通信原理混合式实验教学改革探索

    蔡文静 杨蕾 宋晓炜 陈旭 常怡萍

    

    

    

    摘 ?要 结合通信原理慕课在线课堂建设，搭配虚拟仿真体验，实现线上线下混合式学习，给学生充足的时间和空间锻炼实践能力、发挥创新能力。通过采用混合式实验教学方式，革新了现有的实验教学模式，有效提升了教学质量。

    关键词 通信原理;混合式实验教学;虚拟仿真实验;慕课;实验室

    中图分类号：G642.423 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）11-0112-02

    1 引言

    随着5G时代的到来，通信原理课程的教学对社会进步的重要性越来越明显。通信原理课程作为电子信息工程、通信工程专业的核心课程，是沟通基础课程（如信号与系统、数字信号处理等）与专业课程（如移动通信、光纤通信、计算机通信等）的桥梁 [1]。实验课程属于实践教学活动，是对理论知识的验证，以锻炼学生动手能力和形成正确思维方式为目的而开展的，是实现实践型人才培养的重要途径。通过对目前通信原理实验教学方式进行调研，可发现其实验内容以验证性实验为主[2]，一般由教师在课堂上讲解实验原理及实验目的后，学生按实验步骤进行测试完成并记录实验数据，分析实验结论。这导致学生对实验内容理解不够深入，教学效果不理想。结合通信原理慕课的开展，进行线上线下混合式实验教学改革[3]，确立学生主体地位，增强学生的学习兴趣，使实验从验证性实验过渡到开发性、创造性实验，进一步提升对理论知识的掌握。

    2 混合式实验教学模式

    鉴于传统实验教学方式单一，现有的混合式教学旨在结合软硬件资源以及线上线下资源，充分利用线上学习和面对面学习的优势，以提高学生的课堂活跃度为目标，协调信息技术与实验教学之间的关系[4]。传统实验教学方式是在实验指导书的指示下，按照实验步骤一步一步地进行，只能简单地观察实验的输入和输出对比，对实验仪器的操作体验较少。实验课程内容较枯燥，学生学习兴趣不高。采用混合式教学方式可以改进传统教学方式的缺点，完善现有的教学模式，借助网络架起师生之间对话的桥梁，促进学生主动性的发挥。

    通信原理实验教学在信息化教学形式下利用慕课学习平台作为支撑、课堂实验作为基础、线上开放操作为拓展，进行教学改革探索，从而将学习资源、环境、方式等多种因素融合，增加实验课程的教学时长，拓宽实验知识的学习资源，将面授内容与信息化学习融合，给学生更多的选择，激发他们的创造性与学习积极性，从而使学生对实验内容有更深入的体验。

    3 混合式实验教学模式设计

    本文以通信原理的常规实验为研究内容，分三步完成线上线下的混合式教学模式：

    第一步，制作慕课课件，供学生提前学习;

    第二步，结合硬件进行课堂实操;

    第三步，开放线上软件仿真系统，供学生课后学习。

    课前阶段 ?为改变传统实验教学以教师为主导的讲解方式，笔者将通信原理实验的相关知识点做成短视频形式动态讲解，并将实验操作的具体流程也在视频中进行演示，这样也能节省教师的课堂时间，使学生的实践时间更多。笔者在慕课堂网络通信原理网络课堂上添加了实验教学部分，首先对实验用到的实验设备RZ9681型现代通信技术平台的功能和外观进行详细介绍;其次，在每个实验的开端对实验原理进行讲解，使学生能回顾课堂上学到的知识点。通过要求学生提前观看实验操作视频，如图1所示，使学生了解实验的操作规程，不至于进入实验室后茫然不知所措。

    课中阶段 ?由于学生课前已学习过相关的实验操作，这样在进入实验教室之前，就已对实验原理及实验过程有一定的了解，可根据慕课讲解进行实际操作，能缩短基础实验的实验时间，留出足够的时间做开发型和创新型实验。

    在实验过程中，学生应严格按照实验操作步骤进行实验，对实验中出现的数据认真观察并做出准确分析。对实验中出现的不符合理论的数据或波形也要进行记录，分析原因后进行二次实验[5]。

    课后阶段 ?由于课堂时间是有限的，学生在课堂上难以充分理解和认识课程内容，因此建设开放型仿真实验操作系统供学生课后学习巩固。通信原理实验需要大量的时间和精力去调试和分析，特别是在遇到复杂的综合性实验时，课堂上的时间对学生来说更是杯水车薪。这就需要有开放实验室，让学生有充分的自由时间巩固理论知识。开放实验室可以在网络上实现仿真实验操作，学生可以不受场地的限制，自由安排操作时间。在网络上进行仿真实验时，学生需要对实验原理进行回顾，然后跳转至实验操作界面，如图2所示。

    学生可以根据需要对实验过程中每个节点的波形进行验证分析，实验结果相对于实际硬件操作来说，数据的误差更小，与学生根据理论分析得到的结果更相近。

    虚拟仿真系统中模拟示波器的造型和功能与实际使用的示波器一致。在实验过程中，笔者发现学生虽然在很多实验中都用到示波器，但是对示波器的操作还是不够熟练，不能准确将示波器的波形调整到结果较为明显的位置。这样在虚拟仿真系统中也能对示波器的实操技能进行巩固，以便学生在后续的教学中更快更好地完成实验。通过调整示波器的时机，可以清晰观察到波形及编码各个过程的变化，如图3所示。

    4 混合式实验教学模式的实施效果

    针对中原工学院通信工程专业和电子信息工程专业2016级共176名学生采用混合式实验教学模式授课后，取得良好的教学效果。学生能事先按要求完成实验预习任务，教师也能实时观察预习情况;若在预习过程中有疑问，也可在课堂实际操作时向教师寻求解答，充分发挥主观能动性。课后，学生还可以通过虚拟仿真实验系统对未完成或不熟悉的实验内容进行重复操作。由于实验教学的内容一般都是课堂上的重点知识，课后，教师也可以通过虚拟仿真实验系统的使用情况，了解学生对基础知识的掌握情况。

    混合式实验教学整合了现代信息技术辅助下的多种教学方式的优点，拓展了教与学的时间与空间，确立了学生的主体地位，促进了师生之间的情感交流，使学生的学习信心倍增。

    5 结语

    在通信原理实验教学过程中采用混合式教学，不仅可以提升学生的自学能力，而且能不间断地观察学生对知识的掌握情况。开设实验慕课和仿真实验，能进一步增强学生对通信原理重点知识的理解和掌握;同时，教师也能通过后台学习数据，准确把握学生课前预习与课后复习的情况。教学实践证明，混合式实验教学模式能提高学生的实验实践技能，帮助学生更好地适应现代社会的发展，具有良好的教学效果。

    参考文献

    [1]林善亮.试论通信原理实验教学改革[J].移动信息，2015（4）：43-44.

    [2]翟双，刘丽伟，王昕.《通信原理》实验教学改革与探索[J].才智，2019（29）：13.

    [3]毛力，王慧琴，王民，等.基于网络教学平台的通信原理课程混合教学模式研究[J].中国管理信息化，2017，20（3）：244-245.

    [4]王廠，管恩京，齐晓妹.基于微课的混合式学习在实验教学中的应用研究[J].中国教育信息化，2018（14）：53-58.

    [5]张立毅，耿艳香，费腾.《通信原理》实验教学中思政教育的设计与探索[J].高教学刊，2018（22）：80-81，84.