课程的教学计划和教学内容。例如针对电子信息工程专业,可以适当地补充最新的MIMO、OFDM、无线通信等新技术、新系统,从通信原理的角度,让学生理解“通信原理”的基本概念、基本方法在最新的通信技术与通信系统中的应用与拓展,充分做到理论联系实际。
2.教学内容及教学过程
在确定课程教学内容及实际教学过程中,应注意以下内容:
(1)以通信系统为背景,解决本课程与其他课程的衔接问题。自上世纪70年代国内开设“通信原理”课程以来,教学内容一直伴随着通信技术的发展而演进。国内大部分通信原理教学内容模式大都形成于80年代中期。随着通信技术的不断发展,这种模式已经跟不上时代的步伐。实际上,从目前国内外几乎所有的通信原理教材来看,传统模式的教学内容只是这些教材所认同的教学内容的大约一半多。
作为电子信息类专业的专业基础课,本课程与该专业的先修课程联系紧密,包括“高等数学”、“矩阵论”、“信号与系统”、“随机过程”等。然而由于课时限制,不允许安排太多的课时来对上述课程内容进行复习与回顾。因此,如何能保证绝大部分学生能够跟上课堂教学的进度是一个非常重要的问题。尤其对于那些已修课程掌握得不是特别扎实的学生,往往在开课之初就会由于面对大量的公式而产生对该门课程的畏惧心理,觉得自己基础不好,该门课程肯定学不好,从而产生厌学情绪。针对此类情况,应该适当地安排专门章节来对这些内容在通信系统这个大背景下进行复习、总结与提高。例如针对“信号与系统”,可以从复习时域以及频域卷积定理着手,引出乘法器和滤波器。这样可以很好地消除学生的畏难情绪,树立他们的信心并以此引导他们学习的兴趣。此外,在复习随机过程时,可以举基带传输时误码率计算的例子。在介绍具体系统之前,可以把这个问题作为随机过程的例子给出并请学生们思考后进行解答。在后面介绍到具体系统并需要求解误码率时,再提示学生回到这一部分,通过这样的教学方式,学生可以真正了解随机过程分析方法在通信系统中的应用。
(2)在“通信原理”课程的教学初期,首先让学生了解通信系统的基本概念,让学生清晰掌握通信的本质和目的。以系统模型为基础,根据信息的传递路径,“顺藤摸瓜”展开教学内容,对每个功能模块进行功能分析。注重讲解该功能模块在数字通信系统中的地位、层次以及关键性能和指标。随着教学的进行,不断强调或强化该功能模块在系统中的位置作用,重点是强调前后功能模块之间的内在关系。在教学后期,教师应不断阐述各功能模块存在的必要性以及相互间的逻辑关系,在技术实现的基础上进一步帮助学生建立数字通信系统的整体概念。例如,模/数变换后的编码属于信源编码是保证通信有效性的技术手段,使用的关键技术是脉冲编码调制;加密后的再编码属于信道编码是保障通信可靠性的技术手段,实现的关键技术涉及检错编码和纠错编码。信源编码和信道编码是互相补充的关系,但实现的方法是相互“矛盾”的,信源编码通过压缩消息冗余量实现,信道编码则通过增加消息冗余量实现,这是由通信过程中不同阶段的通信目标决定的。
(3)以通信系统信号设计与处理为核心,解决本课程中公式较多的问题。本课程具有原理性强、系统性强、数学分析多等特点,其教学的重点和难点在于清楚地让学生们把握相关的基本概念、基本原理、基本分析方法和重要结论。而基本概念和基本原理的正确理解又是学习和掌握现代通信系统基本分析方法和重要结论的前提条件,二者相辅相成、互为印证。基于本课程的特点和课程教学过程中的教学重点和难点,在教学过程中,应该有意识地选择相关教材认真阅读,并力求把课程所涉及的基本概念和物理原理通过比较浅显易懂的方式讲述清楚,将数学推导与系统模型联系起来,使学生能够建立起完整的通信系统概念。同时“通信原理”课程的主要内容紧紧围绕通信系统的核心——通信系统信号设计和信号处理展开。在教学中,应特别注意把握这一核心,并注意结合课程相关内容,更好地理解阐述通信技术的发展和演变历程。
(4)从学生专业背景出发,精选教学内容。我们在教学研究中一直致力于优化课程体系精选教学内容以做到因材施教。首先,电子信息类专业的学生在对课程把握的深度和广度上应与其他专业学生有所不同。因此,为电子信息类专业开设的课程,所选取的讲述内容要比其他专业的学生更深更广,并注意与移动通信、无线通信网络以及程控交换等专业课程的衔接和过渡。对于其他专业的学生,对该课程的要求应该与电子信息专业学生有所区别。例如在通信经典技术的授课过程中,要注意把握好经典技术与现行流行技术的区分。以传输模块的教学为例,对于其他专业的学生,在频带传输分析中,选择ASK、FSK、PSK、DPSK等基本的数字调制技术作为必学内容。要求学生掌握这些典型数字调制技术的实现、解调、带宽分析、频谱分析和抗噪声分析等内容,而电子信息类专业的学生除掌握以上调制的基本知识外,必须掌握多进制数字调制技术和现代调制技术。
(5)结合通信发展的最新趋势,扩展学生视野。本课程授课教师应及时了解通信系统发展的最新趋势,在课程内容的安排上,注重介绍目前通信技术的发展潮流。课程中进一步精简模拟通信部分的内容,对电子信息类专业的学生需在多进制数字调制及现代调制技术等方面增加课时,同时应该在授课过程中介绍无线通信、MIMO等目前网络通信方面研究的热点问题,帮助学生开阔视野,增加知识。
3.理论教学与实践教学相结合
理论教学指导实践教学,实践教学促进理论教学。“通信原理”是一门理论与实践结合非常紧密的课程,因此实践教学在本课程中占据了非常重要的地位,理论教学与实践教学应该是互相渗透、彼此促进的。
(1)通过开展与课程内容对应的实验教学可以帮助学生更好地理解与巩固课堂教学中学习的理论知识。例如在学习完数字通信中ASK、FSK、PSK及DPSK等通信方式后,及时开展相关实验教学,能够帮助学生对各种数字通信方式的特点、所占用的带宽、频带利用率等相关参数有更加深刻的认识与理解。在实验教学中通过预习以及总结报告的设计对理论课内容进行复习、总结与提高。学生做实验收获如何,很大程度上取决于他们对理论课程内容理解深度以及开设实验之前的准备工作。因此,针对每个实验应该设计专门的预习报告,在预习报告中可以以问题或者仿真题的方式,请学生按照理论课程教授的内容,给出实验的预期结果,这样在学生进行实验操作时才能够做到有的放矢。此外,学生如果发现实验过程中遇到的很多问题是理论课程中没有讲授的,可以通过总结报告中的问答题来启发他们的思考并在总结报告中给出相应的解答。
(2)在理论教学中引入仿真软件使学生建立对通信系统的直观概念。针对课程内容,可以开发一些软件仿真实例和软件仿真习题以供课程演示及学生课后完成。这样有利于学生建立通信系统的整体概念并可以通过软件提供的工具观察时域、频域特性,以帮助学生加强基本概念的理解,取得更好的教学效果。
(3)验证性实验和设计性实验相结合。验证性实验和设计性实验对于学生实际动手能力的培养具有不同的功效,因此需要有机地进行结合。根据它们的各自特点,应该将验证性实验安排在实践教学课程前半学期,其作用主要是帮助学生巩固理论课所学的基础知识并做小范围的扩展;而设计性实验一般应该安排在教学课程的后半学期,其作用主要是培养学生的实际动手能力,例如软件编程、硬件设计等。
(4)软件仿真实验和硬件实验相结合。软件仿真实验对于帮助学生深入了解通信系统、对通信系统进行分析设计具有非常重要的意义。因此设计实验的一个重要思路是同一个实验,例如BPSK调制,要求学生分别通过验证性实验箱、软件仿真以及电路板这三种途径来实现。
(5)模块实验与系统实验相结合。由于通信系统讲授是按章节进行的,因此单个实验的设计也是按照模块进行划分,例如基带传输、频带调制解调、高斯信道等。在模块实验的基础上,在后续课程,包括电子信息工程实验以及工程实习中,应该将各个模块进行串联,形成完整的通信系统,以帮助学生站在全局的角度更好地理解通信系统。“通信原理实验”课程是与“通信原理”课程相配套的一门实验课程,紧密结合理论课程中的主要知识点,开设相关的软件仿真以及硬件实验,帮助学生对理论知识的理解,使学生不断提高分析问题和解决问题的能力,并在此基础上培养学生软件编程以及硬件设计的能力。
四、结束语
本文首先从通信新技术的不断涌现给普通高校通信专业的课程建设提出了更高的要求出发,具体分析了当前普通高校“通信原理”课程教与学的现状,以及普遍存在的问题,并针对这些问题,在教学大纲的修订、教学内容的改革、实践教学内容的设计上提出了笔者的一些思考与建议。
参考文献:
[1]蒋高建.关于“通信原理”课程教学改革的一点思考[J].科技信息,2008,(18).
[2]张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报,2003,25(5).
[3]樊昌信,等.通信原理(第6版)[M].北京:国防工业出版社,2006.
(责任编辑:麻剑飞)