齐国红

郑州西亚斯学院 郑州 451150

0 引言

2022年2月18日，河南省教育厅发布了《河南省教育厅办公室关于印发河南省本科高校“课堂教学质量提升年专项行动”实施方案的通知》，文件指出，要深化本科教育教学改革，发挥好课堂教学的人才培养主渠道、主阵地、主战场作用，切实提高本科高校课堂教学质量和育人水平。民办高校作为培养学生的重要场所之一，在国家有关课堂教学质量提升方面发挥着重要作用，郑州西亚斯学院已经发布了有关“课堂教学质量提升年专项行动”实施方案。

笔者所在学校通信系统课程设计是一门实践性很强的综合设计类课程，在课程进展过程中，前期讲授的是基本通信理论和如何搭建基本模型框图，后期是利用通信理论知识构建实际通信系统的模型并进行仿真[1-2]。学生在前期学习通信基础知识的时候，对通信的原理和技术等相关知识理解不透彻，导致其在进行通信系统项目构建时，不能搭建正确的模型，尤其是不能正确设置通信系统中的相关参数[3-4]。

因此，为了提升学生对知识的掌握水平，加强学生对实践项目的综合设计能力，达到教学所要求的知识目标和能力目标，课题组提出对通信系统课程设计进行教学改革和创新[5]。

1 理论研究和实践探索现状

通信系统课程设计是针对通信工程专业开设的一门专业实践课程，是以通信原理、移动通信原理等基本理论为基础，进行通信系统模型构建。该课程涉及理论较多，学生普遍反映内容抽象、理解难。而通信实景的实验能够提高学生对通信相关原理和通信设备连接之间的理解，是一种直观且有效的学习方式，但是目前通信实景实验中存在如下问题。

1）实验场地环境要求高。实际通信环境需要满足远距离通信，且满足在地形、障碍物和恶劣天气下信号的通畅，学校的通信系统实验室难以满足实验所要求的场地环境。

2）实验成本高。实际通信场景需要配备机房、基站、光纤和网络等设施，其中机房需要配备监控、天线、空调和电源等设备，这些设备体积较大且价格昂贵，实验成本较高。

3）需要多次大型综合实验。通信系统所涉及环节较多，需要对每个条件进行实验，才能保证通信系统的性能，所以需要多次大型的实验，才能满足后期真正投入生产和生活使用。

截至目前，学校还达不到通信实景进行课堂教学的条件，因此，为了让学生掌握通信知识，同时理解整个通信系统的具体结构及参数变化对性能的影响，借助MATLAB 中虚拟仿真环境，对通信系统进行模型构建及仿真。在教学过程中，运用MATLAB 和Simulink 仿真软件并结合实际通信系统进行系统搭建，模型仿真。但是，由于学生对通信理论知识理解不够透彻，以致在课堂上进行公式推导、模型搭建和编写程序的时候，学生整体反映理论抽象、理解难。单一的公式推导、模型框图构建和系统参数设置，部分学生表现出厌学，不积极参与课堂教学，课后作业完成度低的问题。

为了活跃课堂气氛，提高学生学习的积极性，课题组对学校大学生行为习惯进行了调查。结果显示，由于大学生成长和学习环境的变化，部分学生的行为发生了如下变化：

1）不遵守班级规章制度，无视组织和纪律；

2）想通过其他不正当途径获取考试通过；

3）以自我为中心，享受当下，沉迷游戏、抖音、朋友圈等虚拟世界；

4）不关注国家和民族的命运。

这些变化最终导致这部分学生的世界观和价值观的改变，他们不再想着为明天而奋斗，没有对未来的追求，不去规划自己的学业和职业，不知道今天为谁而学习，明日为谁而奋斗。

接下来，又针对大学生的课堂学习情况和课堂表现情况进行了调研。在通信系统课程设计教学过程中，对于当堂所讲的理论知识，有的学生回答说不知道，即使是让他们通过手机等工具搜索，依然是照本宣科，不能理解。一部分学生愿意回答且回答正确，但即使和同学商量讨论，依然理解不了该理论在实际中的具体应用。有一部分学生主动回答且回答正确，但随着学习难度的加深，学习兴趣呈下降趋势。在课堂教学中，只有一部分基础知识扎实，对通信理论表现出兴趣的学生在认真听课，积极参与课堂活动，其他学生在做与课堂无关的事情，如图1所示为学生课堂表现情况。

图1 学生课堂表现情况

图1 数据显示，只有约17%的学生在课堂中认真学习，50%的学生在玩手机，剩下的学生有睡觉、说话和发呆的，有3%的学生不能按时到课堂。针对此种情况，对学生进行了走访和课堂谈话，结合学生的行为习惯、课堂学习情况，课题组总结出引起以上问题的四点原因。

1）学生的德育途径不够广泛。专业课教师在课堂上一般重点进行知识的讲授，很少进行德育知识的教育，即使是辅导员和育人导师，也只少量地开展思政方面的教育。

2）教学内容单一，理论深度与学生的基础不匹配。在以往的课堂教学中，教师普遍按照教材进行理论知识的分析、公式的推导、作业的讲解，很少将专业方面的新技术引入课堂教学中，这就导致学生学习内容单一，大部分学生不知道所学理论知识的具体应用，也不知道该专业领域的新技术，只有极少部分对专业感兴趣且学习主动性强的学生，自觉去查阅一些新技术，能够深度理解知识。

3）教学方法单调，不易引起学生的兴趣。传统课堂教学活动是“教师讲，学生听”，教学活动单一，师生互动很少，上课气氛不够活跃，不能够激发学生学习的兴趣。

4）教学工具不完善。由于近几年通信行业的迅速发展，通信行业涌现出了很多新技术，学生在学习的过程中，不但要学习基础知识，还要了解通信领域新知识，传统的板书和PPT 不能有效呈现新技术的特点。因此，亟须寻找新的能够动态呈现通信新技术的教学工具。

2 教学内容和教学目标

为了探索适合该课程教学改革方法，对教学内容和教学目标进行了梳理，制定了教学内容和教学目标。根据教学大纲，通信领域技术发展以及社会对通信人才的需求，将教学内容总结为三点：1）理解通信系统中的各种调制和解调方法；2）掌握通信系统的一般模型；3）构建基于MATLAB/Simulink 的通信系统模型，然后进行参数设置和仿真。之后，根据学生特点，围绕立德树人根本任务，结合教学内容和教学安排，制定了3 个教学目标，分别为知识目标、能力目标和素质目标，要求学生知识上达到理解各种调制和解调方式，掌握通信系统一般模型的目标；能力上达到能够构建基于MATLAB/Simulink 的通信系统模型及仿真的目标；价值上能够达到增强自我认同感、文化自信和民族使命感的目标。

3 教学创新改革思路和方法

3.1 教学创新改革思路

通信系统课程设计是建立在通信原理等基础课程之上的，内容涉及通信系统方面。考虑到大部分学生专业基础薄弱，以及学生的生活和学习环境、真实课堂表现情况、泛雅学习平台上自主学习数据和以往学生期末考试成绩，在教学创新改革中，首先，在教学内容上突出实践性和先进性，并引导学生的学习行为；其次，始终坚持以学生为中心，围绕立德树人，采用适合学生特点、教材情况和社会发展的教学方法；最后，在教学工具上，要突出本课程特点，选择直观性和可视化强，容易让学生理解的教学工具。

3.2 教学创新改革方法

针对学校有关教学改革和课堂创新的方针政策，学生的行为习惯和实际课堂学习情况和课堂表现情况，结合社会和学校对知识传授和思想教育的要求，本文以通信系统课程设计为例，构建“3个三融合”课堂教学新生态，形成以课堂为依托的新生态教学模式。第1 个三融合是指在教学内容方面，选择新形态教材、引入领先技术和融入思政元素三个方面的融合；第2 个三融合是指在教学方法方面，问题导入法、翻转课堂法和任务驱动法三个方面的融合；第3个三融合是指在教学工具方面，泛雅学习平台、可视化教学平台和虚拟仿真平台三个方面的融合。如图2所示为3个三融合课堂教学新生态教学创新方法。

图2 3个三融合课堂教学新生态教学创新方法

4 教学创新方法实施和教学效果

4.1 教学创新方法的实施

构建3个三融合的课堂教学新生态，通过教学内容、教学方法、教学工具三个方面进行课堂教学创新和改革，具体做法如下。

1）在教学内容方面，通过选用新形态教材、引入通信新技术和融入思政元素相融合，重塑课程教学内容。

①选用新形态教材。选用含有丰富虚拟仿真实例、实际通信应用场景的教材，配套可视性仿真及视频资源。

②融入通信新技术。将大规模天线阵列技术、全频谱技术融入课堂，并引入当今通信技术应用的一些案例。

③融入思政内容。找到专业知识与思政元素的关联点，将思政元素恰当融入课堂，以改变学生身心状况，端正学生学习态度，明确学习目标，自觉履行社会责任，从而提升学习兴趣和思想觉悟。

2）结合新形态教学内容特点，采用问题导向、翻转课堂和项目驱动相融合的教学方法。

①问题导向法。在上课开始，利用5 分钟时间通过身边的有关通信系统实例引入本节课知识点，基于实例，提出问题，引发学生思考，之后再通过课堂上的理论分析予以解决。比如在进行通信具体过程的讲解中，通过让学生观看Bilibili 网站的手机是如何实现通话的视频以及学生每天通信的过程，引入通信的具体实现过程，之后通过开展课堂理论知识的讲解，分析问题，最后解决问题。

②翻转课堂法。对于课堂所涉及的实例，在课堂完成之后，要求学生课堂现场讲解课程设计的整个过程。

③项目驱动法。由于本门课程实践性较强，按照教学计划，在具体开展教学过程中，每次课进行一个具体理论知识的讲解，学生并不能完全消化掉，为了强化理论知识，增强学生的实践能力，在完成课内小项目之余，在课程后4 周，给学生灵活选取项目的任务，并下达课程设计项目任务书，让学生按照要求完成通信系统相关项目。

3）在新形态教材、选择适用教学内容的基础上，教学工具采用泛雅教学平台、GUI 可视化教学平台和虚拟仿真软件。

①泛雅教学平台。为了丰富课堂活动，提升课堂效果，在课堂上，借助泛雅学习平台进行知识抢答、问卷调研、课堂讨论等活动。

②GUI 可视化教学平台。由于通信理论知识涉及公式较多，且公式推导复杂，“公式教学”单调，教学效果差。因此，利用GUI 可视化教学平台将正弦信号、音乐和语音等输入，并在课堂上进行结果展示，将生硬的公式形象化，充分调动学生的积极性和主动性。

③虚拟仿真软件。为了更好地呈现课堂效果，需要将通信设备和实际场景引入课堂，但是实际的通信系统对实验场地环境要求高、实验成本高昂和需要多次大型综合实验，因此，利用MATLAB/Simulink 对通信系统仿真。

4.2 教学创新方法实施效果

在2018 级通信工程专业中引入“3个三融合教学新形态”教学改革方法，与2017 级未进行改革的学生相比，学生积极主动地投入课堂学习，课下主动参加大学生创新训练项目，其他时间参加各种比赛。业余时间学生积极加入创新工作室、爱电工作室等，制作各种作品。

学生的精神面貌变得积极向上，课外活动得到拓展，学习成绩提高了，如图3所示为2017 级未进行教学改革班级和2018 级进行教学改革班级学习成绩分布图。

从图3 可以看出，小于60 分、60 ～69 分分数段人数明显减少，80 ～89 分、90 ～100 分高分数段人数明显增加，学生的学习成绩得到稳步提升。除此之外，学生积极参加集体和社会活动，尤其是假期期间，积极响应社区号召，参与疫情防控工作，认真践行了社会主义核心价值观。

图3 2017 级未实施教学改革班级和2018 级实施教学改革班级成绩对比分布图

5 结束语

通过在通信系统课程设计中实施“3个三融合的教学新生态”的创新教学改革，提高了学生的学习积极性和主动性，重塑了学生的世界观和价值观，课堂效果得到有效提升。在以后的教学实施中，将继续构建本课程的教学视频库，建立健全项目库，寻找思政元素在课程的融入切入点，并根据学生特点和学科发展，启用适用的教学方法和教学工具，形成一套适用于教学内容、教学方法和教学工具的效果评价体系。