“教、学、做”一体化视角下通信类课程的研究与实践

摘要：文章针对目前通信类课程理论教学与实验教学中存在的弊端，提出了基于Matlab/GUI及Simulink的参数化教学实验仿真平台的建设方法，结合仿真平台，探索了“教、学、做”一体化的教学模式改革方法。实践结果表明：仿真平台的建设与应用极大地提高了学生的学习兴趣，对培养学生的研究性学习能力、创新能力及实践应用能力起到积极的作用，也为高校教的教学与实验改革提供了新的思路。

关键词：通信类调和；实验改革；Matlab； Simulink

据我国高等教育质量报告显示，2016年我国高等教育毛入学率已达40%，随着高等教育的改革，各大学的培养目标定位越来越清晰，占据我国大学绝大多数的普通高校本专科多数将培养目标定位在培养应用型人才。但是由于受到传统教育观念的影响及教学资源的紧缺，我们的教学模式还是以重理论轻实践，重继承轻创新的课堂灌输为主，这种教学模式已经不能适当时代飞速发展的需求。因此，在当前条件下，以通信类课程改革为切入点，探索出通过学生自主性、研究性学习能力的培养，提升学生的工程意识及实践创新能力的教学模式、教学方法，并为类似课程的改革提供借鉴。

1 传统教学模式的弊端

随着社会经济的快速发展，通信技术日新月异，通信工程专业已成为变化最快且最具有影响力的专业之一，培养高素质的应用型人才已成为时代的需要。但是由于教学理念、教学方法（手段）、教学资源等多方面的制约，使得教学效果与培养目标之间还存在很大的差距[1]。

1.1 教学观念陈旧，教学手段、方法单一

通信课程是理论性较强的学科，授课内容侧重通过理论推导与分析，以建立数学模型为主，由相应的电路来实现其功能，这种转换比较抽象，因此迫切需要在课程的理论教学中通过一些验证性实验帮助学生更好地理解抽象的理论知识，但是由于受到教学实验条件的限制，一些需要课堂演示的内容，只能用几张图片或简单的多媒体课件来代替，即使有条件看到实际设备，也是老师边讲边操作，只有少数学生才有机会看得清楚，更不要说学生亲自动手操作的机会了。课堂上应有的高效率教学活动变为填鸭式的灌输，内容枯燥且难以理解，影响了应有的教学效果，培养出了大批重理论、轻实践，重继承、轻创新的学生。

1.2 实验设备模块化、更新慢，不利于开设综合性、创新性实验

知识的推陈出新和电子技术的日新月异，原有的部分实验设备已赶不上新技术的步伐。实验教学仪器更新慢，导致实验教学内容陈旧，无法跟踪现代科学技术的新发展；配套实验设备模块化设计，也导致实验内容固定，多数为传统的验证性实验，学生很难参与实验方案的设计，不能进行二次开发，综合性、设计性实验的开出率很低。学生不是整个实验过程的主体，而是根据老师的演示和讲解，按照实验讲义上的操作步骤进行简单模仿，实验过程类似“搭积木”，学生的动手能力和创新思维能力没有得到有效的训练和培养，另外，实验还受到时间和空间上的限制，实验模式僵化、固定。以上状态极大地阻碍了学生动手能力的提高和创新性思维的开发，不利于学生进行研究性学习。

1.3 与工程实际的严重脱节，学生解决实际问题能力亟待提高由于实践环节的缺失，学生并不能完全了解这些理论在实践中的应用，只局限在实验室里的模块上，真正面对各种通信设备时，就会手足无措，无法将做过的内容与实际工程设备结合起来，操作起来更是困难重重[2]。

2 与时倶进，顺应时代发展的改革措施

针对以上问题我们提出了课题的研究目标：通过改进现有实验教学方法与手段、丰富教学内容、探索并建立以实践和应用为核心的教学模式。引入“微课”辅助教学平台，改变目前“照猫画虎”式的简单操作的教学方式。倡导以学生为主体的创新性教学、实验改革方法，调动学生的积极性、主动性和创造性，最大限度地开展自主性、研究性学习。多渠道开展第二课堂的科技创新活动，激发学生的创新思维和创新意识，提升学生的实践、创新能力。使通信实验教学更具创新性、先进性、趣味性、生动性[3]。

2.1 研发适应课题研究目标的教学、实践仿真平台软件

针对课程的理论与实践教学环节，提出实验仿真平台的设计方案。仿真平台以Matlab/GUI图形用户界面及Simulink为开发环境，模拟实际仪器界面，通过人机交互，仿真实际控制系统各种参数的输入，利用软件强大的数据处理和图形显示功能进行分析处理和结果显示，并将多个可完成不同实验项目的子系统进行集成，形成了一个综合的教学、实验平台，集理论教学与实验教学于一体。仿真平台通过软件实现了传统实验中利用硬件所能实现的全部功能，因此，可以实现实验内容的快速更新，及时跟踪科学技术的发展，学生也可以参与进实验的设计过程，开发出更多综合性、设计性实验。通过综合性、设计性实验的大量补充，可以将课程中孤立的知识点连接起来，提高了学生综合应用计算机进行系统设计和解决实际工程问题的能力[4-5]。

2.2 改革教学方法，注重理论与实践教学的结合

以“通信原理课”为例，编写仿真平台软件，基于该软件，进行教学方法的改革。在理论授课上，将实验室搬进课堂，实现理论教学和实践教学的无缝衔接。在课堂上教师可以根据授课要求，随意切换理论教学和实践教学的环境，教师能够做到“教中做，做中教”。而学生在虚拟仿真实验过程中，能够做到“学中做，做中学”，通过在虚拟场景中的亲身实践，达到认识和了解物理规律、认识世界的目的。实现真正意义上的“教、学、做”一体化的教学要求。将学习过程与实践、体验相结合，强调学生对所学知识、技能的实际运用，有利于激发学生的创新思维，提高学生的学习兴趣，进而提升教学效率和教学效果，推进教学改革。

2.3 改变学生的学习方法，强调研究性学习过程

通信类课程的验证性实验可以使学生加深对基本概念的理解，而研究性、设计性和开放性实验可以充分发挥学生的主体作用，使学生在实际系统的建模、分析、控制器的设计和应用方面得到训练，对学生扎实地掌握所学的内容、灵活运用课本知识，培养创新能力、研究能力、独立思考能力和动手能力都是非常重要的，也是改革教学模式、教学方法的必然趋势。鉴于目前的教育资源情况，完全依靠硬件设施（实验室、实验仪器等）是很难做到的，而软件仿真则可以相对容易地实现。仿真平臺是在Matlab软件环境下，依靠控制系统工具箱和Simulink动态建模、仿真和综合分析集成环境开发而成。如果学生能够掌握仿真平台的开发方法，那么对于学生自主进行研究性、设计性和开放性实验无疑是有巨大帮助的。

当然，让学生在较短时间内掌握Matlab语言进行软件设计并不是一件轻而易举的事情，为此，一方面自编《控制工程基础》教材，每章中均有一节针对本章讲授的内容，对控制系统工具箱中相关的函数进行介绍，并附有Matlab解題示例程序及Simulink建模、仿真示例，将程序设计方法融入理论课教学中；另一方面仿真平台采用开放式结构，设计方法及源代码完全对学生开放，学生可以结合仿真平台的示例及Matlab的帮助和演示文件进行自学。通过几年的实践经验总结，绝大多数的同学能够很快地掌握仿真平台开发设计方法，学生们利用Matlab软件进行研究性、设计性及开放性实验的设计上也表现出极大的兴趣，并且不断有好的实验设计被选中并加入到仿真平台中，使仿真平台的内容不断完善[6]。

3 结语

仿真平台的建设与应用实现了将实验室搬进课堂的设想，使抽象概念形象化，分析过程可视化，实现真正意义上的“教、学、做”一体化的教学要求。提高了学生的学习兴趣，提升了教学效率和教学效果，推进教学改革。

实现了 “验证与设计相结合”“注重基础、突出应用”的原则。培养学生运用所学的理论方法，借助计算机去解决实际问题的意识和应用能力。

缓解了教学资源的不足，摆脱了实验室硬件条件的制约，实现了教学内容的快速更新。同时也促进了教学方法的改革，实现教学手段向现代化、信息化迈进。

[参考文献]

[1]田莹，卢金玉，刘宴涛.基于Matlab/Simulink的通信原理虚拟仿真实验教学方法研究[J].现代电子技术，2015（14）：28-31.

[2]武一，周亚同，张雯，等.通信工程虚拟仿真实验教学中心构建及管理[J].实验技术与管理，2017（5）：218-222.

[3]任峻，张红燕.运用虚拟仿真实验改革通信原理实验教学[J].实验技术与管理，2010（3）：95-97.

[4]施杰，张永华，宁旺云，等.信号处理虚拟仿真实验系统的设计与实现[J].机电产品开发与创新，2016（2）：104-106.

[5]成建平，李飞，沈建华.虚拟仿真技术及其在《光纤通信》课程实验教学中应用的探索与实践[J].课程教育与研究，2016（9）：254-255.

[6]陈芳妮.面向应用型人才培养的通信原理课程改革探讨[J].浙江科技学院学报，2014（1）：68-71.

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