《數(shù)字通信原理》線上線下混合式教學(xué)模式探究

秦聰

（渭南師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西渭南 714099）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，線上教育發(fā)展迅速，數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模居世界首位，疫情的發(fā)生促進(jìn)了線上教育的進(jìn)一步發(fā)展?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020 年）》中提出“加快教育信息化進(jìn)程”，促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的全面深度融合?！督逃畔⒒?.0 行動(dòng)計(jì)劃》提出建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式[1]。通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛引用，線上學(xué)習(xí)方式已被學(xué)習(xí)者普遍接受，線上線下混合式教學(xué)應(yīng)運(yùn)而生?；旌鲜浇虒W(xué)方式不僅保留了傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，可以針對(duì)重難點(diǎn)面對(duì)面教學(xué)，還增加了線上教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，可以跨越時(shí)間、空間的限制，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)線上學(xué)習(xí)，隨時(shí)隨地獲取知識(shí)，無(wú)疑提高了學(xué)習(xí)效率、增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。

《數(shù)字通信原理》課程是電子、信息、通信專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理、基本性能和基本分析方法，培養(yǎng)學(xué)生熟悉通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成，了解通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及改善系統(tǒng)性能的一些基本技術(shù)措施，掌握模擬通信和數(shù)字通信系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕驹砗头治龇椒ā?/p>

對(duì)于信息安全專業(yè)的學(xué)生，通過(guò)《數(shù)字通信原理》的學(xué)習(xí)，可以成為從事計(jì)算機(jī)、通信、電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融等領(lǐng)域的信息安全高級(jí)專門人才。具有全面的信息安全專業(yè)知識(shí)，使得學(xué)生有較寬的知識(shí)面和進(jìn)一步發(fā)展的基本能力。但對(duì)于信息安全專業(yè)的學(xué)生，面臨前期知識(shí)儲(chǔ)備不足、很多概念難以理解等問(wèn)題，線上線下混合式教學(xué)將傳統(tǒng)面授的真實(shí)與在線教學(xué)的便捷有機(jī)結(jié)合[2]，既可以通過(guò)線上布置課前作業(yè)彌補(bǔ)學(xué)生前期知識(shí)不足的缺點(diǎn)，又可以將以教師講解為主的傳統(tǒng)課堂變成高效的課堂討論交流，此外還可以在《數(shù)字通信原理》實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)線上交流實(shí)時(shí)解決問(wèn)題。因此將線上和線下結(jié)合混合教學(xué)，成為《數(shù)字通信原理》課堂教育信息化的最佳方式。

一、數(shù)字通信原理線上線下混合教學(xué)的可行性

（一）信息技術(shù)的發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，信息技術(shù)不斷發(fā)展，從當(dāng)初的“科技是第一生產(chǎn)力”到如今“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力”，信息技術(shù)在各行各業(yè)發(fā)揮巨大的作用。特別是對(duì)教育行業(yè)，信息技術(shù)走進(jìn)課堂，為教育變革帶來(lái)了新的源泉。信息技術(shù)和電子設(shè)備的發(fā)展為線上教學(xué)提供便利條件，極大地豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容、活躍了教學(xué)氣氛。線上教學(xué)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但面臨學(xué)習(xí)效率不高、不能實(shí)時(shí)反饋解決問(wèn)題等缺點(diǎn)，依然不能完全替代線下教學(xué)。因此，只有將兩種形式進(jìn)行結(jié)合才能保證教育行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，而信息技術(shù)的發(fā)展就是保證線上線下教學(xué)模式發(fā)展的基礎(chǔ)。

（二）國(guó)家政策的支持

為深入貫徹黨的十九屆四中、五中、六中全會(huì)和全國(guó)教育大會(huì)精神，認(rèn)真落實(shí)《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》和全國(guó)基礎(chǔ)教育會(huì)議部署要求，充分發(fā)揮信息技術(shù)對(duì)推進(jìn)教育現(xiàn)代化的重要作用，在深入總結(jié)新冠肺炎疫情防控期間大規(guī)模在線教育寶貴經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教育部等部門制定了一系列線上教育教學(xué)資源的規(guī)劃。將信息技術(shù)在教育教學(xué)中的融合應(yīng)用作為推進(jìn)“教育+互聯(lián)網(wǎng)”、深化基礎(chǔ)教育育人方式改革、加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化的重大戰(zhàn)略工程，加強(qiáng)系統(tǒng)謀劃，加大工作力度。完善線上教育教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用保障體系，提高基礎(chǔ)教育應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件能力；積極推進(jìn)教育服務(wù)供給方式變革，更好地服務(wù)課堂教學(xué)，服務(wù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，滿足人民群眾新時(shí)代教育需求，縮小城鄉(xiāng)教育差距，大力促進(jìn)教育公平，全面提高基礎(chǔ)教育質(zhì)量，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化。雖然這并不是針對(duì)高等院校，但部分同樣適用于高等院校，與此同時(shí)也反映了國(guó)家對(duì)線上教育的重視。

（三）網(wǎng)課平臺(tái)的發(fā)展

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，線上教學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生。越來(lái)越多教育企業(yè)和教培機(jī)構(gòu)開始拓展線上業(yè)務(wù)，抓住線上直播這一風(fēng)口，高速發(fā)展。一方面越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開始出現(xiàn)，比如中國(guó)大學(xué)MOOC、云班課，還有騰訊視頻、釘釘?shù)?，這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)隨著手機(jī)的普及得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和推廣。另一方面在線教育平臺(tái)可以提供豐富的教學(xué)、督學(xué)工具，比如直播、視頻、音頻、圖文、專欄、訓(xùn)練營(yíng)、互動(dòng)社群、問(wèn)答、作業(yè)打卡、考試測(cè)評(píng)。此外，在線教育模式可以突破時(shí)間和地域的限制，借助互聯(lián)網(wǎng)工具，將優(yōu)質(zhì)教育資源共享給不同地區(qū)的用戶，提升教學(xué)效率等。這些都為線上線下教學(xué)模式提供了平臺(tái)基礎(chǔ)和資源基礎(chǔ)。

（四）學(xué)校內(nèi)部條件的支持

線上教學(xué)得到了學(xué)校各方面的支持，學(xué)校教務(wù)處針對(duì)線上教學(xué)采取了相應(yīng)措施，保證線上教學(xué)的順利開展。學(xué)校各學(xué)院積極組織教師進(jìn)行教學(xué)模式改革，提高自己的教學(xué)質(zhì)量，比如建設(shè)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，組織教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)培訓(xùn)，組織教師進(jìn)行線上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分享等。教師也積極參與線上教學(xué)各項(xiàng)培訓(xùn)，進(jìn)行線上線下混合教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)溝通交流線上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

（五）學(xué)習(xí)者的特征

從學(xué)生角度來(lái)說(shuō)，他們?cè)谥R(shí)基礎(chǔ)方面，具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)；在能力基礎(chǔ)方面，具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作能力,很容易運(yùn)用matlab仿真軟件，對(duì)數(shù)字調(diào)制方式2ASK、2FSK及2PSK進(jìn)行仿真驗(yàn)證；在行為習(xí)慣方面，對(duì)于數(shù)字調(diào)制過(guò)程的細(xì)節(jié)、性能分析沒(méi)有了解，但樂(lè)于通過(guò)手機(jī)等信息化手段學(xué)習(xí)新知識(shí)。

二、當(dāng)前課程教學(xué)面臨的主要問(wèn)題

《數(shù)字通信原理》課程作為信息安全專業(yè)的專業(yè)選修課，涉及數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸、模擬調(diào)制解調(diào)、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、定時(shí)與同步、數(shù)字信號(hào)的最佳接收等，是一門對(duì)前期知識(shí)儲(chǔ)備有要求、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，所涉及的概念多、內(nèi)容多、應(yīng)用性強(qiáng)。

（一）課時(shí)少教學(xué)內(nèi)容多的沖突

《數(shù)字通信原理》包括認(rèn)識(shí)數(shù)字通信系統(tǒng)、信道與噪聲、通信系統(tǒng)有效性傳輸、通信系統(tǒng)可靠性傳輸、數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸、模擬調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、定時(shí)與同步、數(shù)字信號(hào)的最佳接收、典型數(shù)字通信技術(shù)，合計(jì)10個(gè)模塊[3]，課程總學(xué)時(shí)為32（理論）+16（實(shí)驗(yàn)）。作為信息安全專業(yè)的選修課，雖然以實(shí)用性為出發(fā)點(diǎn)、理論夠用為原則，除去計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中已介紹的信道與噪聲，但是依然需要在32個(gè)學(xué)時(shí)講解9個(gè)模塊，每個(gè)模塊最少4小節(jié)、最多高達(dá)8小節(jié)，這對(duì)教師提出了很高的要求，在有限的時(shí)間完成所有模塊的講解，使學(xué)生對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（二）學(xué)生前期知識(shí)儲(chǔ)備不足

對(duì)于信息安全專業(yè)的學(xué)生，《數(shù)字通信原理》作為專業(yè)選修課，在大三上半學(xué)期開設(shè)，且在知識(shí)基礎(chǔ)方面對(duì)前置課程有要求。第一，信道與噪聲這一模塊需要學(xué)生具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。第二，數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸、數(shù)字調(diào)制解調(diào)等模塊，需要學(xué)生熟悉信號(hào)系統(tǒng)中的傅里葉變換、功率譜、頻譜等基礎(chǔ)知識(shí)，這對(duì)學(xué)生理解調(diào)制信號(hào)的帶寬分析和解調(diào)誤碼率分析非常重要。第三，《數(shù)字通信原理》實(shí)驗(yàn)課程以matlab仿真驗(yàn)證為主，需要學(xué)生對(duì)matlab仿真軟件有所了解。面對(duì)這樣的知識(shí)基礎(chǔ)要求，學(xué)生除具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)外，信號(hào)與系統(tǒng)和matlab軟件完全沒(méi)有接觸。

（三）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，學(xué)生不理解仿真過(guò)程

實(shí)驗(yàn)課程主要依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以仿真性驗(yàn)證居多，9個(gè)模塊，每個(gè)模塊分為4到8小節(jié)，但是只有16個(gè)學(xué)時(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上被動(dòng)接受知識(shí)，缺乏主動(dòng)積極性，更多關(guān)注仿真結(jié)果是否正確，對(duì)于仿真代碼如何實(shí)現(xiàn)并不關(guān)心，更談不上理解仿真過(guò)程。此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，一個(gè)小細(xì)節(jié)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤仿真結(jié)果，但出錯(cuò)點(diǎn)很難排查，如果問(wèn)題不能及時(shí)有效解決，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣會(huì)大幅下降。

三、線上線下混合式教學(xué)實(shí)施過(guò)程

針對(duì)課時(shí)少教學(xué)內(nèi)容多、前期知識(shí)儲(chǔ)備不足、實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)生不理解仿真過(guò)程等問(wèn)題，提出線上線下混合的教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)中，線上的教學(xué)不是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的輔助或錦上添花，而是教學(xué)的必備活動(dòng)，線下的教學(xué)不是傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)的照搬，而是基于線上的前期學(xué)習(xí)成果而開展得更加深入的教學(xué)活動(dòng)[4]。混合教學(xué)模式分為課前探索、課中導(dǎo)學(xué)、課后拓展3環(huán)節(jié)，混合教學(xué)模式各環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生活動(dòng)見(jiàn)表1。本文以數(shù)字通信原理第7章數(shù)字調(diào)制與解調(diào)為例進(jìn)行混合教學(xué)設(shè)計(jì)。

表1 混合教學(xué)模式教學(xué)活動(dòng)

（一）課前探索

課前探索環(huán)節(jié)分為兩步，第一步，在理論課前將線上自主學(xué)習(xí)內(nèi)容以文檔或PPT的方式上傳至資源模塊，包括推送數(shù)字調(diào)制解調(diào)基本概念、分類，信號(hào)與系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備；在實(shí)驗(yàn)課前，上傳matlab軟件的基本介紹，為加強(qiáng)課前學(xué)習(xí)效果，對(duì)不同調(diào)制方式的仿真結(jié)果進(jìn)行展示。該階段主要完成資源的推送，監(jiān)督學(xué)生自主學(xué)習(xí)，及時(shí)公布學(xué)生資源的瀏覽時(shí)間。第二步，開設(shè)討論活動(dòng)。線上建立討論活動(dòng)，名稱為認(rèn)識(shí)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)。學(xué)生自學(xué)完在線資源后，進(jìn)行自主測(cè)試、回答客觀問(wèn)題（選擇、判斷），老師獎(jiǎng)勵(lì)前5名回答正確的學(xué)生。該階段，學(xué)生自身沒(méi)有掌握調(diào)制解調(diào)的具體實(shí)現(xiàn)方法，只是了解了數(shù)字調(diào)制解調(diào)的概念、分類及仿真結(jié)果展示，但是為課堂講解調(diào)制解調(diào)方法、性能分析，打下良好的基礎(chǔ)。

（二）課中導(dǎo)學(xué)

課中導(dǎo)學(xué)分為三步。第一步，預(yù)習(xí)檢查。利用隨機(jī)選人方式，答對(duì)不給分，答錯(cuò)扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)，由于分?jǐn)?shù)的刺激，學(xué)生課前預(yù)習(xí)效率大大提高，改善過(guò)去學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)內(nèi)容不理會(huì)，上課一問(wèn)三不知的尷尬現(xiàn)象。第二步，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)。數(shù)字調(diào)制解調(diào)過(guò)程比較枯燥，如果單純靠老師講授，學(xué)生學(xué)習(xí)效果并不理想。采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生通過(guò)課堂以練代講，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。教授學(xué)生繪制不同調(diào)制方式關(guān)鍵點(diǎn)波形進(jìn)行實(shí)操。第三步，重難點(diǎn)實(shí)施探究。針對(duì)教學(xué)重點(diǎn)——不同調(diào)制方式關(guān)鍵點(diǎn)波形繪制，開展師生探究。該環(huán)節(jié)教師指導(dǎo)和講解的比例較大，摒棄了傳統(tǒng)講授環(huán)節(jié)，先拋出問(wèn)題，避免了滿堂灌，使學(xué)生在一步步錦囊提示中自主思考。舉例來(lái)說(shuō)，提出問(wèn)題1：2ASK調(diào)制中，載波的哪個(gè)參量在變化？變化的可能有幾種？此問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單，學(xué)生通過(guò)搶答方式作答。又如，提出問(wèn)題2：二進(jìn)制絕對(duì)相移和相對(duì)相移的區(qū)別是什么？聯(lián)系又是什么？此問(wèn)題相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生通過(guò)錦囊提示搶答作答。錦囊1:絕對(duì)碼和相對(duì)碼的區(qū)別是什么；錦囊2：二進(jìn)制相對(duì)相移是否可以通過(guò)相對(duì)碼對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制得到。

（三）課后拓展

課后拓展可以分為三部分。首先，在線上進(jìn)行討論，建立名稱為“數(shù)字調(diào)制解調(diào)”討論組，完成學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)反饋，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)時(shí)解決學(xué)生理論和實(shí)驗(yàn)課堂的問(wèn)題；其次，采用小組任務(wù)方式，仿真驗(yàn)證二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控和相對(duì)相移的區(qū)別，任務(wù)設(shè)置后采用師評(píng)+互評(píng)的方式，重點(diǎn)評(píng)析二者的差別；最后，實(shí)施知識(shí)提升和拓展，通過(guò)線上資源推送。

四、評(píng)價(jià)機(jī)制

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，終結(jié)性考試往往是決定學(xué)生最終成績(jī)的關(guān)鍵，但學(xué)生的知識(shí)、能力、素養(yǎng)都是在教學(xué)過(guò)程中逐漸累積和逐步形成的，因此在教學(xué)全過(guò)程對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)，既有利于學(xué)生對(duì)自身學(xué)習(xí)狀態(tài)的準(zhǔn)確定位，也有利于教師對(duì)學(xué)員整體學(xué)習(xí)情況和個(gè)體學(xué)習(xí)差異的掌控，確保良好的教學(xué)效果[5]，有效地建立內(nèi)容多元化的評(píng)價(jià)方式。課程最終成績(jī)不再由期末考試 “一錘定音”，由過(guò)程性考核成績(jī)與期末成績(jī)按照一定比例構(gòu)成[6]。其中過(guò)程評(píng)價(jià)分為課前探索、課中導(dǎo)學(xué)、課后探索三階段。在課前探索階段，根據(jù)學(xué)生線上資源學(xué)習(xí)時(shí)間和回答課前問(wèn)題，給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)。在課中導(dǎo)學(xué)階段，首先通過(guò)提問(wèn)方式檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況，并以答對(duì)不給分、答錯(cuò)扣分為原則。其次針對(duì)重難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行課堂討論，以提問(wèn)方式掌握學(xué)生學(xué)習(xí)成果，并給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)刺激。在課后拓展階段，一方面在線上建立討論組，并以活躍度為參考，給予相應(yīng)分?jǐn)?shù)激勵(lì)，另一方面根據(jù)瀏覽拓展資源時(shí)間，給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，具體每一部分的占比如圖1所示。

圖1 課程成績(jī)比例

五、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)《數(shù)字通信原理》課程中面臨的主要問(wèn)題、如何進(jìn)行線上線下混合教學(xué)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行探究，并以數(shù)字調(diào)制解調(diào)教學(xué)內(nèi)容為例，進(jìn)行混合教學(xué)設(shè)計(jì)。充分合理利用多種信息化技術(shù)，簡(jiǎn)化原理學(xué)習(xí)，強(qiáng)化能力訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。課前課中課后系統(tǒng)設(shè)計(jì)，摒棄滿堂灌，抓住關(guān)鍵、解決重難點(diǎn)，提高教學(xué)活動(dòng)效率。教學(xué)活動(dòng)全過(guò)程考核，多元化評(píng)價(jià)，全面真實(shí)反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，提高考核評(píng)價(jià)科學(xué)性。此外，為了保證混合式教學(xué)的實(shí)施效果，一方面需要加強(qiáng)資源建設(shè)，實(shí)時(shí)更新線上資源，保證知識(shí)的先進(jìn)性，另一方面需要加強(qiáng)師資培訓(xùn)，增強(qiáng)教師混合式教學(xué)技能。