何鹏 汪洋 蔡睿妍

［摘           要］  分析了国内外通信原理典型教材体系，调研了企业对通信应用型教材建设的具体意见，讨论了应用型通信原理教材建设的具体内容，结合团队在服务台州民营经济高质量发展和指导学生参加学科竞赛中建设的通信原理应用型课程，介绍了面向工程师培养的应用型教材编写思路和体会。

［关    键   词］  应用型教材；课程思政；工程案例

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                        ［文章编号］  2096-0603（2023）30-0121-04

教材建设是应用型本科院校专业建设、课程教学的核心，而教材是教学内容和教学方法的知识载体，也是课堂教学改革的基本工具。近年来，智慧教室的普及带来了高等学校教学技术的重大变革，出现了立体化多媒体教材、全媒体数字教材、MOOC数字教材、网络在线学习资源教材等新形态教材，研讨式教学、案例式教学、翻转课堂等教学方式方法被专业教师广泛采纳，学生逐渐接受个性化学习、开放式学习和泛在学习，E-learning已经成为新时期大学生常态。本文结合台州学院智能马桶科技小分队在服务台州民营经济高质量发展和指导学生参加学科竞赛中建设的通信原理应用型课程，介绍了面向工程师培养的应用型教材编写思路和体会。

一、应用型教材建设调研

团队采用座谈会、微信问卷调查、走访和文献检索等方式展开应用型教材建设调研，收集了相关数据，并对收集到的意见和建议进行统计分析，整理出统一的意见和建议，形成了应用型教材调研成果。

（一）通信原理教材现状分析

团队检索了公开出版的中文教材和部分英文教材。比较有代表性的英文教材有J.G.Proakis编著的《通信系统工程》、Simon Haykin编著的《通信系统》、Bernard Sklar编著的《数字通信基础与应用》、Robert G.Gallager编著的《数字通信原理》、Andrea Goldsmith编著的《无线通信》、David Tse编著的《无线通信基础》。这几种英文教材都有相应的中译本，其中Simon Haykin和Robert G.Gallager所著教材国内有原文影印版。这些英文教材未必完全适用于国内的教学和实践环境，但它们在教学内容、教学方法、知识体系及实践案例的选择等方面都具有一定的参考价值，可以帮助我们更好地构建应用型教材。

国内通信原理的教材种类繁多，例如曹志刚等编著的《现代通信原理》、樊昌信等编著的《通信原理》、周炯磐等编著的《通信原理》、李晓峰编著的《通信原理》、隋晓红等编著的《通信原理》、龙光利等编著的《通信原理》等。这些教材在内容编排、讲解方式等方面存在诸多差异，每份教材的优缺点也不尽相同。曹志刚等编著的《现代通信原理》注重通信系统的数字信号处理技术，涵盖了OFDM技术、MIMO技术、Turbo编码等现代通信技术；樊昌信等编著的《通信原理》则从传统的通信信道模型出发，介绍了各种调制、信道编码与纠错技术；周炯磐等编著的《通信原理》则注重从微观观察声光电信息的物理机理，解释信息传输过程中的各种现象和问题。

根据教育部的数据资料，2020年全国普通高等学校共有3012所，开设电子信息工程专业的高校为646所，涵盖了不同性质的高校类型。由于公认樊昌信等编著的《通信原理》简单易懂，教材体系严谨，注重概念的解释和图示，使得难懂的理论和工程应用都变得更加易于理解，故而其被国内600多所高校选为本科教材，影响巨大。但是，在教学实践中该书存在公式推导多、工程案例少并且与实际情况脱节，部分内容落后于通信技术现实发展等问题，导致部分地方普通高校学生在学习通信原理课程时存在畏难情绪，认为课程难度较大，缺乏互动和实践机会，难以理解和掌握。此外，其他国内为通信原理国家级精品课程、国家级一流课程、国家级精品资源共享课、国家精品在线开放课程配套的教材同样被许多院校采纳，该类教材的内容编写比较严密而系统，相比于应用型本科高校，实则更适用于研究型大学学生使用。

类似中兴通讯学院编著的《对话通信原理》、陈爱军编著的《深入浅出通信原理》、杨学志编著《通信之道从微积分到5G》、张力编著《通信之美》等都可以用作应用型本科高校的读物。这些读物的作者都是有着多年通信行业从业经验的工程师，导致以上读物科普内容多，知识结构偏向某一特定工程领域，适合作为MOOC配套资源供学生课外阅读。与传统教材相比，这些教材不容易构建学生的知识体系。应用型本科高校的《通信原理》教材应该注重实践性、工程案例、实用性和综合教学，这样才能更好地满足应用型本科高校通信专业学生的学习需求，提高学生的实践能力和综合素质。

（二）企业调研結果

团队分别走访了杭州海康威视数字技术股份有限公司、宁波波导卫星科技有限公司、浙江水晶光电科技股份有限公司、台州盛林光电科技有限公司、台州观宇科技有限公司、中国移动台州分公司、欧路莎股份有限公司、浙江星星便洁宝有限公司、艾特智能科技（台州）有限公司、浙江永源汽车有限公司、台州瀚创医疗器械科技有限公司、西马智能科技股份有限公司等不同工艺、设备特点的企业，下发了调查问卷，被咨询人员涉及建设、生产、管理、服务等一线岗位，具体得出如下调研结果。

1.随着物联网技术的不断发展，出现了越来越多的具有通信功能的电子产品。例如在智能家居领域，利用通信原理知识可以实现家电之间的相互联通，实现更加智能化的家居体验；在智能交通领域，利用通信技术可以实现车与车之间、车与路网之间的通信，从而使车辆能够实现自主行驶。因此，具备通信原理知识的人才在物联网时代具有重要的价值和意义。

2.认可课程思政建设的必要性。课程思政建设的实施是学生职业素养教育的重要举措之一，它对于提升学生综合素质尤其重要。在课程思政建设过程中，专业课程不仅要传授学科知识，而且要对学生进行思想引导，浸润学生的思想、观念、价值取向和职业素养，提高其思想品质和文化素养，以及职业道德和创新能力，帮助学生补充和积累实践经验，以更好地适应未来的职业挑战。

3.通信理论重于通信系统设计，应该按信息论与编码组织课程体系，即按信息论基础、信源压缩编码理论与信道编码理论等组织课程体系。在通信工程教育中，信息论与编码是通信理论的核心内容之一，是学生理解通信理论的一个重要入口。针对信息论与编码的教育，应该以信息论基础、信源压缩编码理论、信道编码理论等内容为主线，辅以实际案例和实验操作，使学生掌握通信理论的基本概念、原理、算法和方法，并在此基础上掌握常用的通信信号处理、调制解调、信道编码解码等通信系统设计方法。通过这样的教育能够帮助学生建立扎实的基本理论和综合技术能力，从而为其未来的通信工程实践奠定坚实的基础。

4.通信原理的具体应用重于通信原理本身，按照通信原理与应用相结合的原则，设计课程体系。从调制、传输、多路复用、调频等通信原理出发，结合应用进行教学，例如通过调幅、角度调制等通信系统的案例来介绍调制技术，在连续波调制通信系统、数字信号的基带传输、数字信号的载波传输等方面介绍传输技术。通信理论和技术应用应该是相互依存的，这样可以让学生在深入理解通信原理的同时，掌握应用于实际通信系统设计中的技术知识和工程实践。

5.课程应该教会学生最基本的模拟通信和数字通信原理，教会学生如何在不断变化的市场上合理选用集成电路芯片、发射/接收电路、软件无线电组成所需要的通信系统。这些内容不仅可以帮助学生了解通信设备的组成和工作原理，还可以使他们了解到不同技术的适用范围和特点，以便在实际的应用中进行合理选择。此外，实践课程是非常关键的。通过实验课的方式，让学生亲自进行电子设备中通信系统的设计、安装、调试、标定、校验、维护和常见故障的处理等环节，可以帮助学生更好地理解和巩固所学知识，提高他们的实践能力和解决问题的能力。

（三）师生座谈会调研结果

座谈会代表包括电子竞赛指导教师、毕业设计指导教师、企业人员、往届生、在校竞赛生、在校考研生、普通在校生。座谈会调研结果具体如下。

1.企业人员认为学生应该具备设计并制作收发信机的能力，熟练使用先进射频仪器，会应用ADS、HFSS、ANSOFT等射频CAD软件，可以独立完成部件设计，了解高速数字信号处理的方法，在掌握初步的电磁兼容知识的同时可以绘制和定制射频印刷板，了解射频接插件、电缆、磁芯材料、屏蔽等知识。

2.教师认为理论知识能够决定学生的技术起点和技术高度，应用型教材建设不能忽视理论知识。对于通信系统而言，计算机仿真具有一定局限性，存在电路在仿真时工作很理想，实物制作的线路板却有差别，特别是NE555、文氏电桥等振荡电路的调试要求学生具有一定经验，故而要求学生在实验室动手实践。此外，希望通信原理课程能够适当向学生介绍一些在工程实践和电子竞赛中大量使用的新器件，例如仪表放大器、开关电容滤波器、模拟乘法器、串行ADC/DAC等。

3.学生普遍认为通信原理前置课程多且难，希望应用型教材能够平衡理论知识和企业工程实际。建议编写教材时参考陈龙等编著的《数字电子技术基础》，强化计算机仿真建模等现代设计方法。编写应用型通信工程教材时，应该注重实战能力训练、加强现代设计方法和计算机仿真技能培养，平衡理论和实践，帮助学生更好地掌握通信工程的相关知识和技能，提高就业竞争力。

二、《通信原理》应用型教材编写方案

（一）课程思政融入应用型教材

结合OBE理念，引入思政案例等对学生进行思政教育。借助应用型教材中的互动视频、MOOC视频、工程案例等来实现课程思政，在教材中增加“5G标准之争”“振华风光”“润石科技”“开关电容滤波器”“智能马桶雷达检测”“渔船无线电通信”等6个案例。例如“5G标准之争”介绍华为和高通的专利布局纷争，分析了移动通信技术从1G到5G的发展历程，自然且潜移默化地对学生进行价值引领。“智能马桶雷达检测”介绍台州智能马桶生产企业的技术升级改造，介绍雷达技术在智能家居中应用的同时，融入刘永坦院士事迹介绍，激发学生对科学事业的热爱，培养学生创新意识和家国情怀。

（二）应用型教材建设基本内容

1.紧盯行业一线，在智能马桶1139科技小分队服务地方企业的过程中，针对企业的需求，定制研究和开发课题。转化来自企业或行业的需求和问题为教育和研究课题，并依托校内学科平台，进行研究和开发工作，完成课题成果转让后，总结工程案例反馈课堂教学，更好地贯通校园与企业，形成人才源与职业领域的更紧密互动。充分考虑企业实际需求，借鉴企业实际案例精选实验项目，把最新的技术和应用案例融入教学中，帮助学生掌握最新的技术和能力。结合学科发展趋势，紧跟科技前沿，研究热点问题，拓展学生的知识面；结合教师的科研课题，将之延伸到课堂和实践教学中，培养学生的科研意识。合理组织教学内容，压缩理论推导，凸显工程实际，以提高学生的学习兴趣。增加实验实践课时，以练代学，以学促练，培养学生的实践动手能力，为学生参加实际应用型竞赛奠定基础。

2.数字案例教材是应用型教材的重要组成，便于教师结合案例教学开展教学工作，使学生在有效的课堂时间内尽量多地学习通信系统知识。在课下对学生进行分组，并為每组分配与通信系统相关的教学案例，让其进行自主学习。编写数字案例教材时以案例作主线，把知识点有效串联，构成知识体系。把课程众多知识点合理分解到多个典型案例中，使杂乱的知识点形成一个有机整体，让学生有目的地系统学习。在编写数字案例教材时，注重案例的选择，尽量选择能够覆盖重要知识点的实际案例，同时尽可能贴近工程应用场景，避免编写过分简单或者过于复杂的案例，让学生能够理解和掌握所学知识。在案例分析过程中，融课本知识与工程应用于一体，使学生拥有初步的工程应用能力，有利于培养创新思维和工程实践能力。

3.引进Matlab、Quartus II、ADIsimPLL、Optisystem和SystemView等工程软件，以案例分析方式引导学生解决通信系统设计问题，通过具体的案例引导学生进行学习和实践。例如，可以模拟一个通信系统的原型，利用Matlab进行信号处理和数据分析，利用Quartus II进行数字电路设计和FPGA实现，ADIsimPLL引导学生进行环路滤波器的设计，利用Optisystem和SystemView进行光纤通信和数字信号传输系统的仿真和测试。这样的案例分析方式可以让学生在实践中不断地探索和实验，不仅能够提高他们的实践能力，还能够检验学生所学知识的应用效果，深化学生对通信系统设计的理解。帮助学生在不接触真实通信系统的前提下完成案例分析并撰写课程论文，从而全面理解通信系统各层面的内容。

4.电子设计竞赛反映了电子信息学科的发展动向及新技术、新设备的采用，编写应用型教材要确保理论知识点足够，另一方面，应用型教材要适时而又适度地将大学生电子竞赛的内容予以体现。大学生电子竞赛通常会涉及FPGA、ARM嵌入式系统、机器视觉等前沿领域的知识和技术，这些内容在传统的电子教学中可能不会被涉及或者只会被简单介绍。因此，应用型教材需要将这些内容适时地引入，并针对具体竞赛项目进行深入讲解，以便学生能够直观地了解这些新技术和新设备的实际应用。团队总结了教材《通信原理》中对应通信知识点的电子设计竞赛题（见表1），当然教师可以根据每年电子设计竞赛情况适当增减内容。整本书降低了通信原理理论难度，各章、节增加了往届电子设计竞赛题内容分析。

（三）配套新形态数字云教材建设

随着MOOC教育的普及，作为专业核心课程，普通高校开设的通信原理课程大多已经用MOOC方式教学。目前，MOOC教学仍然存在一定不足。例如课程缺乏个性化和互动性，无论是授课视频还是课后作业，学生与教师单独交流的机会少，MOOC内容也很少根据学生的个性化需求进行调整，这会使学生对学习过程感到枯燥乏味。即使MOOC大多提供了学习论坛，可是学生明显缺乏学习状态下社交意愿，导致MOOC互动性差，学生参与度较低。由于MOOC题库的题型限制，学习效果统计不够智能，教师评价学生的学习表现和掌握程度产生困难。针对这些问题，需要改进MOOC的设计和实施，注重学生个性化需求和教学互动，加强学生的自我评估、互评和师生之间的互动交流，同时也需要将人工智能技术引入MOOC教学，以提高MOOC的教学效果。

1.在MOOC中引入互动视频增强学生的学习体验和参与度，解决MOOC缺乏互动性的问题。互动视频将传统视频中的观看体验升级，增加了学生与教师之间的互动，让学习变得更加有趣且有效。在MOOC视频中插入问题或提示，引导学生选择答案，可以在帮助学生理解分支和多选选项的同时，增强学生的参与度和记忆力。在学生回答问题后，视频中立刻呈现正确的答案和答案解析，帮助学生更好地理解知识点。还可以加入分支选择，让学生更加积极地选择不同的自我探索路径，增加了学习的深度和广度。交互式演示视频帮助学生亲身体验假设情境，提高学生的参与度和学习效果。

2.在MOOC中引入人工智能技术解决学生的个性化需求。通过智能推送可以帮助学生更有效地学习和掌握课程内容，从而提高学生的学习效率和兴趣。智能推送可以根据学生的学习进度和表现智能地推送相关的知识点，同时根據学生的学习进度和答题情况自动调整难度和内容，自动分析错误原因，然后推荐相关的知识点和练习题目帮助学生弥补知识漏洞，提供更符合学生需求的学习体验。智能推送还可以跟踪学生的学习进度和兴趣，建议他们可以继续探究哪些课程内容或学习资源，促进学生更全面地了解相关知识。

3.在智慧教室使用新形态教材可以大大提升教学效果和学生学习体验。智慧教室中的交互式白板可以将新形态教材中的图片、图表等内容进行放大、旋转、搭配演示，帮助学生更好地理解和记忆相关知识点。教师可以将数字化的教材内容进行图像化、视频化、音频化等处理，将抽象的知识点转化为具体的形象化展示，使学生更加容易理解和接受细节信息。智慧教室可以提供学生交互式的学习体验，比如学生可以在电子屏幕上完成有趣的小测验，或者在投影屏幕上与教师、同学进行热烈讨论，这种互动式学习可以提高学习的参与度和效果。新形态教材也可以通过统计分析学习数据，为教师提供深度的教学见解和调整建议，提高教学效率和质量。

总之，数字云教材不仅可以给学生提供更加丰富、直观、生动的教学内容，同时还能给教师提供更加灵活、便捷的管理方式，使教学变得更加高效、科学、个性化。把云计算、大数据和人工智能技术引入新形态数字教材势在必行。

三、结束语

应用型教材建设是一个与企业合作整合教学大纲与教学内容、改进教学方法与手段、精选实验项目及体现应用型的过程。应用型教材注重智慧教室、嵌入二维码的纸质教材、数字案例教材的一体化设计，结合课程思政精心设计案例，与“学习通”等网络平台相互融合，考虑大学生电子设计竞赛的新情况，不断充实和改进知识点。另外，还需要继续加强实践环节的训练，在实施中应紧跟行业发展，提供更多密切联系生产实际的设计题目，提高学生的动手能力，培养学生独立思考、解决实际问题的能力。

参考文献：

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