曾菊玲，王 刚，刘馨琼，严朝军
（三峡大学 计算机与信息学院，湖北 宜昌 443002）
摘 要：提出基于专题研讨的通信工程专业课教学模式的设想，阐述专题确立及研讨实施的方法，以斯坦福大学的无线通信原理课程为例，分析专题确立的科学性以及讲授内容与专题研讨的相互支撑关系，以期对通信工程专业课教学改革有所帮助。
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关键词 ：专题研讨；专题确立；研讨实施；通信工程；无线通信原理
基金项目：国家自然基金项目（41172298）；三峡大学博士基金项目（0620120019）；三峡大学教学基金项目（J2012061）。
第一作者简介：曾菊玲，女，副教授，研究方向为宽带无线接入网的QOS技术及资源管理， julingzeng@163.com。
0 引 言
国内很多高校尝试了通信工程专业课教学改革，一些专业实力较强的大学如清华大学等[1-2]，提出学生直接参与科研项目的研究性教学模式，对改变专业课教学内容陈旧、单一的现状起到重要作用。然而，这一教学模式需要丰富的、合适的科研项目以及教师本身对学科前沿和工程实际的深入研究和学生良好的学科基础作支撑，很多学校不具备这样的条件。专题研讨的教学模式中，专题的深度和覆盖面更容易掌控，以专题为线索组织研讨更便于学科前沿与基础知识的融汇以及理论与实践的结合，形成良好的课程体系；更便于发挥学生的主观能动性，使其得到从知识准备到系统设计、从个人能力到团队合作、从动手能力到语言表达等多方面的训练。
1 专题确立
合理选取专题是基于专题研讨的专业课教学能否成功的关键。
首先，基于通信行业的发展特点，教师应通过专题研究克服教学大纲和教材内容陈旧的缺陷，令专题的内容紧跟学科前沿，顺应通信行业快速发展的现状。同时，考虑到教学的目的是培养应用型人才，专题新颖性和内容宽窄程度应有别于科学研究，选取那些具有相对明确发展方向和相对完善理论基础的热点问题，为学生从事专业工作奠定知识基础，也为学生贯通前沿与基础知识奠定能力基础。因此，专题的新颖程度应稍低于科研课题而覆盖面更宽。
其次，选取的专题应能在知识体系中提纲挈领，注重前沿与传统、应用与基础、知识与能力、能力与素养的贯通，使繁杂的内容以专题为线索体系化。同时，教师在专题研讨中要注重专业课教学对学生的职业素养培养，在教学内容上不仅要考虑科学前沿，还要考虑行业及职业要求，提供专业知识和创新平台。
以斯坦福大学Andrea Goldsmith教授主讲的无线通信原理课程[3]为例。主讲人Andrea Goldsmith从加州伯克利大学（University of California-Berkeley）获得博士学位，具有丰富的科研教学经历，是软件定义无线网络的Accelera公司和著名的高通公司发起人、首席科学家和首席技术官，也曾供职于Maxim Technologies、Memorylink Corporation以及贝尔实验室，其研究领域包括无线信息论及通信理论、认知无线电、传感器网络、绿色无线网络系统设计、智能电网以及通信及信号处理在生命科学中的应用，几乎涉猎当前无线通信领域的所有前沿，对通信系统、网络设计以及硬件、软件各行业都有相当高度的了解。教授多次主讲无线通信原理并出版多部相关教材，丰富的教学科研经历使其拟定的专题具有很强的科学性。Andrea Goldsmith教授在无线通信原理课程拟定的专题见表1[4]。
专题特点分析如下：
（1）前沿性。表1中专题可分为应用（1、6、9）、网络基础架构（2、3）、物理层技术（7、8）及基础理论（4、5）研究四大类。基于移动互联网的新型业务提供是当前移动通信的热点和难点，而新型业务归纳起来主要有视频类、交互类、社交类等。因此，所选应用型专题——无线视频流传输（1）、网络定位（6）这两个专题具有较好的前沿性和覆盖性；另一应用型专题——无线电力传输（9），将节能绿色通信与智能电力传输相结合，是未来家居智能的一个主要方向。网络基础研究专题——量子通信（2）、无线连接—3则为新型业务安全性、移动性及无缝接入提供新的网络解决方案，其中包含量子密钥、宽带接入、异构融合、虚拟网络等内容，紧跟新型网络基础架构的前沿研究。大规模MIMO（4）、无线通信新基础探究（8）这两个专题则从物理层面研究新型业务和网络所要求的并行高速和宽带信道模型，紧跟MIMO信道信息论、新的信道建模理论等前沿内容。表1中的专题以应用前沿为导引，提出从应用到网络传输直至信道的网络通信各个层面的前沿研究专题，便于学生直接切入不同层面的研究前沿。
（2）贯通性。9个专题中，1、6、9提出3个无线通信的应用热点，共同的核心问题是无线传输自适应、高带宽及有效性，自适应通信实现方法需跨层设计，以能够较好地实现上层与下层的贯通；以此为线索提出2、3两个专题研究支撑新业务的网络基础架构，再往下的7、8两个专题研究满足新型网络高带宽、自适应等要求的新的物理层技术，主要内容围绕新的高速并行信道建模及信息论展开；最后，4、5两个专题研究传统的信道建模理论，为前述专题提供支撑。可以看出，全部专题实现了应用与基础、前沿与传统、上层与下层的融会贯通，便于形成良好的理论体系，培养学生追根溯源的能力。
（3）典型性。表1中的所有专题都是在移动互联这一典型环境下，基于OSI分层模型每一层面的最核心内容，具有很好的辐射性。专题4、5研究散射信道和多径传输信道模型，这是移动通信最基本、最典型的信道建模方法。在此基础上，专题7、8研究大规模MIMO等典型无线通信新技术中的建模及传输问题。专题2、3则在专题7、8的基础上，研究新兴业务支撑的典型网络解决方案——宽带接入技术。专题1、6、9研究无线视频流传输跨层优化、基于传播自适应的网络定位以及无线电力传输。这些专题不仅体现了新兴业务的集成性、可视性、交互性等典型特点，还包括了QoE、高带宽、同步、移动性、信息安全等移动互联的典型问题，三类业务的实现方法——跨层优化也是目前具吸引力的设计方法。
（4）奠基职业。面向系统设计，专题分别从业务（专题1、 6、 9）、网络（专题2、 3）、射频（专题4、5）、基带（专题7、8）层面为学生奠定通信行业的四大主流职业基础。
（5）成果要求。表1中的专题除了4、5外，其他都采用文献综述的成果展示形式，在创新性要求上低于科研成果要求，对知识和能力的要求更适合本科教学；同时便于学生通过大量阅读形成相关专题的理论体系，通过积累和陈述培养发现问题、分析问题和解决问题的能力，实现从学习知识到应用知识的能力提升。
以上分析说明，专题的确立需要相关教师具有丰富的科研教学职业经历，在确立专题时首先跟踪学科前沿，选取具有前沿性、贯通性和典型性的专题并兼顾职业需求。
2 研讨实施
2.1 以研讨与讲授的有机结合代替单一的讲授
讲授法是目前最基本的教学方法，与此相应的教学组织形式是班级授课制。这种以班级授课制为基础的讲授具有一定优势：①以“课”为活动单元，循序渐进，系统完整；②以讲授为主，有利于发挥教师的主导作用；③固定的班级人数和统一的时间单位，有利于教学内容和进度安排，保证教学的有序性。科学技术的进步对学生现代科学意识的要求提高，该方法也不可避免地暴露其局限性：完全以讲授为主，学生的主动性和独立性受到限制，探索精神和创造能力得不到培养；时间、内容和进程的程序化、固定化导致教学活动中难以容纳更多的特别是学科前沿的内容和方法；以课程为活动单元，课时限制往往将某些完整的教材内容人为地割裂，导致其缺乏系统性。
专题研讨需要对这种班级授课形式扬长避短，首先由教师对一些公共基础知识以班级为单位或者针对专题基础以研讨小组为单位统一讲授，为研讨提供知识保证，为教学有序进行提供基本保障。在此基础上，在教师的指导和组织下，研讨以专题为核心内容，以小组为单位开展，打破班级和课堂的时间、空间、内容限制，以保证研讨的有序和连贯。
研讨与讲授有机结合是研讨实施的前提条件。我们以斯坦福大学Andrea Goldsmith教授在无线通信原理这门课中的讲授内容（见表2）与专题之间的关系进行说明。
对比表1和表2，我们用图1描述讲授内容与专题内容的关系。图中虚线线条描述了讲授内容之间的关系，讲授内容2、3、4、5、6、7分别从传播、阴影损耗模型、衰落模型、多普勒扩展及时延等几方面讲述无线及移动信道特征，奠定无线通信技术的基础；内容8、9、10、11、12、13则在此基础上讲述衰落信道的自适应调制及抗衰落措施，讲解主要的、基本的无线通信技术；内容14、15、16讲述MIMO信道特征及相关技术；内容17、18、19讲述OFDM、扩频等宽带通信技术，这是3G、4G的基础，也是无线通信新技术。讲授内容本身从传统到前沿形成了一个非常完善的基础理论体系。图1中实线线条描述了讲授内容与专题内容之间的关系，9个专题都有充分的讲授内容支撑，例如，对于专题1——无线视频流传输跨层优化，讲授内容为其提供了自适应调制、OFDM资源分配、MIMO自适应通信等多种通信技术以支持跨层优化和保证质（QoS）的自适应视频流传输。从图中还可看出，专题研讨反过来又为更高级的讲授内容提供支撑，例如，专题4、5是现代无线通信的2种典型信道，通过建模可以为无线电力传输、基于传播自适应的网络定位等专题奠定坚实基础，也为讲授衰落信道自适应调制打下基础。讲授内容与专题研究互为基础，逐渐延伸到科技前沿和工程实际。
2.2 以专题研讨升华实践教学
目前的教学实践形式有实验、实习实训、社会实践等[5-6]。单一的实践形式不能提高学生的综合素养。在专题研讨中，教师一方面需要根据专题内容设计一些探索性或仿真性综合实验，由于从原理设计到系统实现、再到结果分析都需要自主完成，因此可以使专业理论知识、综合实践能力、创新精神及人文精神相互融合，避免实验的验证性倾向；另一方面，通过专题确立阶段的行业发展、社会需求调查和信息收集，通过研讨阶段的相互协作，提高学生的信息整理能力、方法获取能力、社会交往能力等社会实践能力，同时通过专题的前沿性提升整个实践过程的创新性，将创新精神贯穿于各实践环节。
2.3 将能力培养贯穿专题研讨过程
用大学所独具的浓郁文化氛围和精神气质以及大学教师传授知识、从事科学研究所体现出的儒雅气质和严谨作风，促进学生精神与思想境界的提升，是研讨的任务之一[1]。通过研讨，学生学会与他人进行科学、文化交流与切磋，学会团结协作，是研讨的另一作用。具体来说，我们将能力分为个人知识能力、系统建构能力和人际交往能力；将专题研讨分为5个过程，将能力培养贯穿于整个研讨过程。表3为专题研讨的每一过程与学生能力成长的对应关系，5个过程中，个人知识能力经历从上至下再从下至上的两个知识及技术推理过程训练，系统构建方面则经历系统分解再重新合成两个过程。
3 结 语
专题探讨模式使通信工程专业课教学瞄准时代前沿，统领基础，开启专业，优化课程体系，凝练课程内容，从各环节提高学生的综合素养，是一项非常有意义的工作。在专题确立、讲授配合、研讨组织等方面还有待于我们进一步研究。
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参考文献：
[1] 马开剑. 大学教学论基础[M]. 济南: 山东大学出版社，2011: 8-18.
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[3] Goldsmith A. Wireless Communications[M]. Cambrige: Cambridge University Press, 2003: 158-170.
[4] EE359, Wireless Communications, Fall 2014[EB/OL]. [2014-12-24]. http://t.cn/zTG1Czo.
[5] 唐向宏, 章坚武, 姜斌. 应用型本科人才培养模式的探索与实践[J]. 电气电子教学学报, 2009, 31(增刊1): 76-78.
[6] 胡志刚, 任胜兵, 陈志刚. 工程型本科人才培养方案及其优化[J]. 高等工程教育研究, 2010(6): 20-29.
（编辑：宋文婷）