“教、學(xué)、做”一體化視角下通信類課程的研究與實(shí)踐

王芳

摘要：文章針對(duì)目前通信類課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端，提出了基于Matlab/GUI及Simulink的參數(shù)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的建設(shè)方法，結(jié)合仿真平臺(tái)，探索了“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式改革方法。實(shí)踐結(jié)果表明：仿真平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及實(shí)踐應(yīng)用能力起到積極的作用，也為高校教的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)改革提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：通信類調(diào)和；實(shí)驗(yàn)改革；Matlab； Simulink

據(jù)我國(guó)高等教育質(zhì)量報(bào)告顯示，2016年我國(guó)高等教育毛入學(xué)率已達(dá)40%，隨著高等教育的改革，各大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)定位越來(lái)越清晰，占據(jù)我國(guó)大學(xué)絕大多數(shù)的普通高校本?？贫鄶?shù)將培養(yǎng)目標(biāo)定位在培養(yǎng)應(yīng)用型人才。但是由于受到傳統(tǒng)教育觀念的影響及教學(xué)資源的緊缺，我們的教學(xué)模式還是以重理論輕實(shí)踐，重繼承輕創(chuàng)新的課堂灌輸為主，這種教學(xué)模式已經(jīng)不能適當(dāng)時(shí)代飛速發(fā)展的需求。因此，在當(dāng)前條件下，以通信類課程改革為切入點(diǎn)，探索出通過(guò)學(xué)生自主性、研究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生的工程意識(shí)及實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)模式、教學(xué)方法，并為類似課程的改革提供借鑒。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，通信技術(shù)日新月異，通信工程專業(yè)已成為變化最快且最具有影響力的專業(yè)之一，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才已成為時(shí)代的需要。但是由于教學(xué)理念、教學(xué)方法（手段）、教學(xué)資源等多方面的制約，使得教學(xué)效果與培養(yǎng)目標(biāo)之間還存在很大的差距[1]。

1.1 教學(xué)觀念陳舊，教學(xué)手段、方法單一

通信課程是理論性較強(qiáng)的學(xué)科，授課內(nèi)容側(cè)重通過(guò)理論推導(dǎo)與分析，以建立數(shù)學(xué)模型為主，由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，這種轉(zhuǎn)換比較抽象，因此迫切需要在課程的理論教學(xué)中通過(guò)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生更好地理解抽象的理論知識(shí)，但是由于受到教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的限制，一些需要課堂演示的內(nèi)容，只能用幾張圖片或簡(jiǎn)單的多媒體課件來(lái)代替，即使有條件看到實(shí)際設(shè)備，也是老師邊講邊操作，只有少數(shù)學(xué)生才有機(jī)會(huì)看得清楚，更不要說(shuō)學(xué)生親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)了。課堂上應(yīng)有的高效率教學(xué)活動(dòng)變?yōu)樘铠喪降墓噍?，?nèi)容枯燥且難以理解，影響了應(yīng)有的教學(xué)效果，培養(yǎng)出了大批重理論、輕實(shí)踐，重繼承、輕創(chuàng)新的學(xué)生。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備模塊化、更新慢，不利于開(kāi)設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

知識(shí)的推陳出新和電子技術(shù)的日新月異，原有的部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備已趕不上新技術(shù)的步伐。實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器更新慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，無(wú)法跟蹤現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展；配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)，也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定，多數(shù)為傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，不能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率很低。學(xué)生不是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的主體，而是根據(jù)老師的演示和講解，按照實(shí)驗(yàn)講義上的操作步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單模仿，實(shí)驗(yàn)過(guò)程類似“搭積木”，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力沒(méi)有得到有效的訓(xùn)練和培養(yǎng)，另外，實(shí)驗(yàn)還受到時(shí)間和空間上的限制，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ浇┗⒐潭?。以上狀態(tài)極大地阻礙了學(xué)生動(dòng)手能力的提高和創(chuàng)新性思維的開(kāi)發(fā)，不利于學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。

1.3 與工程實(shí)際的嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力亟待提高由于實(shí)踐環(huán)節(jié)的缺失，學(xué)生并不能完全了解這些理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，只局限在實(shí)驗(yàn)室里的模塊上，真正面對(duì)各種通信設(shè)備時(shí)，就會(huì)手足無(wú)措，無(wú)法將做過(guò)的內(nèi)容與實(shí)際工程設(shè)備結(jié)合起來(lái)，操作起來(lái)更是困難重重[2]。

2 與時(shí)倶進(jìn)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的改革措施

針對(duì)以上問(wèn)題我們提出了課題的研究目標(biāo)：通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段、豐富教學(xué)內(nèi)容、探索并建立以實(shí)踐和應(yīng)用為核心的教學(xué)模式。引入“微課”輔助教學(xué)平臺(tái)，改變目前“照貓畫(huà)虎”式的簡(jiǎn)單操作的教學(xué)方式。倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性教學(xué)、實(shí)驗(yàn)改革方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，最大限度地開(kāi)展自主性、研究性學(xué)習(xí)。多渠道開(kāi)展第二課堂的科技創(chuàng)新活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力。使通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具創(chuàng)新性、先進(jìn)性、趣味性、生動(dòng)性[3]。

2.1 研發(fā)適應(yīng)課題研究目標(biāo)的教學(xué)、實(shí)踐仿真平臺(tái)軟件

針對(duì)課程的理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提出實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。仿真平臺(tái)以Matlab/GUI圖形用戶界面及Simulink為開(kāi)發(fā)環(huán)境，模擬實(shí)際儀器界面，通過(guò)人機(jī)交互，仿真實(shí)際控制系統(tǒng)各種參數(shù)的輸入，利用軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能進(jìn)行分析處理和結(jié)果顯示，并將多個(gè)可完成不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的子系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成了一個(gè)綜合的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，集理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體。仿真平臺(tái)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中利用硬件所能實(shí)現(xiàn)的全部功能，因此，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的快速更新，及時(shí)跟蹤科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生也可以參與進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，開(kāi)發(fā)出更多綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的大量補(bǔ)充，可以將課程中孤立的知識(shí)點(diǎn)連接起來(lái)，提高了學(xué)生綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力[4-5]。

2.2 改革教學(xué)方法，注重理論與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合

以“通信原理課”為例，編寫(xiě)仿真平臺(tái)軟件，基于該軟件，進(jìn)行教學(xué)方法的改革。在理論授課上，將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的無(wú)縫銜接。在課堂上教師可以根據(jù)授課要求，隨意切換理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的環(huán)境，教師能夠做到“教中做，做中教”。而學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，能夠做到“學(xué)中做，做中學(xué)”，通過(guò)在虛擬場(chǎng)景中的親身實(shí)踐，達(dá)到認(rèn)識(shí)和了解物理規(guī)律、認(rèn)識(shí)世界的目的。實(shí)現(xiàn)真正意義上的“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)要求。將學(xué)習(xí)過(guò)程與實(shí)踐、體驗(yàn)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)、技能的實(shí)際運(yùn)用，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提升教學(xué)效率和教學(xué)效果，推進(jìn)教學(xué)改革。

2.3 改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，強(qiáng)調(diào)研究性學(xué)習(xí)過(guò)程

通信類課程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生加深對(duì)基本概念的理解，而研究性、設(shè)計(jì)性和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生在實(shí)際系統(tǒng)的建模、分析、控制器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面得到訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生扎實(shí)地掌握所學(xué)的內(nèi)容、靈活運(yùn)用課本知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力、研究能力、獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力都是非常重要的，也是改革教學(xué)模式、教學(xué)方法的必然趨勢(shì)。鑒于目前的教育資源情況，完全依靠硬件設(shè)施（實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)儀器等）是很難做到的，而軟件仿真則可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)。仿真平臺(tái)是在Matlab軟件環(huán)境下，依靠控制系統(tǒng)工具箱和Simulink動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析集成環(huán)境開(kāi)發(fā)而成。如果學(xué)生能夠掌握仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方法，那么對(duì)于學(xué)生自主進(jìn)行研究性、設(shè)計(jì)性和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是有巨大幫助的。

當(dāng)然，讓學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)掌握Matlab語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)并不是一件輕而易舉的事情，為此，一方面自編《控制工程基礎(chǔ)》教材，每章中均有一節(jié)針對(duì)本章講授的內(nèi)容，對(duì)控制系統(tǒng)工具箱中相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行介紹，并附有Matlab解題示例程序及Simulink建模、仿真示例，將程序設(shè)計(jì)方法融入理論課教學(xué)中；另一方面仿真平臺(tái)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方法及源代碼完全對(duì)學(xué)生開(kāi)放，學(xué)生可以結(jié)合仿真平臺(tái)的示例及Matlab的幫助和演示文件進(jìn)行自學(xué)。通過(guò)幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，絕大多數(shù)的同學(xué)能夠很快地掌握仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法，學(xué)生們利用Matlab軟件進(jìn)行研究性、設(shè)計(jì)性及開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上也表現(xiàn)出極大的興趣，并且不斷有好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)被選中并加入到仿真平臺(tái)中，使仿真平臺(tái)的內(nèi)容不斷完善[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

仿真平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂的設(shè)想，使抽象概念形象化，分析過(guò)程可視化，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)要求。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效率和教學(xué)效果，推進(jìn)教學(xué)改革。

實(shí)現(xiàn)了 “驗(yàn)證與設(shè)計(jì)相結(jié)合”“注重基礎(chǔ)、突出應(yīng)用”的原則。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論方法，借助計(jì)算機(jī)去解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和應(yīng)用能力。

緩解了教學(xué)資源的不足，擺脫了實(shí)驗(yàn)室硬件條件的制約，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的快速更新。同時(shí)也促進(jìn)了教學(xué)方法的改革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段向現(xiàn)代化、信息化邁進(jìn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]田瑩，盧金玉，劉宴濤.基于Matlab/Simulink的通信原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015（14）：28-31.

[2]武一，周亞同，張?chǎng)?，?通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心構(gòu)建及管理[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（5）：218-222.

[3]任峻，張紅燕.運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（3）：95-97.

[4]施杰，張永華，寧旺云，等.信號(hào)處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2016（2）：104-106.

[5]成建平，李飛，沈建華.虛擬仿真技術(shù)及其在《光纖通信》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的探索與實(shí)踐[J].課程教育與研究，2016（9）：254-255.

[6]陳芳妮.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的通信原理課程改革探討[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：68-71.