“测控与信息传输原理”课程教学改革_王永川.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2021-09-12;修回日期:2021-10-08基金项目:陆军工程大学教改示范课项目(校教【2020】117 号)作者简介:王永川(1977)，男，博士，副教授，主要从事测控与信息传输技术方面的教学和研究工作，E-mail:wangyongchuan2017 126com“测控与信息传输原理”课程教学改革王永川(陆军工程大学 石家庄校区，石家庄 050003)摘要:从军队院校“测控与信息传输原理”课程教学现状出发，探索了教学改革的新措施。以最近发展区理论为指导优化设计教学内容，基于计算机仿真辅助教学，利用移动互联网拓展学习环境，解决课程教学中“课时少内容多、基础弱要求高”的矛盾。通过对教改前后课程考核成绩的分析和学员反馈的结果来看，探索的教改措施取得了很好的教学效果。关键词:教学改革;教学设计;最近发展区中图分类号:G6420文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0026-04Teaching eform of TTC and Information Transmission Principle CourseWANG Yongchuan(Shijiazhuang Campus，Army Engineering University，Shijiazhuang 050003，China)Abstract:The new measures of teaching reform have been explored in this paper，based on the current teaching status of TTCand Information Transmission Principle course in military academies To solve the contradiction of“less class time and more con-tent，weak foundation and high requirements”in the course teaching，the reform optimizes the design of teaching content basedon zone of proximal development，carries out computer aided instruction based on computer simulation，and expands learning en-vironment using mobile internet The analysis of this course assessment results before and after the reform and the feedback resultsof students，shows that the reform measures explored in this paper have achieved good teaching effectsKeywords:teaching reform;teaching design;zone of proximal development“测控与信息传输原理”课程是陆军工程大学无人机运用与指挥专业的一门专业背景必修课，共50 学时，其中理论 40 学时，实验 10 学时。课程内容以无人机测控与信息传输系统为实际背景，包括测控与信息传输的基本概念、基本原理和关键技术1。课程理论性较强、内容繁多且抽象、专业术语多、公式的数学推导多，需要学员具有扎实的数学功底和对专业术语较强的理解力。该课程是一门工程性和综合性都很强的专业基础课，是基础课向专业课的过渡。通过理论联系实际，夯实学员的理论基础，培养学员较强的分析和解决工程实际问题的能力，是该课程的主要教学目标。在新时期军事教育方针的指导下，陆军工程大学无人机运用与指挥专业的人才培养方案发生了比较大的变化，大幅压缩一些基础课程，增大军事与指挥课程的比重。由于一些与“测控与信息传输原理”紧密联系的先修课程被压缩，比如“数字信号处理”“高频电子线路”等课程不再开设，使得学员学习“测控与信息传输原理”课程的基础理论相对薄弱，因此，在课程的教学过程中出现了一些比较突出的矛盾 课时少内容多、基础弱要求高，深度难度难以把握。为了解决在新时期课程教学中出现的这些新问题，对“测控与信息传输原理”课程进行了一轮新的教改和实践，优化教学内容，创新教学模式，拓展教学环境，探索适应新形势下课程教学的新思路、新方法。1教改思路和理念教改的总体思路是，以最近发展区理论2 3 为指导，以学员现有知识和发展水平为基础，螺旋向前拓展知识、发展思维、激发兴趣、提升能力，降低学员的认知负荷，有效解决课程教学中出现的“课时少内容多、基础弱要求高、深度难度难以把握”的问题，有效提升教学效果。树立“以学员为主体，以教员为主导”的教学理念，以最近发展区理论为指导优化教学内容设计，基于计算机仿真辅助教学，利用移动互联网拓展学习环境，不仅充分吸收传统教学中“教师传授，学员接收”的优点，还充分利用信息化手段进行“因材施教”，为学员个性化学习创造条件，最大限度提升学员的综合素质和能力。2教改措施2 1基于最近发展区理论的教学内容优化以最近发展区理论为指导，紧紧围绕测控与信息传输系统，组织教学内容、安排讲授次序，突出系统性，突出工程性，恰当设定教学目标，使学员学习的难度能处于现有的水平以内(即最近发展区内)，不至于过难或过易。教学内容包括理论部分(40 学时)和实验部分(10 学时)。1)基于“一个流程”“两项性能”和“七大模块”进行理论部分教学内容设计和优化理论部分教学内容按测控信息传输流程来组织内容，信息传输流程如图 1 所示。它将教学内容分成以下七大模块:信道、信源编译码、信道编译码、扩频解扩、调制解调、同步技术、测距测角。这七大模块被测控信息传输流程这一主线贯穿起来，而联系内容模块和传输流程的内在逻辑是系统的两项性能，即可靠性和有效性。图 1 所示的流程图就是一张课程地图，显示了七大模块在系统中的作用和地位，以及七大模块之间的联系等，一目了然，十分清晰。每一个模块的授课，都让学员明白本模块是处于系统中的哪一部分，功能和作用是什么，实现的原理和方法是什么，对系统的两项性能有什么影响。以上这几个方面是每个模块的教学重点，对系统的两项性能有什么影响也是每个模块的教学难点。课程全部讲完之后，就能给学员留下系统层面的深刻印象。在讲次安排上，遵循最近发展区理论，深度和难度递进过程如图 2 所示。首先指出测控系统的两项性能，即可靠性和有效性;然后从信道开始，理解信道对信息传输的影响;而后进行最简信息传输系统(基带传输系统)学习;陆续地在最简系统的基础上逐步引入系统各环节(各内容模块)。这样安排，由宏观到微观，由浅入深，层层递进，螺旋上升，使学员理解起来不至于过难，知识和能力水平不断提升，获得感和成就感不断增强，学员兴趣和激情不断增强。图 1测控信息传输流程图(a)系统输入输出结构图(b)系统发射接收结构图(c)系统信源编解码结构图(d)系统详细环节分解结构图图 2内容深度与难度递进过程示意图2)基于支架式教学方法，以一个完整的信息传输系统来统筹实验项目和实验过程运用支架式教学方法，突出实验内容的渐进式提升，以验证性实验为基础，向综合性和设计性实验逐渐延伸，不断拓展。以一个完整的信息传输系统来组织实验教学，如图 3 所示的扩频传输系统。把这个完整的系统划分为几个系统环节，每个环节一个实验。这几个实验依次是:实验 1 信道及噪声;实验 2 信源产生与编解码;实验 3 信道编解码;实验 4 载波调制与解调;实验 5 扩频与解扩。随着理论教学的不断推进，依次完成这几个实验，实验全部完成后，合在一起就是一个完整的扩频传输系统。72第 3 期王永川:“测控与信息传输原理”课程教学改革图 3扩频传输实验系统组成框图这样组织实验教学的好处有:一是系统性强、综合性强;二是学员更容易理解各环节在全系统中的作用;三是从理论到工程逐渐过渡，便于知识的融会贯通。实验的开展次序，依然是遵循最近发展区理论，由简单到复杂，最后组成一个完整的系统。五个实验项目分别在其对应的理论教学模块完成后进行，这五个实验是前后叠加渐进的关系。先完成实验 1，验证和体会系统性能与信道和噪声的关系;实验 2 是在实验 1 的基础上叠加编解码，验证和体会基带信号特性对系统性能的影响;实验 3 是在实验 2 的基础上叠加信道编码，验证和体会信道编码技术对系统性能的影响;实验 4 是在实验 3 的基础上叠加调制解调，验证和体会调制解调技术对系统性能的影响;实验 5 是在实验 4 的基础上叠加扩频解扩环节，验证和体会扩频技术对系统性能的影响;完成了实验 5，也就实现了一个完整的扩频传输实验系统。2 2基于软件仿真的计算机辅助教学教学内容设计好后，教学模式、教学方法和教学手段的运用就很重要了。教改实践中，将计算机仿真软件引入理论教学和实验教学，利用仿真软件进行课堂演示、实验验证与实验分析，实现“实验走进课堂，理论走进实验室”的互动。这种教学模式不仅可以加深学员对复杂内容的理性认识和抽象原理的感性理解，并且可操作性较强，可极大地激发学员的学习兴趣和积极性。将 Matlab 仿真软件引入理论教学和课堂演示，实现“实验进课堂”，将抽象的理论知识形象化，将复杂的数学推导简单化。例如对差分编码的学习，由于学员没有高等代数的基础，差分编码译码的理解就非常困难，采用 Matlab 仿真，学员不需要复杂的数学推导，可以直观地看出编码译码的过程，特别是对编码的作用一目了然。理解了差分编码，对课程中有关信源差分、信道差分、调制差分的内容，理解起来就非常容易了。这样开展教学，既节省了时间，降低了理解的难度，也能给学员留下深刻印象。软件仿真实验相比硬件实验容易上手，学员不一定要去教学实验室，在宿舍、教室都可以做，可以与课后作业一起，作为学员日常巩固学习的手段，特别适合学时受限的情况。学员可以根据所学内容自行设计方案、编写程序，对知识点进行仿真分析。通过这个过程，实现“理论进实验”，许多抽象深奥的理论变得形象、具体，从实验中进一步加深对所学知识的理解和掌握，从死记硬背公式转化为以理解公式和图形为主，减轻学员在学习过程中的困难和压力，从而有效地提高学员学习的热情和兴趣。实际上，随着计算机技术的日益发展，基于Matlab 仿真软件开展信息传输理论的学术研究、信息传输系统的科技研发和工程设计，已经成为当今学术界和工业界的主流。在课程学习中，运用Matlab 仿真软件进行实验，辅助理论分析和研究，让学员的理论知识和 Matlab 仿真思维和技能一并提高，也是时代需求。2 3基于移动互联网的个性化学习互联网模式下的教学理念在于改变以往单一的教学方式，学员获取知识的方式变得多样化，学习内容也极大丰富，各种优质的教学资源的科学利用，可以满足每一个学员的个性化学习需要4。教改实践中，搭建了课程微信公众号，发布一些微视频、微课、文本资料和仿真程序等，学员根据个人实际情况选择性地学习和了解。通过课程公众号，可为学员推送优质学习材料，拓展学员视野，方便师生间的交流互动，可满足不同层次学员的个性化学习需求。在课程公众号的后台还可掌握学员的学习进度、学习偏好等。3教改效果陆军工程大学于 2019 年修订了人才培养方案，将“测控与信息传输原理”课程由原来在大四第 7 学期开设提前到大三第 5 学期开设。表 1 给出了课程教改前后的考核成绩对比表。表中的三个班次均为同一教员授课，同等难度试卷考核。由表 1 数据可见，将“测控与信息传输原理”课程由原来在大四第 7 学期开设提前到大三第 5学期开设，平均成绩下降了 6 33 分，优秀率由15 8%下降为 0，良好率下降了 34 9%。采用本文的教改措施后，平均成绩又回到了教改前大四学员的水平，优良率也得到了极大的改善。教改前后的考核成绩对比分析表明，本文所探索的教改措施取得了很好的教学效果。82电气电子教学学报第 45 卷表 1课程教改前后考核成绩对比表班次成绩教改前教改后2019 年秋季学期(大四班)2019 年秋季学期(大三班)2020 年秋季学期(大三班)成绩等级百分比优秀158011良好47412552中等3167537及格531250不及格000平均分8158752581354结语本文以陆军工程大学无人机运用与指挥专业的“测控与信息传输原理”课程为对象，所探索的教改措施对军队院校相似专业同类课程的教学改革具有一定的参考价值。基于最近发展区理论的教学内容优化和讲次安排很好地解决了“基础弱、要求高”的矛盾，在不降低课程教学目标要求的前提下，学员更容易理解和掌握学习内容。基于软件仿真的“实验进课堂，理论进实验”的教学模式很好地解决了“内容多、学时少”的矛盾，在不压缩教学内容的前提下，学员可以很好地掌握学习内容。基于课程公众号的教学拓展，为学员的个性化学习提供了环境和条件，师生、生生互动更方便。参考文献 1 王永川，陈自力，马晓琳，等 无人机测控与信息传输技术 M 北京:兵器工业出版社，2016 2 吴志华，王思漪 最近发展区理论下的学生实践能力发展及活动教学模式构建 J 教育理论与实践，2018，8(38):44 46 3 马青娜，邵飞，高磊，等 基于最近发展区理论的工程专业课课堂教学设计 J 大学教育，2019，2(8):54 56 4 田敏，党高歌 新工科背景下 通信原理 课程的教学改革探索 J 教育现代化，2019，3(24):77 7992第 3 期王永川:“测控与信息传输原理”课程教学改革