通信原理问题式教学方法研究

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摘要：“通信原理”是电子信息工程专业非常重要的专业基础课程，针对该课程理论性强、概念抽象难懂的特点，在教学中采用了问题式教学法。初步教学实践表明,问题式教学法能够促使学生独立思考，激发学生的学习兴趣,提高学生解决实际问题的能力，使学生在与教师思辨、探讨的互动氛围中获得良好的学习效果。

关键词：问题式教学；通信原理；教学难点

“通信原理”是电子信息工程专业的必修课，它的先修课程是“信号与系统”“概率论与数理统计”，后续课程是“信息理论与编码”“通信电子线路”等，在基础课程的教学中起着承上启下的作用。本课程涉及公式定理较多，推导过程繁琐，且比较难于和实际相结合，相对枯燥的理论知识让大部分学生对课程的学习兴趣不大，缺少积极性和主动性，使课堂教学存在着一定的难度。针对课程特点，笔者在教学中采用了问题式教学法，使学生最大程度地掌握课程重点和难点，教学效果显著。问题式教学法从教学目的出发，在课前围绕教学内容提问，当问题被解决了，教学难点就迎刃而解了。教师应尽量做到提问有针对性，新颖有趣，以此激发学生的探究欲望，充分发挥学生的学习主动性。问题式教学法教学设计流程如图1所示。下面将以“通信原理”课程中的几个教学难点为例，介绍问题式教学法在本课程中的应用。

一、启发式提问

有效的提问方式是一门艺术，它不是下达命令或者布置任务，而是尽量联系实际形成问题的情境，引导学生主动思考，积极解决问题。若问题生僻无趣，学生不感兴趣，那么接下来的讨论也将无法开展，所以问题的引出非常关键。接下来以教学中的几个知识难点为例进行说明。比如，信道是课程中的一个教学难点，课前可以引导学生去思考：为何在一些大型建筑物附近、电梯或地下室里手机信号通常不好？在看新闻联播时，主持人与驻外记者视频通话时为何会有2秒左右的延迟？电视信号不好时图像失真是由什么原因引起的？以上都是和实际生活特别贴近的问题，很容易刺激学生的求知欲。带着这些问题，学生去查阅资料后就可以了解到：以上问题都和电磁波的传播特性密切相关，而电磁波传播的通道就是无线信道。接下来学生会有兴趣去了解产生这些问题的原因，变被动学习为主动。而对于信道容量这个知识难点，可以提出这样的问题：信道容量公式的典型应用就是扩频通信，早期的军事通信一般采用扩频通信，军事通信最大的特点是需要很高的保密性，那么这个保密性如何用信道容量公式去解释？提到军事通信通常很容易让人联想到截获信息、破译密码等带有一定神秘色彩的词语，会让学生不自主地想要去探究这其中的内在联系，激发学生的学习兴趣。再比如，对于无码间串扰的频域条件这个知识难点，可以先举例再提出问题：城市繁忙的十字路口需要制定相应的交通规则，遵守这个规则，车辆就可以不互相干扰，顺利通过路口。在通信系统中，若想消除码间串扰，对系统的传输函数也要有一定的要求，只要符合这个要求，数字基带信号通过这个系统就将不存在码间串扰，这个道理和交通路口的例子在本质上大同小异。那么系统的传输函数需要满足什么样的条件？此条件就是无码间串扰的频域条件。和实际生活贴近的例子让学生更容易接受相对枯燥的理论知识，带着问题去预习，学习效果将事半功倍。

二、互动式讨论

互动式讨论是在平等交流的基础上，让不同的观点碰撞交融，从而激发学生的探索和求知欲。提出问题后，一定让学生通过课前预习对问题有一个初步的了解，如果学生对问题不熟悉，互动将难以开展。在课堂上的互动环节，学生可以各抒己见，通过交换观点、小组辩论、互相提问，甚至是向老师提问的方式，在互动中寻找最优答案，从而达到开阔思路、熟悉教学内容的目的。比如学生经过查阅资料、互动讨论后得出结论，大型建筑物附近手机信号不好的原因是建筑物的材料对电磁波有很大衰减作用。教师此时应给出正确的建议和评价，适时适当地引导，告诉学生这是导致信号不好的一个因素，另外以地波方式传播的电磁波波长较长，具有很强的绕射能力，绕过障碍物传播了，就是说以绕射方式传播的信号接收不到了，这也是一个原因。另外电磁波的传播和频率距离、地形地貌、发射功率、天线仰角，甚至是白天黑夜等很多因素有关，给学生的讨论内容提供了更多的素材。教师可以列举生活中的实例，如讲一讲手机通信中盲区形成的原因，在夜晚听收音机为何能听到白天接收不到的远距离电台等，这些普遍现象可以用所学理论知识去解释，让学生感受到学以致用的乐趣。课堂上，气氛活跃的互动方式能够让学生印象深刻，使所学知识变得生动形象，并且记忆深刻。

三、归纳式总结

为使学生对课堂内容有完整的印象，讨论结束后的总结是非常重要的。教师应用准确精练的语言或图表等，对课堂内容进行归纳总结，概括知识主线，强化重点难点，让课堂内容条理分明，帮助学生完全接受新的知识。有些知识点的总结也可以运用生动的类比去加深学生的记忆。比如对于调制的理解，可以给学生概括为：调制过程就好像用货车装载货物一样，货物相当于原始信号，货车相当于载波，用货车去承载运输货物才能够到达目的地。而调制就是将原始低频信号，用载波去承载，变换成高频信号，然后才能送到信道中传输。而相应接收端解调的过程是把信号由高频再变换回低频的过程，好比到达目的地将货物从货车上卸下来一样。当学生对知识理解透彻了，总结也可以由学生来做，然后由教师进行补充和完善，这个过程可以给学生更多思考和锻炼的空间，让学生积极参与到教学中，往往会有意想不到的收获。

四、延伸式扩展

此外，教师还可以将教学内容延伸扩展，增加相关的应用性内容，开阔学生的视野。以无码间串扰的频域条件这个知识难点为例，在通过设置问题、互动讨论的方式熟悉奈奎斯特第一准则后，为了让学生对系统传输函数的切割、平移、叠加的物理意义有更深层次的理解，可以对学生进行扩展式提问。有些系统的传输函数形成等效理想低通特性的切割方法不唯一，那就决定了在这样的系统中实现无码间串扰的传输速率也不唯一，那么这些传码率之间有怎样的关系？下面以传输函数为理想低通特性的基带传输系统为例，如图所示：图3切割方法二图2切割角频率间隔最大只有一段，根据奈奎斯特第一准则，它对应无码间串扰的最大传码率为4fB。图3切割角频率间隔为4π/TB，3段平移叠加后为等效理想低通特性，它对应传码率为2fB，不是最大传码率，但是以这个速率传输也可以做到无码间串扰。此时教师可以进一步提出问题：还有其他的切割方法吗？接下来可以让学生自由讨论，通过前面的知识铺垫，很多学生都能做到触类旁通、举一反三，这种直观的图形变换方式对于大部分学生来说都比较容易接受，学生讨论后会发现：以角频率间隔2π/TB切割，共有5段，平移叠加后可以形成理想低通特性，而传输速率为fB也可以做到无码间串扰。通过以上分析可以引导学生得出结论：当实际系统传码率RB和最大传码率RBmax之间满足RBmax=nRB即可实现无码间串扰。以上过程教师和学生可以在图形变换、反复验证的乐趣中将本节知识难点完全消化吸收。枯燥的理论知识变得形象化、立体化，且便于记忆。

实践表明，对于通信原理这样理论性强的课程，问题式教学法尤为适用。问题式教学法通过教师设置的问题情境，引导学生去分析实际中存在的事实或现象，激发学生去探索、比较、对照，并独立做出分析和判断，通过讨论寻求解释现象的途径和方法，培养学生独立自主学习的能力和辩证思维的能力，将理论知识更多地和实际联系起来。与此同时，教师在和学生的互动过程中也提高了专业技能和教学水平，真正做到了共同进步、教学相长。

参考文献：

[1]江晓林,苗雨.“通信原理”课程教学方法探讨[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2006,(12).

[2]朱向庆,曾辉,陈志雄.通信原理课程教学改革的探索与实践[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2011,(1).

[3]赵立权,贾雁飞.面向新工科的“通信原理”课程教学模式研究[J].无线互联科技,2019,(9).

[4]朱凡.以工程教育认证为导向的通信原理教学改革与实践[J].轻工科技,2019,(8).

作者:梁清梅 索丽敏 单位:黑龙江八一农垦大学