非电子类专业通信原理课程教学探讨

2021-07-12李全忠吴嘉婧

科技视界 2021年9期

李全忠吴嘉婧

（中山大学<计算机学院>，广东广州 510006）

通信原理是一门专业性很强的课程，它阐述的概念非常抽象，涉及的数学推导非常繁杂，呈现的理论艰深晦涩[1]。此外，它的开设往往与实验课配套。但在非电子类专业作为选修课开设时，由于课时、场地和设备等因素的限制，往往只开设理论课而没有实验课程。因此，在非电子类专业的教学中，会遇到很多与电子专业教学不一样的困难。

1 非电子类专业通信原理教学存在的困难分析

1.1 学生缺乏必要的专业知识

通信原理课程有一门非常重要的前导课程就是信号与系统课程，它也是电子类专业的一门必修课[2]。信号与系统课程讲授很多与信号、系统相关的专业知识，比如，信号的频谱、频谱密度、线性系统的传输函数等。然而，这些相关的知识是学生理解信号在通信系统中传输过程的基础。由于非电子类学生缺乏信号与系统课程的学习，不具备与信号、系统有关的专业知识，无法理解在通信系统中传输的是什么、如何传输、传输后又变成了什么。学生缺乏必要的专业知识背景，给对非电子类学生的教学带来了很大困难。

1.2 教学缺乏配套的实验课程

在非电子类专业进行通信原理课程的教学，往往是只有理论课程，而缺乏相应的实验课程。由于没有设置实验教学，学生对通信过程中所涉及的一些概念、原理和准则缺乏直观和形象的感受，所有的理解都只停留在纸面上，对课程内容产生一种抽象、艰深、晦涩的印象，增加了对课程内容的理解难度。此外，学生缺少动手实验的机会，也使得学生感受不到通信的有趣现象，得不到重现某种通信过程的快乐感和成就感，从而降低学生学习通信课程的热情和动力，进一步导致了教学效果的低下。

1.3 教材存在繁杂的数学推导

通信和数学从来不分家的。从香农的信息论开始，关于通信的很多概念、原理、规律都是用数学来描述的。同样，通信原理教材中存在大量的数学公式[3]，包括傅里叶变换、微分、积分、三角函数等。而这些繁杂的数学公式使得非电子类专业的学生很难理解、推导和掌握，从而使得教师在讲授相关的概念、原理及规律时，难于与学生进行互动和交流，也难于清楚知道学生的理解和接受程度。而关键的是，这些数学推导又是学生理解通信概念、原理和规律的基础。这也使得通信原理课程对数学基础不好的学生变得不友好起来。

2 非电子类专业通信原理教学措施

针对通信原理在非电子类专业教学中存在的困难，结合作者实际的教学经验，给出以下一些教学措施以供读者参考。

2.1 抽象概念形象化

通信原理课程中涉及的概念是非常抽象的，尤其是通信是描述信号传输过程的，而关于信号特征的一些概念，如频谱、自相关函数等，对缺乏信号与系统相关前导课程学习的非电子类专业学生来说，显得尤为抽象难理解。此时，把抽象的概念进行形象化的教学或许是一种不错的办法。比如，作者把周期信号的频谱比作五线谱和大海的波浪，把自相关函数与生活中的股票关联，进行形象化的讲解后，大部分的学生都对信号的频谱和自相关函数的概念有了直观的理解。这说明把通信原理课程中涉及的概念进行形象化的教学的效果是不错的。

2.2 数学推导就简去繁

通信原理的教材中存在大量的数学公式，如果直接对这些公式进行详细的推导和讲解，会有一种把通信原理课程上成数学课程的感受，而遗憾的是，大多数非电子类专业学生的学生（如计算机专业学生）对数学是不感兴趣的，这显然会降低学生听课的热情和专注度。由此，对教材中的数学公式进行详细推导和讲解的方法并不可取。作者尝试把详细的数学推导改成带流程图式的思路讲解，并配上一些动态图来展示整个推导过程。以2PSK 信号的判决门限为例，作者制作一些思路流程图，并向学生展示了随判决门限的改变时2PSK 信号总误码率的变化动态图，使得大部分学生较容易地理解了2PSK 信号的最佳判决门限。

2.3 仿真演示取代实验

在非电子类专业中，通信原理课程一般只安排理论课程教学。由于缺乏实验课程，学生对通信的一些概念、原理和规律缺乏一个探索和渐近认识的过程。此时，作者尝试用仿真演示的方法来取代实验室的真实实验操作，向学生讲解一些概念、原理和规律。比如，作者用MATLAB 仿真平台，模拟了2PSK 调制的过程[4]，并向学生展示了在不同信噪比下，不同判决门限下，2PSK 调制的总误码率的变化规律，而这对非电子类专业的学生来说，是直观且是可以自己重复实现的，大大增加了学生对通信原理学习的热情和积极性。

2.4 理论联系实际生活

通信原理课程的理论是抽象的，但幸运的是，这些理论在人们的日常生活中都可以找到应用的例子。随着智能手机的普及，学生几乎人手一部手机，而手机又涉及丰富的通信知识，因此，手机能成为通信原理课程的一个非常实用的工具和例子。例如，作者在讲授数字调制时，就以手机的蓝牙功能为例子。作者请学生取出手机，并尝试与邻座的同学进行密码匹对，此时作者将会尝试让学生思考这些数字密码是如何调制发送的，接着讲解相应的数字调制方式。这种做法使得很多学生对数字调制产生了深刻的印象。由此，把理论和实际生活联系起来，能很好地帮忙学生理解课程中的那些抽象的理论。