摘要:分析了无线通信与网络课程的特点以及无线通信与网络教学实践存在的难点问题,并针对这些问题,提出了一种五环教学方法。该方法包括课前主动预习、课中互动讨论、课后仿真验证、期中实践强化和期末理论升华五个环节。这五个环节环环相扣、层层推进,可以有效发挥教师的主导作用和调动学生学习的主观能动性。实践结果表明,该教学方法有效提高了教学质量,在培养学生的思维能力、动手能力和创新能力方面均取得了较好的效果。
关键词:教学方法;无线通信与网络;五环教学;创新能力
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)07-1534-03
Research on the Five-stage Teaching Method of Digital Signal Processing Course
CHEN Xiao-ming, LEI Lei
(College of Electronic Information Enginerring, Nanjing Univ. of Aeronaut. and Astronaut., Nanjing 210016, China)
Abstract: In this paper, the characteristics of the course of wireless communication and network and the hardness existed in the experimental teaching of this course were investigated in detail. Aiming at these problems, we proposed a five-stage teaching method of wireless communication and network. This method includes active lesion preparation before class, mutual discussion in class, simulation and testing after class, knowledge enhancement by practice at the middle of a term, and theory improvement at the end of a term. The five stages are interlocked each other and improve stage by stage, so they can stimulate the main role of the teacher and arouse the activity of the students. Practical results show that this method can improve the teaching quality effectively, and can obtain a favorable effect on the thinking, working and innovation ability of the students.
Key words: teaching method; wireless communication and network; five-stage teaching; creative ability
1无线通信与网络课程体系的特点
近年来,无线通信网络技术正以前所未有的速度向前发展,各种新技术与新概念层出不穷,包括MIMO、OFDM、认知无线电、中继、自适应调制等等[1]。这些技术将共存形成一个多无线电环境来为用户的各种应用提供不同的服务能力,“无论何时、何地,任何人均可以任何方式进行任何内容的通信”成为了短距离无线通信网络系统发展的理想目标。在这种形式下,各大院校纷纷在信息工程、计算机应用技术等相关专业的学生中开设无线通信与网络课程;在上述专业的本科生毕业设计中,也有很多和无线通信与网络相关的课题。
无线通信与网络课程体系的内容主要包括无线通信简介、无线信道、无线通信技术、无线网络和无线通信系统标准等几部分[2]。在无线通信与网络的教学和研究中,无线信道的建模、无线通信技术的设计和无线通信系统的性能分析具有理论性强和覆盖面广的特点[3],需要学生具有扎实的数学基础和丰富的专业知识面,同时无线网络和无线通信系统标准又纷繁复杂、千头万绪,使得学生很难深入理解和全面掌握这一课程的内容。因此,本文提出利用五环教学方法,包括课前主动预习、课中互动讨论、课后仿真验证、期中实践强化和期末理论升华,层层推进学生对无线通信与网络的理解,并最终掌握无线通信系统设计的思想和方法。
2无线通信与网络教学实践存在的问题
笔者在无线通信与网络的教学,以及在指导与无线通信与网络相关的本科毕业设计的过程中,发现现有的无线通信与网络的教学环节存在以下问题:
1)学生被动接受,难以深入掌握课程内容。
现有的无线通信与网络的教学环节,以教师讲授式的课堂教学为主,学生被动的接受教师做传播的知识与理论。由于无线通信与网络是一门理论性很强的课程,在进行无线信道的建模、无线通信技术的设计和无线通信系统的性能分析时,涉及很多的数学理论和分析,往往使得学生觉得这一课程枯燥无趣,产生厌倦心思。并且由于这一课程是逐层推进的,一旦有一个环节没有掌握好,就很难理解之后的内容。这些都会降低学生学习无线通信与网络的积极性,影响了教学效果。
2)学生的知识往往局限于某一具体技术,难以对无线通信系统进行整体把握。
学生在初学无线与网络时,对这一课程的理解往往局限于某一些具体技术,比如MIMO技术、OFDM技术等,但是他们往往对整个无线通信系统有一个整体的把握,不知道无线通信系统的结构是怎样的,系统这些通信技术在系统中起到了哪些作用。以至于在课程结束的时候,学生对无线通信系统的概念仍然是模糊不清的。
3)课堂知识陈旧,难以跟上学科发展的前沿。
当前无线通信与网络的教学内容,都是一些很成熟但是又很陈旧的知识,这些知识只能让学生对这一学科有一个粗浅的认识。学生缺少对无线通信与网络的发展前沿有一个深入全面的认识,就难以做出创新性的成果。
3五环教学方法
针对第2节中提出的无线通信与网络的教学环节存在的问题,本节在分析这一课程的主要特点的基础上,探讨了一种五环教学方法。
3.1课前主动预习
无线通信和网络具有理论性强和覆盖面广的特点,在课堂教学过程中,为了让学生对课程知识有一个深入的理解,教师往往会将通信问题转化为一个数学问题,然后利用数学分析的手段讲解无线通信的内在原理和思想,但这也会提高学生掌握这一课程的难点。因此,为了使得学生在课堂上跟上教师讲解的进度,需要学生进行课前主动预习。在指导学生预习时,需要有针对和有重点,不然学生面对纷繁复杂的知识点,将无从下手,以至于很难达到课前预习的效果。在课前预习时,还可以布置学生学习相关的数学理论,这样也可以减少课堂讲解的时间,专注于无线通信理论本身的数学分析。
3.2课中互动讨论
无线通信和网络的课程的重点是通信理论的理解、掌握和应用,在课堂教学过程中,由于理论的艰深和其中穿插大量的数学分析和推导,容易使学生产生厌倦心思。因此,在课堂教学过程中,需要调动学生的积极性,让学生参与到教学过程中,而不是一味被动的接受填鸭式教育。首先,在每节课的开始阶段,可以让学生讲解一下上一次课的主要内容,这样可以使得学生回忆起前面的教学内容,也有利于他们对知识的进一步理解。在上课过程中,需要避免连续不断的讲解,需要掌握讲课的节奏,并且要有针对性的向学生提出一些相关的问题,使得他们能够跟上教师的思路,并且也能够集中他们的注意力。
在每一个章节的知识点讲解结束以后,需要安排一趟相关内容的讨论课。这一讨论课以学生为主角,教师要引导他们对这一章知识点进行梳理,对这一章所涉及的通信技术的提出背景、实现方法、实现难点和性能效果等进行深入讨论,加深学生的理解。
3.3课后仿真验证
在课堂教学环节,通过教师的讲解和师生之间的讨论,学生对无线通信和网络的相关理论和技术有了一定的理解。但是这一理解只是停留在理论本身,学生对这些理论和技术的设计与实现仍然很模糊,这种模糊的认识很容易随着时间的推移而慢慢消退,并不能转化为自身的认识。实践表明,只有通过更加直观的比较和认识,学生才能有一个深入的理解和掌握。因此,在无线通信与网络课程中,教师可以指导学生在课后对所学的理论和技术进行仿真。目前,关于通信系统的仿真软件很多,例如Matlab可以对具体的通信技术进行仿真[4],OPNET可以对网络协议进行有效的仿真[5]。图1是利用matlab对不同的通信技术进行仿真,所得到的效果图。通过这一效果图,可以很直观的看出不同通信技术的性能差异,有利于学生对这些技术的理论,也便于他们在系统设计时进行通信技术的选择。
3.4期中实践强化
在经过一段时间的学习后,学生对各种通信理论和技术有了一定的认识,但往往都是局限于特定的技术上,对整个无线通信系统仍然缺乏一个完整的认识。学生们不知道一个通信系统需要包含哪些部分,具体的通信技术如何应用到通信系统中,如果将具体的通信技术组成一个符合设计需求的通信系统。因此,有必要通过实践强化,使得学生对通信系统有一个完整的认识,进而自主的设计一个通信系统。在系统设计过程中,首先需要根据要求设计一个系统框图,如图2给出了一个典型的无线通信系统的接收机框图。基于这一系统框图,对其中每一个模块包含的通信技术进行论证和设计,最后在FPGA和DSP中实现这一通信系统。经过一个完整系统的设计与实现,可以有效的提升学生的理论水平和动手能力。
图1 Matlab仿真效果图
图2网络运行过程监控文件片段
3.5期末理论升华
经过一个学期的学习,学生对无线通信与网络有了一个比较深入的理解。但是,由于无线通信的迅猛发展,课堂教学的内容很难跟上本学科发展的前沿。为了使得学生了解无线通信发展的前沿,在学期末时,可以指导学生撰写课程报告。首先,指导学生搜集最新的相关资料,了解前沿理论。然后对这些资料总结归纳,进行合理综述,最后阐述自己的认识和理解。对于学有余力的学生,教师还可以指导他们钻写学术论文,采取创新式教学。
4总结
本文针对无线通信与网络教学及相关课题的本科毕业设计指导中存在的若干问题展开研究,提出了一种五环教学方法。实践结果表明上述教学方法有助于学生对无线通信与网络的理解,为学生的创新能力的培养创造有利条件。
参考文献:
[1]张立军.数字通信[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2] Tse D,Viswanath P.Fundamentals of Wireless Communications[M].Cambridge University Press,1997.
[3] Rappaport T.Wireless Communications: Principles and Practice [M].2nded.Prentice Hall,2002.
[4]西瑞克斯(北京)通信设备有限公司.无线通信的Matlab和FPGA实现[M].北京:人民邮电出版社,2006.
[5]王文博.OPNET Modeler与网络仿真[M].北京:人民邮电出版社出版,2003.