开学啦 | 线上线下混合式教学探索现代通信原理课程新模式

来源:信息科学与技术学院  作者:胡晓阳  日期:2020-03-02  点击数:281

1、《现代通信原理》课程背景

从古代的“烽火狼烟”、“飞鸽传书”到近代的电报、电话,再到移动互联网、物联网的应用与普及,通信技术和通信产业已成为近年来发展最快的领域之一,信息与通信也成为了现代社会的基础与命脉。移动通信正以平均每10年一代的速度,经历了从1G到5G的发展,2019年作为第五代移动通信(5G)的元年,5G已正式进入了商业化部署与运营阶段,将提供增强移动宽带(eMBB)、超低时延超高可靠(URLLC)、大规模物联网连接(mMTC)等一系列的业务,将深度融合车联网、物联网等垂直行业应用,进一步拓展通信技术的应用领域。然而,通信技术的发展也不会止步于此,正在5G方兴未艾之时,世界各国家与地区(如欧盟、中国、美国等)已启动了面向2030年的第六代移动通信的研究开发工作。《现代通信原理》课程正是探讨点对点通信的基本概念、思想、模型、技术与原理的专业基础课程,是进入通信领域的“第一道大门”,是移动通信、光通信和卫星通信等专业课程的先修课程。

2、线上课程资源:

本课程采用智慧树、雨课堂以及腾讯会议等线上平台,并结合了录播课程、直播课程、线上精品课程、以及课程博客的优势,设计了线上线下混合式教学方案,其中线上课程资源包括:

(1)智慧树线上课程:现代通信原理C,课程代码为K592978。

 

 

图一 智慧树平台二维码以及课程资源截图

2)中国大学MOOC平台线上资源:北京邮电大学国家级精品课程《通信原理》,课程链接为https://www.icourse163.org/course/BUPT-1002543002。

 

图二 MOOC平台教学资源

3)课程网站以及习题库:课程组结合多年的教学材料积累,建设了通信原理课程网站,并建立了习题库,学生可借助课程网站进行知识点的强化和练习,网站链接为http://mooc1.chaoxing.com/course/80849878.html

 

图三 课程网站

4)课程CSDN博客:https://blog.csdn.net/tanghonghanhaoli/article/details/82810482。

3、教学内容:

重点在于讲述点对点通信的基本概念、基础知识、基本模型和技术原理,如图四所示,主要包括:

1)信号分析基础,包括确定性信号分析以及随机过程。

2)模拟通信系统,主要讲解AM、DSB、FM等一系列典型模拟调制解调原理。

3)数字基带传输,通过对基带波形、功率谱密度、基带信号接收(包括匹配滤波接收和低通滤波接收)、无码间干扰传输等内容进行讲解,旨在理解基带传输系统的基本原理。

(4)数字频带传输,重点讨论关于二进制数字频带调制解调的原理及性能分析,包括BASK、BFSK、BPSK、BDPSK等典型数字调制方式;同时也将讲解关于多进制调制的基本原理。

5)模拟信号的数字化传输,该部分将关注如何对模拟信号进行数字化传输,包括抽样、量化和编码等内容,重点讲解带通信号抽样定理、标量量化、PCM编码原理。

 

图四 课程教学内容

此外,本课程本着因材施教的思想,针对通信专业(包括部分对通信基础要求较高的专业)和非通信专业采用了差异化、层次化的教学方案,设计了2学分和4学分的通信原理,在教学内容组织方面,2学分的现代通信原理课程主要是面向非通信工程专业的本科生的教学需求,在课程讲授的过程中,要能够在较少学时数的教学内容中体现出系统性、完整性和先进性,因此教学内容弱化了数学推导,突出对物理概念和基本原理的理解,注重实际应用。4学分的课程要求在理解基本概念和基本原理的基础上,同时也关注关键理论与技术数学推导的核心思想和基本过程,使学生进一步掌握通信链路与系统设计、选型、性能分析的思想与方法。

教学内容按照信号基础知识、模拟通信系统、数字通信系统中的各功能模块有序展开,在通信系统整体框架下研究局部模块的功能和原理,使教学内容循序渐进,增强了逻辑性。

4、教学内容参考书目:

为体现课程的差异化和层次化,并结合教学学时安排,2学分和4学分《现代通信原理》选用了不同的教材:

2学分课程的主教材为:通信原理简明教程 ,黄葆华,沈忠良,张伟明 编著,机械工业出版社,2012年版。教材摒弃了部分陈旧内容,紧扣通信原理核心内容,突出对物理概念和基本原理的理解,注重实际应用,适合较少学时数的现代通信原理课程的教学。

4学分课程的主教材为:周炯槃、庞沁华、续大我、吴伟陵、杨鸿文,通信原理(第4),北京邮电大学出版社,2015。该教材是周炯槃院士主编,为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,系统、深入地介绍了通信系统和通信网的基本原理与基本分析方法,适合通信类专业或对通信基础要求较高的专业选用。

除主教材外,本课程还辅以国内外高水平教材为参考书:

(1) 樊昌信 主编,樊昌信、任光亮 编著,现代通信原理,人民邮电出版社

(2) 李晓峰 ,周宇, 周亮,通信原理,清华大学出版社(第二版)

(3) Bernard Sklar, Digital Communication fundamentals and applications, second edition,电子工业出版社

5、本学期《现代通信原理》教学组织形式:

任课教师:刘刚、杨柳、龙彦

采用线上课程+线下直播讨论结合的方式:

l “线上课程”讲授知识点,针对2学分的课程,学生可以通过精心设计的15-25分钟的教学视频在线上完成知识点的理解和掌握;针对4学分的课程,课程组也遴选了国家级精品课程《通信原理》作为线上学习资源,课程组不仅利用异步SPOC课程的形式开展线上教学,也针对部分章节精心录制了教学视频作为补充。

使用“直播软件”,共享教师和学生屏幕,实时展示理论分析和公式的推导,并完成开放题目和技术前沿讨论、答疑和白板讲解;并且通过线上平台进行随堂测试的方式,检查学生预习和课堂学习效果,结合线上平台数据定期分析和反馈学生学习情况。

l 除了线上线下的讲授交流,同时辅以作业和课程设计,课程设计包括模拟通信系统信噪比性能仿真分析、数字传输系统误码率性能分析等,期望学生能够以此掌握本门课程思维方法,并了解领域前沿知识,学会查阅文献方法,能够围绕感兴趣的通信热点进行文献阅读和收集整理。

6、课程特色和优势 :

课程建设过程中,课程组充分利用网络与信息化手段,精心录制教学视频和遴选在线教学资源,形成了“线上自主学习-线下(直播)翻转课堂”的混合式教学模式。

l 课程团队设计了一系列课程设计,包括模拟通信系统信噪比性能仿真分析、数字传输系统误码率性能分析等,旨在通过仿真使学生建立起通信系统的全局观念,掌握通信系统设计与分析的基本方法。

课程组以科研反哺教学,将一系列重大重点科研项目成果引入课堂,与学生共同谈谈通信技术(包括5G和6G)发展前沿,激发学生学习和参与科研的兴趣,并遴选了部分优秀本课程参与学科竞赛、科创项目,取得了一系列优秀成果,包括多名优秀本科生在国际高水平期刊(IEEE Trans. on Wireless Communications)和会议(IEEE GIOBECOM/ICC)上发表通信领域前沿论文。

7、学生收获:

现代通信原理课程组构建的教学体系,定位准确,目标明晰,结构完善、层次分明,根据不同专业、不同层次的教学要求,提出了明确的课程教学内容设计思想,灵活多变的教学内容和组织形式。教学内容模块划分合理、组织有序、教学内容充实、深浅结合。

针对非通信工程专业的本科生,能够通过该课程补充信号与系统相关的基础知识,了解通信系统的整体框架,并且通过课程内容能够了解通信领域的一些前沿热点,在本专业的工程应用中学习使用相应的通信知识和技能。

针对通信工程专业以及对通信基础要求较高专业的本科生,通过本课程不仅可以理解典型通信系统的基本原理,还能掌握通信系统设计、选型和分析的核心思想和方法,为未来学习通信类专业课程、从事通信相关产品设计、研发和应用打下扎实的理论基础。

课程激发了学生的创新意识,提高学生的理论分析能力、综合实践能力以及科研素质,成为科学研究的启蒙教育。学生在进入毕业论文和研究生阶段后,其科研能力表现普遍受到导师们的好评。