通信原理课程教学中的学科教学知识与科学

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【摘 要】为提高教学质量,本文遵循教学规律,以加强教师学科教学知识为牵引,对通信原理课程教学进行了积极的探索.提出在教学中必须树立以学生为主体的教育理念;必须要全面协调,统筹处理好五个关系,搞好课程教学;必须加强课程学科教学知识的运用,才能实现课程教学的可持续发展.

【关 键 词】通信原理学科教学知识科学发展

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【中图分类号】G42【文献标识码】A【文章编号】1674-4810(2013)21-0051-03

信息社会,电子与通信技术的发展加快了人类社会的文明化进程.在电子与通信类专业的课程结构中,通信原理是极为重要的专业基础课程.该课程的教学任务在于讲授通信系统的基本概念和基本原理,教学目的在于让学生掌握通信系统的基本组成、理论原理、实现方法和系统性能,能够在后续课程的学习和工作中灵活应用,并激发他们对通信学科的学习兴趣和学习热情,使他们有足够的自信和能力来适应这一日新月异的领域.该课程内容涉及随机过程、复变函数与积分变换、信息论、信号与系统、数字信号处理等多方面的知识.

高等教育是人才培养的主渠道,而教师则是决定学校教育质量的关键.在20世纪80年代的西方教师专业化运动中,美国斯坦福大学的Shulman教授提出了“学科教学知识”(PedagogicalContentKnowledge,PCK,也有人译为教育学内容知识、教学学科知识、学科内容教学知识等)这一重要概念.舒尔曼认为,学科教学知识是学科知识和教育学知识的特殊混合体,是教师对学科知识独特的专业理解,为教师所特有,是“教师对如何帮助学生理解具体学科内容而做出的理解”.学科教学知识使教师学会思考和组织学科理论的疑难研究和创新,使之与学习者多样的兴趣与不同的能力相适应,从而组织教学.学科教学知识的提出,为教师的专业化发展提供了理论依据.学科教学知识是教师在教学中将特定的学科教学内容加工转化形成的、能为学生领悟的知识.学科教学知识的形成,需要教师首先对学科知识、教育理论、学生基础、知识应用等不断进行学习融合;其次对教学过程、教学效果反复归纳、总结,然后对教学经验不断丰富,最终对教学水平不断提高.因此,学科教学知识具有理论性、实践性和个体性.学科教学知识的形成揭示了教师教学能力提高发展的复杂过程,使对提高教师教学能力和教学水平的研究更为深入与科学.因此,快速形成学科教学知识能力并科学发展,对一名新世纪的教师来说具有重要的现实意义.

在此,我们以科学发展观为指导,按照“第一要义是发展,核心是以人为本,基本要求是全面协调可持续,根本方法是统筹兼顾”的要求,本着遵循教学规律、提高教学质量的原则,通过加强教师学科教学知识,对通信原理课程教学进行积极的探索.

一以人为本,要树立以学生为主体的教育理念

以人为本,体现在课程教学中就是要以学生为主体,以使学生理解掌握课程内容为目的,以提高通信原理课程教学质量为基础,围绕学生成才组织教学活动,构建以“学生为主体,教师为主导”的新型教学模式.这就要求我们在教学过程中注重以下三点:

1.尊重学生的人格

教学过程是师生交往、积极互动、共同提高的过程,是教师教与学生学的和谐统一.因此,教师要尊重学生、爱护学生,形成“平等、尊师爱生、情感交融、协力合作”的新型师生关系.师生在人格上是平等的,在课堂活动中是的,在相处的氛围中是融洽的,这样有利于激发学生的学习兴趣和主动性,提高课堂教学效果.

2.珍惜学生的学习机会

学生来校学习机会难得,作为教师要认真备好每一堂课、讲好每一堂课,使每一堂课学生都能有所收获.这就要求广泛搜集课程资料,融会贯通地讲授内容,设计构思好讲授方法.教师在备课时,可以进行换位思考,即将自己扮演成学生的角色,感受学生的困惑,思考讲解的技巧,做到有的放矢,寻找到最佳的切入点和突破口,目的是使学生更好地理解知识要点,攻克知识难点,在最短的时间内收到最佳的教学效果.

3.调动学生的学习主动性

课堂教学是学校教育的主阵地、是学生掌握知识的主渠道,如何有效地提高课堂教学效果,是每位教师的职责和义务.因此,在教学过程中要采取合适的教学方法,激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性.在通信原理的实际课程教学中,我们实施了启发式、讨论式、设计式、情境式、协同式等教学方法,尤其是备课时采用换位思考法做了充分的教学准备,极大地调动了学生的学习主动性和积极性,收到了良好的教学效果.

二全面协调,统筹处理五个关系,搞好课程教学

在课程教学中,目前普遍存在的问题是知识的无限性与课时的有限性、科技发展的快速性与教学内容的相对滞后性之间的矛盾.通信原理课程教学同样如此,为此我们必须认真进行课程改革:(1)明确该课程在整个课程体系(即学生知识结构)中的地位和作用;(2)研究和处理该课程与其他相关课程之间的内容接口联系;(3)对现有的教学内容进行推陈出新,及时跟踪学术发展动态.在这样的统一思想下,必须注重协调处理好以下五个关系.

1.教学内容与授课学时数的关系

在课堂授课中,我们选用的是樊昌信教授主编的《通信原理》(第六版),这是国家十一五规划教材,也是众多院校通信专业研究生入学考试的指定参考教材,内容丰富翔实、理论体系完整、知识点覆盖面广.内容主要包括通信基础知识与模拟通信原理、数字和模拟信号的数字传输以及数字信号的最佳接收原理、数字通信中的编码和同步技术等三部分,推荐学时为90学时.而本校教学计划中规定为80学时,其中还有20学时的实验教学,理论讲授只有60学时.因此,根据前后课程的设置,跳过确知信号这一章.考虑到《通信原理》的很多章节中(尤其是信号检测)都会用到随机过程的知识,随机信号分析既是通信原理的分析方法,也是其技术基础,故进行了重点讲授.同时将信道编码放在后续课程“信息论与编码”中讲授,这样能在有限的学时内将课程的主要内容讲深、讲透,将知识点融会贯通.2.核心内容与拓展知识的关系

通信原理课程自身特点显著——抽象概念多、数学推导多、逻辑性强,是后续多门课程的基础,教师在教学中必须紧紧抓住核心内容.段梅梅在《传道、授业、解惑在“通信原理”课程教学中的应用》一文中指出,“道”是通信原理的精髓,即通信中最基本的原理和核心观点;“业”是通信原理的基本研究方法、基本性能指标和知识体系;“惑”是学生理解上的难点和实践中遇到的问题.在授课过程中,教师可以按照传“道”、授“业”、解“惑”,将核心目标讲清、讲透,使学生理解掌握.如在数字调制中,2ASK、2FSK、2PSK是多进制调制和新型调制技术的基础,我们从数学原理、实现方法、解调方法、功率谱、带宽、抗噪声性能等逐一分析,相互比较,使学生不仅理解了三种调制原理调制方法,而且明确了相互关系和各自特点.同时,随着移动通信、卫星通信和计算机通信技术的发展和应用,新的数字载波调制技术不断涌现,因此对多进制调制和新的调制技术在课堂上进行了适当介绍,并指定相关参考书,由学生自学,教师辅导答疑.


3.传统教学方法与现代教学方法的关系

传统教学方法主要是指在课堂上教师讲、学生听、进行知识灌输的一种教学方法.该方法的教学过程和结果往往是教师满堂灌、学生被动学、学生兴趣低、教学效果差.而现代教学方法则强调实行启发式和讨论式教学,教师在课堂上注重思路明晰、突出重点;注重与学生互动、调动学生的学习积极性;注重引导学生自主学习.在通信原理教学中,我们试行了“基于问题式学习”(ProblemBasedonLearning,简称PBL)的教学方法,设置了“抓住一个主线——抗干扰,理解两个指标——有效性和可靠性,掌握三种调制——幅度调制、频率调制和相位调制,把握四个准则——香农公式、奈奎斯特第一准则、奈奎斯特第二准则和抽样定理”等核心问题,由学生根据课程内容查阅相关资料进行归纳总结,最终使学生能纵横联想、前后贯通,加深对课程内容的理解、掌握.

4.常规实验与虚拟实验的关系

实验教学是验证和加深课堂讲授知识、提高学生对抽象概念理解能力的一个重要教学环节.通信原理安排了20学时、共5个实验,包括三部分实验内容.第一部分以验证性实验为主,如普通双边带调幅与解调实验、2ASK、2FSK、2PSK(2DPSK)调制解调实验、脉冲幅度调制解调实验、脉冲编码调制解调实验等,重点是形象直观地演示调制解调的原理,使学生加深对知识的理解.这些实验在课堂讲授后立即进行,使理论课和实验课相得益彰.第二部分是综合性实验,如数字基带传输系统实验、模拟通信系统实验、数字和模拟通信终端实验等,重点是使学生了解通信系统中的若干变换与反变换,掌握系统的概念.第三部分是开放性实验,我们将剩余实验开放,学生可根据个人的兴趣爱好进行选做,也可自行拟定实验题目和实验内容.此外,考虑到通信原理内容丰富,可做多个验证型和综合设计性实验,但学时有限,只能重点选做.因此,在后续课程MATLAB语言及应用中,利用通信工具箱中的信源编码、纠错编码、信道、调制解调等库函数和模块开设了通信原理的计算机仿真实验,对其硬件实验进行了补充和完善.

5.现代教学手段与传统教学手段的关系

教学手段是完成教务任务、实现教学目的的重要途径.传统教学手段(主要是指黑板加粉笔)和现代教学手段(主要是指多媒体课件)各有利弊:前者清晰易懂,适用于讲授数学推导和理论性强的课程,学生能紧跟教师思路,边记笔记边理解;后者形象直观,信息量大,适用于介绍性多、公式推导少的课程.在授课过程中要根据不同课程的性质和特点,选用不同的教学手段,并注重两者的交叉使用.在通信原理教学中,我们根据不同章节内容选用了多种教学手段.如幅度调制、频率调制和相位调制,其理论性强、数学推导较多.教学手段以板书为主,辅以多媒体课件显示其调制波形,并利用Flash动画效果模拟,使枯燥的原理教学变得直观具体、生动形象;也使学生学有兴趣、理解全面、记忆深刻.而在讲授绪论时,介绍性内容偏多,则以多媒体课件为主.在讲授数字信号的最佳接收时,则全部采用板书进行.

三可持续发展,加强课程学科教学知识的应用

讲授通信原理课程的教师应不断加强学科教学知识,并能熟练地运用于教学实践活动中.一方面要强调基本理论、方法的分析,重点培养学生的思考能力;另一方面必须加强实验教学和实际训练环节,重点是培养岗位技能.该课程的教学目标是使学生掌握典型数字通信系统的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和实验技能等,熟悉当前数字通信技术发展的现状和最新进展.核心是教授学生通信知识,培养学生良好的学识素养,为后续专业课程的学习打下坚实的基础.

1.学科知识传授方面,教学重点放在数字通信系统部分

“通信原理”课程内容包括通信的基本理论、模拟调制、数字传输、编码技术几大部分.由于现代通信的发展方向是数字通信,因此,教学重点应在数字通信系统部分.在课程的开始阶段,让学生准确把握数字通信系统的组成、各模块的功能,使学生能把课程的重点内容有机地联系起来.在学习具体知识点时,能明确它们在通信系统中所起的作用,收到“既见树木,又见森林”的效果.“通信原理”是一门理论和实践并重的课程,在理论教学方面,要让学生掌握通信系统的基本组成、基本原理和分析方法.为了提高教学效果,在课堂上可以采用设问思考和逆向思考提问等教学方法,引发学生思考,启迪学生思维,激起学生的求知欲.在教学过程中,注意观察学生的理解能力.在备课时,采用换位思考法,感受学生的困惑,考虑讲解的技巧,以最短的授课时间收到最佳的教学效果.同时,根据不同的教学内容,注意将学生自学知识和精讲重难点结合起来.在每章或小节结束时,注意及时进行课程总结,使学生巩固所学内容,便于进行后续学习.

2.介绍新技术、新知识,提高学生学习兴趣

“通信原理”是通信专业的基础课程,最新科技与成果很难及时写入教材,用什么教材讲什么内容的传统也使得学生对新科技、新成果知之较少.而通信的发展日新月异,新技术层出不穷,如何在有限的课时里让学生既能掌握通信基本理论,又尽量领悟更多通信方面的新理论和新技术是教学中需要解决的问题之一.我们在教学中必须以教材内容为主线,穿插讲授最新科技知识.如在讲解通信原理基本理论的同时,介绍移动通信的发展状况、移动通信中常用多址方式、3G技术等内容,既能提高学生的学习兴趣,开拓其视野,又能为他们将来从事新领域的研究指明方向.3.通过多媒体和仿真辅助教学,加深对基本原理的理解

广泛采用多媒体教学,并在课件设计上注意体现知识的建构过程,重视知识要点的剖析,提高学生主体参与度;在课堂讲解上,注意及时提炼重点知识,避免让学生只看不思考,便于学生理解掌握原理,从而促成传统教学和多媒体教学优势互补;同时,利用仿真软件对通信系统进行仿真演示,提高学生的理解力,培养学生的系统观.

4.加强教学实践,巩固所学内容

“通信原理”是一门实验性很强的课程,为了帮助学生巩固所学内容、加深理解,笔者在教学中采用两种方法来提高教学效果.第一,利用现有的实验设备精心设计实验内容;第二,利用MATLAB仿真软件编写仿真程序,并课堂演示.如仿真实现多种解调方式的误码率曲线,可以让学生直观地了解它们之间的性能差异,体会“面对面”交流的乐趣.而编程基础较好的学生可以开发简单的数字通信系统,重点让学生练习使用信源编码信道及接收机的仿真实现等.这样,不仅能提高学生的编程能力,而且还加深他们对整个通信系统的理解.

四结束语

“通信原理”是信息化技术的一个重要基础,随着信息化技术的发展和应用,必将发挥更加重要的作用.而这将引发从教学对象到教学内容的一系列变革.因此,我们必须与时俱进,以科学发展观为指导,牢固树立以学生为主体的教育理念,全面协调、统筹处理好五个关系,搞好课程教学;必须要加强课程学科教学知识的应用、因材施教、灵活配置、创新应用教学方法,上好每一堂课.只有这样,才能实现课程教学的可持续发展.