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摘要：通信系统课程具有专业性和综合性强、教学内容更新快等特点，以提高学生综合素质为目标，对通信系统课程改革进行了探索与实践。实践表明，通过先进的教学内容、多元化教学方法和手段、优化的课程实验以及客观全面的评价体制，进一步提高了教学质量，有效地培养了学生的创新意识和自主学习能力。
关键词：通信系统；教学改革；教学方法
Teaching reform and exploration on communication system
Wang Bin, Huang Yan, Xu Yin
Information engineering university of P.L.A., Zhengzhou, 450002, China
Abstract: According to the professional, comprehensive and fast updated characteristics of the course of communication system, the practice and exploration are made to improve the overall quality of students. Through the aspects of advanced teaching contents, diversified teaching methods and means, optimized course experiments and objective and comprehensive evaluation system, the quality of teaching is further improved and the student’s awareness of innovation and autonomous learning ability are trained effectively.
Key words: communication system; teaching reform; teaching method
通信系统是信息工程专业的一门专业必修课，课程涵盖了多种典型无线通信系统，包括微波中继通信系统、卫星通信系统、短波通信系统和移动通信系统的基本结构、原理和技术。课程通过具体典型通信系统的剖析，旨在加深学生对通信基础理论的理解和掌握，提高学生分析和解决问题的能力。
笔者结合多年教学实践经验，以培养学生的实践能力和创新能力为目标，以提高学生的综合素质为核心，以教学内容和教学方法的改革为出发点，从教学内容、教学方法、课程实验和考核评价4个方面进行了改革与探索，并取得了较好的效果。
1精心安排教学内容
教学内容的选取和组织反映了课程的教学理念。我们在《现代通信系统》教材的基础上，以应用需求为牵引，以基础理论、基本技术和方法作支撑，适当融入前沿理论和技术，达到知识体系脉络清晰、重点突出、基础与前沿兼顾和理论与实践结合的目标。
1.1 以“系统”的观念引领教学，做到内容全面、重点突出
通信系统是以具体通信系统为对象，介绍现代通信理论、差错控制和数据压缩等理论在不同系统中的应用。如果将通信系统比喻成一座桥梁，通信原理、信道编码和信源编码等课程则是构筑这座桥梁的桥墩。在教学过程中，我们注重相关课程间的联系，将“系统”的思想贯穿始终，对于所涉及的前期课程知识，突出其在系统中的作用，淡化基本原理和技术等重复性内容，使学生从系统的角度深刻理解相关理论和技术，重点培养学生对有关基础理论和技术的灵活应用能力。比如，典型数字通信系统中包括信道编码环节，通过前一学期信道编码课程学习，学生已经掌握了具体的编码和译码方法，在教学过程中，我们突出信道编码在系统中的作用，比如在“信道编码有助于提高系统传输可靠性”这一结论的基础上，引导学生推出“在相同误码率下，采用信道编码可以允许降低发送端的发射功率”和“在相同误码率下，保持发送功率不变，采用信道编码可以提高信息传输速率”等结论，这些结论在频带受限和功率受限系统设计和评估上是有用的。近几年的教学实践表明，以“系统”为主线将众多孤立的知识点贯穿起来，不仅有助于解决大量知识点与较少学时之间的矛盾，而且有助于学生加深对前期课程的理解和应用，形成“系统”的思维方式。
1.2 根据专业方向和应用需求选择教学内容，做到理论与实践相结合、教学与科研相结合
通信系统是在某种特定传输媒质上，信息由信源发送到信宿所需要的设备和技术的总和(如图1所示)。不同专业的教学侧重点不同，比如对于通信工程或者电子工程专业的学生，系统中硬件设备的组成和工作原理是重点。我系的信息工程专业主要面向通信信号分析和处理，我们将教学重点放在通信技术、信号处理算法和通信协议的分析和应用。在教学过程中，我们注重物理意义、数学建模和工程实现相结合，适当地将我们的科研成果和研发经验融入教学，如结合笔者承担的河南省基础与前沿项目的研究成果，将信道盲辨识与盲均衡理论和技术引入到短波通信系统中的接收机设计中；结合课题组的某型号卫星接收机研发项目，将卫星多载波时分多址的概念和关键技术带入课堂。同时，根据应用需求，我们从2008年开始逐步增大了通信协议教学力度，增加了卫星DVB-RCS通信协议和短波第三代自适应通信协议，并编写了补充教材。
图1 通信系统构成示意图
1.3 通信技术飞速发展，通信系统的教学内容必须与时俱进才能保持先进性
多年来，我们在突出基本理论和技术的同时，注重新技术和通信领域大事件的跟踪，结合通信技术的时效性调整教学内容。比如，结合现代通信发展趋势，2008年我们在绪论中增加了“认知无线电”的概念；在卫星通信系统方面，密切跟踪我国广播电视卫星的发展，将“鑫诺3号”和“鑫诺6号”卫星的发射和运行情况及时带入课堂，并于2008增加了卫星DVB-RCS通信系统有关概念和通信协议；移动通信方面，我们于2007年引入4G移动通信系统概念和关键技术，2009年增加LTE有关概念和发展现状；短波通信方面，于2009年增加了短波第三代自适应通信系统等内容。教学实践表明，先进的教学内容对学生提高学习兴趣和培养学生对新技术的敏感性很有帮助。
2灵活运用教学方法与手段
教学是通过教与学的思想交流，引导学生学习、思考、质疑、探索和发现的过程。在这个过程中，学生获得的不仅是知识，更重要的是发现和解决问题的能力。通信系统课程涵盖面广，知识点繁多，很多知识比较抽象，容易使学生产生枯燥、畏难以及厌学等情绪。教师必须灵活运用各种教学手段，创新教学方法，吸引学生，使学生能够跟随教学的步调，进行教与学的思想交流。
(1)在教学手段上，我们充分利用多媒体技术，将静态的知识动态化、过程化，有利于激发学生的学习兴趣，加深对课程内容的理解。我们利用Powerpoint和Flash动画技术，将一些比较抽象的分析过程和通信过程用动画形式形象地呈现出来，比如，ALOHA信道利用率分析过程；卫星通信系统中SPADE通信过程和卫星DVB-RCS系统中新用户入网过程等。我们利用Simulink和Matlab现场演示某些通信系统的工作过程并分析其性能，这种方式能够动态显示各环节的时域信号波形和频域波形，而且可以观察系统参数对误码率性能的影响。比如，直接序列扩频系统中信号在扩频前后时域和频域波形变化和误码性能分析；信道编码在通信系统中的作用及性能分析等。
(2)在教学方法上，我们从学生的实际情况出发，灵活运用启发式、问题式和研讨式教学方法。通信系统是在通信原理和信道编码等课程基础上的综合和提高，虽然学生已经具备了一些基础知识，但是这些知识往往是孤立的、抽象的甚至是教条的，缺乏利用基础理论分析和解决实际问题的能力。为了激发学生积极思考、提高分析问题能力，课堂上经常结合一些具体应用提出问题，学生必须通过综合分析和思考才能给出答案。比如：直接序列扩展频谱通信接收机先解扩再解调与先解调再解扩有什么不同；为什么通信过程中的公共信令或者前导码部分常用BPSK进行载波调制等问题。解答过程中要充分尊重学生，鼓励学生发表自己的见解，引导学生积极思考和讨论。另外，由于知识的获取与启迪除了有赖于课堂教授的讲解，更重要的是透过与他人见解的交换与概念的澄清。我们在研讨式教学方面进行了一些尝试。第一，结合有关章节邀请具有丰富工程实践经验的教师或工程技术人员授课、座谈，由于他们对有关原理、应用和发展现状具有更深刻的认识，可以从不同角度丰富学生的视野，通过互动交流解决学生学习以及思想上的一些困惑。第二，我们根据教学内容设计了一些具有综合性、设计性和实践性的题目，以大作业的形式分配给学生，学生根据不同题目组成研究小组，通过查阅资料、分析设计、仿真验证、撰写论文和汇报交流等环节完成作业。在各环节中教师发挥指导作用，即深入各小组帮助制定研究方案、讨论分析仿真结果、辅导学生汇报和组织讨论。整个过程要充分发挥学生的主观能动性，培养他们发现问题和解决问题的能力，锻炼团队合作能力，提高语言沟通和表达能力。
3优化课程实验
为了培养具有扎实基础、较强动手能力和创新意识的高素质人才，必须加强实验教学环节的建设。我们根据学院的实际情况，充分利用计算机仿真实验的便利条件，合理配置演示性、验证性和设计性实验。演示性实验以教师为主体，包括课堂演示和深入科研一线现场示教等环节。验证性和设计性实验则是以学生为主体，根据教师设计的实验题目展开实验。目前，我们设计的实验内容见表1，每个题目中包含一个验证性实验作为其它设计性实验的参考范例，该实验给出仿真基本框架和参考例程，帮助学生入门、引导学生进行设计。系统仿真实验采用Matlab/Simulink工具软件，Simulink是基于时间流的链路级仿真方法，可以将仿真系统建模与工程中通用的方框图设计方法统一起来，更加方便地对系统进行可视化建模，并且仿真结果可以近乎实时地通过可视化模块显示出来。系统中的各模块可以采用Simulink库中的模块，也可以自己用Matlab编程实现，然后通过S函数形成自定义模块。
表1通信系统实验
注：斜体字为验证性实验
实践表明，在验证性实验的基础上开展设计性实验对提高学习效率、提高学习积极性效果明显。通过课程实验，同学们不仅加深了对课程内容的理解，澄清了模糊的认识，而且锻炼了科研攻关能力，培养了严谨求实的科学作风。
4合理设置评价标准
传统的考核方式是期末笔试，这种方式不能客观、准确地评价学生的学习情况。我们结合教学的各个环节采取多元化综合评估，将总成绩划分为：课程总成绩=期末笔试(70%)+平时成绩(10%)+研讨课成绩(10%)+实验成绩(10%)。其中平时成绩由作业完成情况、期中测验及出勤情况组成。这种方式不仅较好地配合了教学全过程，而且比较全面地评价了学生对课程的掌握情况，有利于提高学生的学习兴趣、变被动学习为主动学习。
5结束语
近年来，为了培养学生分析和解决问题的能力，提高学生的综合素质，我们结合学院实际情况，对通信系统课程进行了一些教学改革和探索，取得了一些成果，比如课堂教学多次受到学院教学督导组表扬，任课教师多次获得学院教学质量奖；学生对该课程的学习兴趣浓厚，动手能力、表达能力和团队精神均有大幅度提高。但是我们仍有很多不足，比如实验环节缺乏应有的硬件实验环境；课后交流缺乏完善的网络教学平台等问题。今后，我们会在进一步提高自身教学和科研水平的基础上，继续加大通信系统课程改革力度，开发硬件实验环境，建立完善的网络教学平台，使之成为我系最具特色的优质课程之一。
参考文献
[1] 牛忠霞，冉崇森，刘洛琨，等.现代通信系统[M].北京：国防工业出版社，2003
[2] 啜钢，王文博，齐兆群，等.移动通信精品课程教学改革实践与探讨[J].北京邮电大学学报，2009，11(4)：85～90
[3] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008
[4] 蒋铃鸽，黄继翔.通信原理多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009：31(3)：95～97
关键词：通信系统；教学改革；教学方法
Teaching reform and exploration on communication system
Wang Bin, Huang Yan, Xu Yin
Information engineering university of P.L.A., Zhengzhou, 450002, China
Abstract: According to the professional, comprehensive and fast updated characteristics of the course of communication system, the practice and exploration are made to improve the overall quality of students. Through the aspects of advanced teaching contents, diversified teaching methods and means, optimized course experiments and objective and comprehensive evaluation system, the quality of teaching is further improved and the student’s awareness of innovation and autonomous learning ability are trained effectively.
Key words: communication system; teaching reform; teaching method
通信系统是信息工程专业的一门专业必修课，课程涵盖了多种典型无线通信系统，包括微波中继通信系统、卫星通信系统、短波通信系统和移动通信系统的基本结构、原理和技术。课程通过具体典型通信系统的剖析，旨在加深学生对通信基础理论的理解和掌握，提高学生分析和解决问题的能力。
笔者结合多年教学实践经验，以培养学生的实践能力和创新能力为目标，以提高学生的综合素质为核心，以教学内容和教学方法的改革为出发点，从教学内容、教学方法、课程实验和考核评价4个方面进行了改革与探索，并取得了较好的效果。
1精心安排教学内容
教学内容的选取和组织反映了课程的教学理念。我们在《现代通信系统》教材的基础上，以应用需求为牵引，以基础理论、基本技术和方法作支撑，适当融入前沿理论和技术，达到知识体系脉络清晰、重点突出、基础与前沿兼顾和理论与实践结合的目标。
1.1 以“系统”的观念引领教学，做到内容全面、重点突出
通信系统是以具体通信系统为对象，介绍现代通信理论、差错控制和数据压缩等理论在不同系统中的应用。如果将通信系统比喻成一座桥梁，通信原理、信道编码和信源编码等课程则是构筑这座桥梁的桥墩。在教学过程中，我们注重相关课程间的联系，将“系统”的思想贯穿始终，对于所涉及的前期课程知识，突出其在系统中的作用，淡化基本原理和技术等重复性内容，使学生从系统的角度深刻理解相关理论和技术，重点培养学生对有关基础理论和技术的灵活应用能力。比如，典型数字通信系统中包括信道编码环节，通过前一学期信道编码课程学习，学生已经掌握了具体的编码和译码方法，在教学过程中，我们突出信道编码在系统中的作用，比如在“信道编码有助于提高系统传输可靠性”这一结论的基础上，引导学生推出“在相同误码率下，采用信道编码可以允许降低发送端的发射功率”和“在相同误码率下，保持发送功率不变，采用信道编码可以提高信息传输速率”等结论，这些结论在频带受限和功率受限系统设计和评估上是有用的。近几年的教学实践表明，以“系统”为主线将众多孤立的知识点贯穿起来，不仅有助于解决大量知识点与较少学时之间的矛盾，而且有助于学生加深对前期课程的理解和应用，形成“系统”的思维方式。
1.2 根据专业方向和应用需求选择教学内容，做到理论与实践相结合、教学与科研相结合
通信系统是在某种特定传输媒质上，信息由信源发送到信宿所需要的设备和技术的总和(如图1所示)。不同专业的教学侧重点不同，比如对于通信工程或者电子工程专业的学生，系统中硬件设备的组成和工作原理是重点。我系的信息工程专业主要面向通信信号分析和处理，我们将教学重点放在通信技术、信号处理算法和通信协议的分析和应用。在教学过程中，我们注重物理意义、数学建模和工程实现相结合，适当地将我们的科研成果和研发经验融入教学，如结合笔者承担的河南省基础与前沿项目的研究成果，将信道盲辨识与盲均衡理论和技术引入到短波通信系统中的接收机设计中；结合课题组的某型号卫星接收机研发项目，将卫星多载波时分多址的概念和关键技术带入课堂。同时，根据应用需求，我们从2008年开始逐步增大了通信协议教学力度，增加了卫星DVB-RCS通信协议和短波第三代自适应通信协议，并编写了补充教材。
图1 通信系统构成示意图
1.3 通信技术飞速发展，通信系统的教学内容必须与时俱进才能保持先进性
多年来，我们在突出基本理论和技术的同时，注重新技术和通信领域大事件的跟踪，结合通信技术的时效性调整教学内容。比如，结合现代通信发展趋势，2008年我们在绪论中增加了“认知无线电”的概念；在卫星通信系统方面，密切跟踪我国广播电视卫星的发展，将“鑫诺3号”和“鑫诺6号”卫星的发射和运行情况及时带入课堂，并于2008增加了卫星DVB-RCS通信系统有关概念和通信协议；移动通信方面，我们于2007年引入4G移动通信系统概念和关键技术，2009年增加LTE有关概念和发展现状；短波通信方面，于2009年增加了短波第三代自适应通信系统等内容。教学实践表明，先进的教学内容对学生提高学习兴趣和培养学生对新技术的敏感性很有帮助。
2灵活运用教学方法与手段
教学是通过教与学的思想交流，引导学生学习、思考、质疑、探索和发现的过程。在这个过程中，学生获得的不仅是知识，更重要的是发现和解决问题的能力。通信系统课程涵盖面广，知识点繁多，很多知识比较抽象，容易使学生产生枯燥、畏难以及厌学等情绪。教师必须灵活运用各种教学手段，创新教学方法，吸引学生，使学生能够跟随教学的步调，进行教与学的思想交流。
(1)在教学手段上，我们充分利用多媒体技术，将静态的知识动态化、过程化，有利于激发学生的学习兴趣，加深对课程内容的理解。我们利用Powerpoint和Flash动画技术，将一些比较抽象的分析过程和通信过程用动画形式形象地呈现出来，比如，ALOHA信道利用率分析过程；卫星通信系统中SPADE通信过程和卫星DVB-RCS系统中新用户入网过程等。我们利用Simulink和Matlab现场演示某些通信系统的工作过程并分析其性能，这种方式能够动态显示各环节的时域信号波形和频域波形，而且可以观察系统参数对误码率性能的影响。比如，直接序列扩频系统中信号在扩频前后时域和频域波形变化和误码性能分析；信道编码在通信系统中的作用及性能分析等。
(2)在教学方法上，我们从学生的实际情况出发，灵活运用启发式、问题式和研讨式教学方法。通信系统是在通信原理和信道编码等课程基础上的综合和提高，虽然学生已经具备了一些基础知识，但是这些知识往往是孤立的、抽象的甚至是教条的，缺乏利用基础理论分析和解决实际问题的能力。为了激发学生积极思考、提高分析问题能力，课堂上经常结合一些具体应用提出问题，学生必须通过综合分析和思考才能给出答案。比如：直接序列扩展频谱通信接收机先解扩再解调与先解调再解扩有什么不同；为什么通信过程中的公共信令或者前导码部分常用BPSK进行载波调制等问题。解答过程中要充分尊重学生，鼓励学生发表自己的见解，引导学生积极思考和讨论。另外，由于知识的获取与启迪除了有赖于课堂教授的讲解，更重要的是透过与他人见解的交换与概念的澄清。我们在研讨式教学方面进行了一些尝试。第一，结合有关章节邀请具有丰富工程实践经验的教师或工程技术人员授课、座谈，由于他们对有关原理、应用和发展现状具有更深刻的认识，可以从不同角度丰富学生的视野，通过互动交流解决学生学习以及思想上的一些困惑。第二，我们根据教学内容设计了一些具有综合性、设计性和实践性的题目，以大作业的形式分配给学生，学生根据不同题目组成研究小组，通过查阅资料、分析设计、仿真验证、撰写论文和汇报交流等环节完成作业。在各环节中教师发挥指导作用，即深入各小组帮助制定研究方案、讨论分析仿真结果、辅导学生汇报和组织讨论。整个过程要充分发挥学生的主观能动性，培养他们发现问题和解决问题的能力，锻炼团队合作能力，提高语言沟通和表达能力。
3优化课程实验
为了培养具有扎实基础、较强动手能力和创新意识的高素质人才，必须加强实验教学环节的建设。我们根据学院的实际情况，充分利用计算机仿真实验的便利条件，合理配置演示性、验证性和设计性实验。演示性实验以教师为主体，包括课堂演示和深入科研一线现场示教等环节。验证性和设计性实验则是以学生为主体，根据教师设计的实验题目展开实验。目前，我们设计的实验内容见表1，每个题目中包含一个验证性实验作为其它设计性实验的参考范例，该实验给出仿真基本框架和参考例程，帮助学生入门、引导学生进行设计。系统仿真实验采用Matlab/Simulink工具软件，Simulink是基于时间流的链路级仿真方法，可以将仿真系统建模与工程中通用的方框图设计方法统一起来，更加方便地对系统进行可视化建模，并且仿真结果可以近乎实时地通过可视化模块显示出来。系统中的各模块可以采用Simulink库中的模块，也可以自己用Matlab编程实现，然后通过S函数形成自定义模块。
表1通信系统实验
注：斜体字为验证性实验
实践表明，在验证性实验的基础上开展设计性实验对提高学习效率、提高学习积极性效果明显。通过课程实验，同学们不仅加深了对课程内容的理解，澄清了模糊的认识，而且锻炼了科研攻关能力，培养了严谨求实的科学作风。
4合理设置评价标准
传统的考核方式是期末笔试，这种方式不能客观、准确地评价学生的学习情况。我们结合教学的各个环节采取多元化综合评估，将总成绩划分为：课程总成绩=期末笔试(70%)+平时成绩(10%)+研讨课成绩(10%)+实验成绩(10%)。其中平时成绩由作业完成情况、期中测验及出勤情况组成。这种方式不仅较好地配合了教学全过程，而且比较全面地评价了学生对课程的掌握情况，有利于提高学生的学习兴趣、变被动学习为主动学习。
5结束语
近年来，为了培养学生分析和解决问题的能力，提高学生的综合素质，我们结合学院实际情况，对通信系统课程进行了一些教学改革和探索，取得了一些成果，比如课堂教学多次受到学院教学督导组表扬，任课教师多次获得学院教学质量奖；学生对该课程的学习兴趣浓厚，动手能力、表达能力和团队精神均有大幅度提高。但是我们仍有很多不足，比如实验环节缺乏应有的硬件实验环境；课后交流缺乏完善的网络教学平台等问题。今后，我们会在进一步提高自身教学和科研水平的基础上，继续加大通信系统课程改革力度，开发硬件实验环境，建立完善的网络教学平台，使之成为我系最具特色的优质课程之一。
参考文献
[1] 牛忠霞，冉崇森，刘洛琨，等.现代通信系统[M].北京：国防工业出版社，2003
[2] 啜钢，王文博，齐兆群，等.移动通信精品课程教学改革实践与探讨[J].北京邮电大学学报，2009，11(4)：85～90
[3] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008
[4] 蒋铃鸽，黄继翔.通信原理多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009：31(3)：95～97