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摘 要 通信原理作为信息类学科重要的专业基础课程，教学内容繁多和学时数偏少之间矛盾突出。多年教学实践的摸索中，在注重与先修课程紧密衔接和渗透的基础上，特别加强课程群建设和教师队伍建设，再辅助仿真软件的教学与学习，较好地解决了这个问题。
关键词 通信原理；学时；先修课程；课程群建设；仿真教学
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）14-0076-04
通信原理是信息类学科重要的专业基础课程，本课程的主要特点是理论深、应用广、难度大、变化快，并且知识体系繁杂，前后概念与内容相互交错，教和学都存在相当大的难度。关于该课程的教学改革论文比比皆是，大多涉及教学观念的转变、教学方法和手段的改革、教材的选取等[1-3]。作为系统知识的传授者，教师在教学的过程中仍然发挥着主导作用，教师如何在有限的学时内很好地完成教学任务是不容忽视的问题。在当前教学学时数不断受到压缩而教学内容却因通信技术的发展增加了许多的情况下，教学内容多和学时数偏少之间的矛盾更加突出。笔者根据多年的通信原理及其相关课程的教学实践，对学时紧张与教学内容繁多的矛盾做了较多的摸索与实践，在中原工学院（以下简称“我校”）的相关课程教学中取得良好的成效，总结起来主要有以下三个方面。
1 注重与先修课程的紧密衔接和渗透
在本科的教学计划中，专业的课程设置大多分为技术基础课、专业基础课和专业课，在教学时间安排上是技术基础课在先，接着是专业基础课，最后是专业课。当然各课程的教学内容既存在前后的连贯性，又存在相互的渗透性，若能将多门课程综合研究，在教学过程中承前启后，尽量减少重叠部分，使教学内容安排紧凑合理，更加连贯和系统化，将能有效节省学时，提高教学效率。
通信原理作为信息类学科的专业基础课，与其先修课程信号与系统及随机信号分析就有着紧密的联系：通信原理课程很多的知识点都建立在信号或系统的概念之上；随机信号的理论知识作为现代信号处理的重要理论基础和有效方法，在通信与信息系统、信号与信息处理、电子信息科学技术等专业的知识结构中起着承上启下的作用。二者是信息类专业重要的学科基础课程，这两门课程对学生的数学基础要求很高，教师教学时大多只注重数学层面上的理论分析，理论与实际脱节，原理方法与应用联系不多，往往会让学生感觉课程内容繁杂，理解不透，更不知道该如何去应用。也就是说学生在未接触到专业基础课之前，不知道这些技术基础课的学习有什么用？用在哪里？
因此，在讲授这两门课程之初就应该从专业的角度让学生明白通信的本质是信息的有效和可靠的传递和交换，而信号是传输信息的手段，即信息的物质载体是信号，所以学习专业基础课通信原理之前首先要对信号（包括确知信号和随机信号）有全面的分析和特性了解，信号的理论基础是很多后续专业课程（比如通信原理）的数学工具，而后续的通信原理课程就是从信号通过实际通信系统进行传输的角度，讨论如何在噪声背景下提取有用信号，更多地侧重于调制技术的介绍。这样在技术基础课的学习时，授课教师就从专业的角度讨论其授课内容在后续课程通信原理及其实际应用中的作用，将事半功倍。
笔者在讲授信号与系统和随机信号分析这两门课程时，不单要求掌握确知信号与随机信号分析与处理的基本概念、理论和方法，更重要的是让学生明白对信号（时域和频域）的分析描述和对系统（线性和非线性）的分析所需的一整套理论是理解和分析一切通信系统的基础；以实际的通信工程系统作为主要应用背景，把频谱分析和信号带宽结合起来，把系统分析和信道传输特性及信道带宽结合起来，让学生明白信号和系统分析的目的是为了更好地分析和设计通信系统。这样有的放矢（“启后”），在后续通信原理的相关内容讲解时水到渠成，过渡自然。
以我校所选用的樊昌信编著的《通信原理》（第6版）[4]为例，在教学实践中，学习第2章“确知信号”和第3章“随机过程”时，由于先修专业技术基础课程信号与系统和随机信号分析这两门课程学习时“有什么用，用在哪里”的问题已提前解决，学生都已掌握得较好，只需提纲挈领地回顾，提出学习重点和要求，至少可以节省四个学时的教学时间。这样既让学生对专业知识的理解和掌握形成一体化结构，又有效地提高了教与学的效率。
2 加强课程群建设和教师队伍建设
为了将“与先修课程紧密衔接和渗透”很好地落到实处，必须加强课程群建设和相关课程教师队伍建设。在教学上关联程度大或者成体系的若干门课程的集合称之为“课程群”，通信原理课程内容丰富、理论深、应用广的特点决定了其在信息类专业基础课中的核心地位。为此，我校成立信息类专业平台课课程群，该群内课程主要有信号与系统、随机信号分析、通信原理、数字信号处理这几门关键的技术基础和专业基础课。课程群内的课程密切相关，互相渗透，群内课程统一规划建设，构造完整的课程体系。
以前的授课模式是某位教师一直负责某一两门课，这样做的优点在于能从持续反复的教学中摸索经验，增强单门课程的教学效果。但各课程由不同的教师独立讲授，不利于把多门关联密切的课程相互衔接，建立完整的知识结构体系。某一门课的授课教师对其他相关课程的教师具体都讲了什么、怎么讲并不是特别了解。通过课程群建设，课程组组织教师就群内课程进行探讨学习交流，在授课教材和内容的选取方面统一协调，梳理群内课程各知识点之间的先后衔接，交流授课技巧，将多门课程融合为一个有机的整体，同时也促进教师知识结构的完善和水平的提高。
通过实践摸索后尝试让同一位教师连续跟踪同一个教学班级，循环讲授专业平台课程群内的各门课。例如，笔者在大二下学期给信息类10级学生讲授随机信号分析课程，对于其中平稳随机过程的均值、方差、自相关函数的定义及对应的物理意义直流功率、交流功率、平均功率已进行详细讲解，信号的特征估计也进行重点讲授。对用统计的方法研究随机过程的功率谱密度，已经详细分析推导得出相应的表示式，并分析了表示式的物理意义及分析随机信号频谱特性的目的。此时就特别强调在通信原理课程中数字通信部分，分析数字基带信号（随机脉冲序列）的频谱特性时将采用这种方法，所以笔者在接下来大三上学期给10级学生讲授通信原理该部分内容时，提前预习时就和学生提到了先修课程随机信号分析的这部分内容（“承前”）。因为是同一位教师讲授，上课时又特别强调过，所以大多数学生还有印象，经过课下的回顾和复习，上课时直接过渡到使用这样一个推导结果即可。 这样做在先期的技术基础课程随机信号分析中分析推导公式、阐述物理意义，奠定专业理论素养；在通信原理的学习中对于复杂的公式推导和定理证明在课堂教学中弱化，侧重于引导学生对于物理意义的理解和专业上的应用，前后课程的教学安排更加合理化的同时也相应减少了教学学时，有利于把更多的时间用于通信技术的学习和实际应用上。
3 仿真软件的辅助教学与学习
多媒体教学的广泛应用增大了课堂容量和信息量，大大提高了教学效率，通信仿真软件（MATLAB/Simulink、SystemView等）[5-7]在课程学习中的应用更是如虎添翼。用易学易懂的计算机仿真分析代替枯燥繁琐的理论分析和推导，学生可以迅速进入系统设计的研究环境，这又主要包括课堂教师的仿真教学准备和课下学生的仿真实践锻炼两个方面。
课堂教师的仿真教学准备 通信原理课程教学过程中需要构建各种通信系统，分析系统的工作过程以及系统的有效性、可靠性，整个分析过程若用仿真过程表示则直观生动形象，易于被学生接受。以笔者讲授2PSK调制解调原理为例，在进行相干解调时得到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波至关重要，可是解调时恢复的本地载波存在180°的相位模糊，从而会导致“倒π现象”[4]，大家普遍对这个“倒π现象”比较困惑。为此，笔者根据原理构建了基于SystemView的简单的2PSK调制解调系统的仿真模型，如图1所示。
在系统的仿真模型各关键点处设置观察窗，实时观测信号波形及系统运行情况，以便对系统信号的流程和变换有一个直观、动态的理解。图1中在图符模块1、3、6、26、27处设置观察点，分别用于观测仿真模型中的源码（绝对码）、相干载波、已调2PSK信号、解调时相乘器输出、抽样判决输出（恢复的绝对码），仿真过程按信号流向各波形用瀑布图表示，如图2所示。由图可见，除略有时间延迟外，解调还原的数字基带信号（图2中的第五行波形）与发送端的基带信号（图2中的第一行波形）完全相同。这种正确的解调建立在接收端解调时所用的本地载波（图符3）与发送端调制时所用载波同频同相的前提条件下，若改变仿真模型中的本地载波相位，使本地载波与发送端调制时所用载波反相，则仿真过程瀑布图如图3所示，解调还原出的基带信号（图3中的第五行波形）与发送端的数字基带信号（图3中的第一行波形）完全相反。
图2和图3的实时观测结果直观地显示了整个系统各环节的工作情况，每个环节对应的功能模块是否正常工作一目了然。通过仿真，使原本枯燥的静态理论知识变得“动”起来，极大地激发了学生的研究兴趣。对课本中的其他调制解调系统，学生都学着采用仿真方法建立模型设置参数，仿真分析其中的“奥秘”，很快就掌握了相关原理，避免了以前反复的理论讲解学生仍不明白的情况，极大地提高了课堂教学质量和学习效率。
课下学生的仿真实践锻炼 有了课堂仿真教学的引导运用，学生被吸引进入到通信系统的设计研究环境中，大大增强了自主学习的积极性。学生课下自己构建通信系统，通过仿真进行求证与讨论更有利于课堂知识的吸收消化，同时又容易与工程实践建立起紧密联系，利于创新能力的培养。利用SystemView持续不断更新推出的各种库资源，而这些库资源与最新研究应用密切相关，可方便地完成许多完整的新型通信系统的设计和仿真，对于不满足既定教材和教学内容的学生可以紧跟专业学科发展的步伐，留有足够的学习和发展空间。
4 结语
结合通信原理课程其他方面的教学改革，笔者通过将摸索总结的以上几点在实际教学中对多届学生进行实践使用，取得良好的教学效果，很好地解决了教学内容多和学时数偏少之间的矛盾。学生普遍反映前后课程联系密切了，知道所学的知识怎么用了，系统性增强了；教师也不用每堂课都“满堂灌”赶教学进度了，而可以更多地把工程实践问题引入课堂教学，加强学生工程素质的培养，达到学以致用的目的。
参考文献
[1]蒋铃鸽，黄继翔.“通信原理”多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009，31（3）：95-97.
[2]张鸣，李白萍，等.《通信原理》多维教学的探索实践[J].武汉大学学报：理学版，2012，58（S2）：92-94.
[3]黄葆华，等.SystemView仿真“通信原理”课堂教学中的应用[J].中国电力教育，2012（35）：50-51.
[4]樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2006：188-189.
[5]邵玉斌.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008.
[6]孙屹，等.SystemView通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.
[7]Dennis S. Digital Communication Systems using System Vue[M].Da Vinci Engineering Press，Thomson Delmar，2006.
关键词 通信原理；学时；先修课程；课程群建设；仿真教学
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）14-0076-04
通信原理是信息类学科重要的专业基础课程，本课程的主要特点是理论深、应用广、难度大、变化快，并且知识体系繁杂，前后概念与内容相互交错，教和学都存在相当大的难度。关于该课程的教学改革论文比比皆是，大多涉及教学观念的转变、教学方法和手段的改革、教材的选取等[1-3]。作为系统知识的传授者，教师在教学的过程中仍然发挥着主导作用，教师如何在有限的学时内很好地完成教学任务是不容忽视的问题。在当前教学学时数不断受到压缩而教学内容却因通信技术的发展增加了许多的情况下，教学内容多和学时数偏少之间的矛盾更加突出。笔者根据多年的通信原理及其相关课程的教学实践，对学时紧张与教学内容繁多的矛盾做了较多的摸索与实践，在中原工学院（以下简称“我校”）的相关课程教学中取得良好的成效，总结起来主要有以下三个方面。
1 注重与先修课程的紧密衔接和渗透
在本科的教学计划中，专业的课程设置大多分为技术基础课、专业基础课和专业课，在教学时间安排上是技术基础课在先，接着是专业基础课，最后是专业课。当然各课程的教学内容既存在前后的连贯性，又存在相互的渗透性，若能将多门课程综合研究，在教学过程中承前启后，尽量减少重叠部分，使教学内容安排紧凑合理，更加连贯和系统化，将能有效节省学时，提高教学效率。
通信原理作为信息类学科的专业基础课，与其先修课程信号与系统及随机信号分析就有着紧密的联系：通信原理课程很多的知识点都建立在信号或系统的概念之上；随机信号的理论知识作为现代信号处理的重要理论基础和有效方法，在通信与信息系统、信号与信息处理、电子信息科学技术等专业的知识结构中起着承上启下的作用。二者是信息类专业重要的学科基础课程，这两门课程对学生的数学基础要求很高，教师教学时大多只注重数学层面上的理论分析，理论与实际脱节，原理方法与应用联系不多，往往会让学生感觉课程内容繁杂，理解不透，更不知道该如何去应用。也就是说学生在未接触到专业基础课之前，不知道这些技术基础课的学习有什么用？用在哪里？
因此，在讲授这两门课程之初就应该从专业的角度让学生明白通信的本质是信息的有效和可靠的传递和交换，而信号是传输信息的手段，即信息的物质载体是信号，所以学习专业基础课通信原理之前首先要对信号（包括确知信号和随机信号）有全面的分析和特性了解，信号的理论基础是很多后续专业课程（比如通信原理）的数学工具，而后续的通信原理课程就是从信号通过实际通信系统进行传输的角度，讨论如何在噪声背景下提取有用信号，更多地侧重于调制技术的介绍。这样在技术基础课的学习时，授课教师就从专业的角度讨论其授课内容在后续课程通信原理及其实际应用中的作用，将事半功倍。
笔者在讲授信号与系统和随机信号分析这两门课程时，不单要求掌握确知信号与随机信号分析与处理的基本概念、理论和方法，更重要的是让学生明白对信号（时域和频域）的分析描述和对系统（线性和非线性）的分析所需的一整套理论是理解和分析一切通信系统的基础；以实际的通信工程系统作为主要应用背景，把频谱分析和信号带宽结合起来，把系统分析和信道传输特性及信道带宽结合起来，让学生明白信号和系统分析的目的是为了更好地分析和设计通信系统。这样有的放矢（“启后”），在后续通信原理的相关内容讲解时水到渠成，过渡自然。
以我校所选用的樊昌信编著的《通信原理》（第6版）[4]为例，在教学实践中，学习第2章“确知信号”和第3章“随机过程”时，由于先修专业技术基础课程信号与系统和随机信号分析这两门课程学习时“有什么用，用在哪里”的问题已提前解决，学生都已掌握得较好，只需提纲挈领地回顾，提出学习重点和要求，至少可以节省四个学时的教学时间。这样既让学生对专业知识的理解和掌握形成一体化结构，又有效地提高了教与学的效率。
2 加强课程群建设和教师队伍建设
为了将“与先修课程紧密衔接和渗透”很好地落到实处，必须加强课程群建设和相关课程教师队伍建设。在教学上关联程度大或者成体系的若干门课程的集合称之为“课程群”，通信原理课程内容丰富、理论深、应用广的特点决定了其在信息类专业基础课中的核心地位。为此，我校成立信息类专业平台课课程群，该群内课程主要有信号与系统、随机信号分析、通信原理、数字信号处理这几门关键的技术基础和专业基础课。课程群内的课程密切相关，互相渗透，群内课程统一规划建设，构造完整的课程体系。
以前的授课模式是某位教师一直负责某一两门课，这样做的优点在于能从持续反复的教学中摸索经验，增强单门课程的教学效果。但各课程由不同的教师独立讲授，不利于把多门关联密切的课程相互衔接，建立完整的知识结构体系。某一门课的授课教师对其他相关课程的教师具体都讲了什么、怎么讲并不是特别了解。通过课程群建设，课程组组织教师就群内课程进行探讨学习交流，在授课教材和内容的选取方面统一协调，梳理群内课程各知识点之间的先后衔接，交流授课技巧，将多门课程融合为一个有机的整体，同时也促进教师知识结构的完善和水平的提高。
通过实践摸索后尝试让同一位教师连续跟踪同一个教学班级，循环讲授专业平台课程群内的各门课。例如，笔者在大二下学期给信息类10级学生讲授随机信号分析课程，对于其中平稳随机过程的均值、方差、自相关函数的定义及对应的物理意义直流功率、交流功率、平均功率已进行详细讲解，信号的特征估计也进行重点讲授。对用统计的方法研究随机过程的功率谱密度，已经详细分析推导得出相应的表示式，并分析了表示式的物理意义及分析随机信号频谱特性的目的。此时就特别强调在通信原理课程中数字通信部分，分析数字基带信号（随机脉冲序列）的频谱特性时将采用这种方法，所以笔者在接下来大三上学期给10级学生讲授通信原理该部分内容时，提前预习时就和学生提到了先修课程随机信号分析的这部分内容（“承前”）。因为是同一位教师讲授，上课时又特别强调过，所以大多数学生还有印象，经过课下的回顾和复习，上课时直接过渡到使用这样一个推导结果即可。 这样做在先期的技术基础课程随机信号分析中分析推导公式、阐述物理意义，奠定专业理论素养；在通信原理的学习中对于复杂的公式推导和定理证明在课堂教学中弱化，侧重于引导学生对于物理意义的理解和专业上的应用，前后课程的教学安排更加合理化的同时也相应减少了教学学时，有利于把更多的时间用于通信技术的学习和实际应用上。
3 仿真软件的辅助教学与学习
多媒体教学的广泛应用增大了课堂容量和信息量，大大提高了教学效率，通信仿真软件（MATLAB/Simulink、SystemView等）[5-7]在课程学习中的应用更是如虎添翼。用易学易懂的计算机仿真分析代替枯燥繁琐的理论分析和推导，学生可以迅速进入系统设计的研究环境，这又主要包括课堂教师的仿真教学准备和课下学生的仿真实践锻炼两个方面。
课堂教师的仿真教学准备 通信原理课程教学过程中需要构建各种通信系统，分析系统的工作过程以及系统的有效性、可靠性，整个分析过程若用仿真过程表示则直观生动形象，易于被学生接受。以笔者讲授2PSK调制解调原理为例，在进行相干解调时得到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波至关重要，可是解调时恢复的本地载波存在180°的相位模糊，从而会导致“倒π现象”[4]，大家普遍对这个“倒π现象”比较困惑。为此，笔者根据原理构建了基于SystemView的简单的2PSK调制解调系统的仿真模型，如图1所示。
在系统的仿真模型各关键点处设置观察窗，实时观测信号波形及系统运行情况，以便对系统信号的流程和变换有一个直观、动态的理解。图1中在图符模块1、3、6、26、27处设置观察点，分别用于观测仿真模型中的源码（绝对码）、相干载波、已调2PSK信号、解调时相乘器输出、抽样判决输出（恢复的绝对码），仿真过程按信号流向各波形用瀑布图表示，如图2所示。由图可见，除略有时间延迟外，解调还原的数字基带信号（图2中的第五行波形）与发送端的基带信号（图2中的第一行波形）完全相同。这种正确的解调建立在接收端解调时所用的本地载波（图符3）与发送端调制时所用载波同频同相的前提条件下，若改变仿真模型中的本地载波相位，使本地载波与发送端调制时所用载波反相，则仿真过程瀑布图如图3所示，解调还原出的基带信号（图3中的第五行波形）与发送端的数字基带信号（图3中的第一行波形）完全相反。
图2和图3的实时观测结果直观地显示了整个系统各环节的工作情况，每个环节对应的功能模块是否正常工作一目了然。通过仿真，使原本枯燥的静态理论知识变得“动”起来，极大地激发了学生的研究兴趣。对课本中的其他调制解调系统，学生都学着采用仿真方法建立模型设置参数，仿真分析其中的“奥秘”，很快就掌握了相关原理，避免了以前反复的理论讲解学生仍不明白的情况，极大地提高了课堂教学质量和学习效率。
课下学生的仿真实践锻炼 有了课堂仿真教学的引导运用，学生被吸引进入到通信系统的设计研究环境中，大大增强了自主学习的积极性。学生课下自己构建通信系统，通过仿真进行求证与讨论更有利于课堂知识的吸收消化，同时又容易与工程实践建立起紧密联系，利于创新能力的培养。利用SystemView持续不断更新推出的各种库资源，而这些库资源与最新研究应用密切相关，可方便地完成许多完整的新型通信系统的设计和仿真，对于不满足既定教材和教学内容的学生可以紧跟专业学科发展的步伐，留有足够的学习和发展空间。
4 结语
结合通信原理课程其他方面的教学改革，笔者通过将摸索总结的以上几点在实际教学中对多届学生进行实践使用，取得良好的教学效果，很好地解决了教学内容多和学时数偏少之间的矛盾。学生普遍反映前后课程联系密切了，知道所学的知识怎么用了，系统性增强了；教师也不用每堂课都“满堂灌”赶教学进度了，而可以更多地把工程实践问题引入课堂教学，加强学生工程素质的培养，达到学以致用的目的。
参考文献
[1]蒋铃鸽，黄继翔.“通信原理”多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009，31（3）：95-97.
[2]张鸣，李白萍，等.《通信原理》多维教学的探索实践[J].武汉大学学报：理学版，2012，58（S2）：92-94.
[3]黄葆华，等.SystemView仿真“通信原理”课堂教学中的应用[J].中国电力教育，2012（35）：50-51.
[4]樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2006：188-189.
[5]邵玉斌.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008.
[6]孙屹，等.SystemView通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.
[7]Dennis S. Digital Communication Systems using System Vue[M].Da Vinci Engineering Press，Thomson Delmar，2006.