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优质课程经验谈 | 朱宇:学以致用,与时俱进——通信原理本科教学中的几点思考
发布时间:2023-05-31        浏览次数:45

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学校于2022年启动复旦大学本科优质课程推荐评选工作,经过各单位推荐、学生提名与专家评议,现已评出第一批复旦大学本科优质课程98门。为进一步发挥优质课程的示范引领作用,促进全校本科课程质量的整体提升,教务处推出复旦大学本科优质课程经验谈系列推送,与广大师生分享任课教师在课程建设方面的心得体会。


本期将由信息科学与工程学院朱宇教授为大家分享关于专业核心课程“通信原理”本科教学的几点思考。







同学荐语










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老师备课认真负责,讲课生动,我的收获很大。

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教学内容详细,条理清晰,方式灵活。

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课后任务有挑战性,做好后很有成就感。

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通过布置书面作业和编程作业将理论和实践结合起来,有助于加深认识。

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教师有耐心,很和善~

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朱宇老师是大学阶段最让我敬爱的老师!


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朱宇,复旦大学信息科学与工程学院教授,博士生导师,扛起学姐的白腿输出在线观看副系主任。主要研究无线通信系统和网络、通信信号处理。







“通信原理”课程和信息与通信技术密切相关,如何在有限的课程教学中既能传授基础核心知识,又能紧跟新技术发展;如何通过学习与实践的结合激发学生的热情和创造力,是这门课在教学中始终需要思考和探索的问题。




课程背景与特点









作为国民经济发展的重要驱动力,信息与通信技术的发展日新月异,在过去的几十年间为人们的生活带来了翻天覆地的变化。现在上课的学生们可能已经不太熟悉收音机、公用电话、IC电话等,但他们对5G、6G、Space X以及全球卫星通信网络等当下新技术都非常关切。


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除了有很好的技术应用外,从学科上说,信息与通信学科是基础理论和实际技术应用结合得最好的学科之一。它有着非常漂亮的理论体系:从信号的角度有傅里叶变换的分析方法,在物理方面有基于麦克斯韦方程组的电磁波理论,在信息传输方面有信息论之父香农提出的通信信道容量等等……这门课的理论要求是比较深且全面的,实践性很强,加之新技术发展迅猛,系统复杂度越来越高,这为课程教学带来了一系列挑战也激发了教师的很多思考,促使教师始终保持学习、与时俱进,在培养学生的过程中紧跟时代的需要。


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教学体会与举措









1

准确把握课程定位


每一门课程都是人才培养体系中的一块重要拼图,需要准确把握课程定位,通过教研组(教学团队)研讨,明确课程内容、深度及其与上下游课程之间的关联。我在扛起学姐的白腿输出在线观看分管教学,过去几年围绕复旦大学“2+X”的培养要求,在学院组织下和系里老师认真地梳理了本科生培养方案的整个课程体系。从通识教育、大类基础、专业核心再到专业进阶,在这样递进式的课程衔接关系中,“通信原理”这门专业核心课程发挥的是承前启后的作用。承接本科一年级、二年级的重要基础课程,引导同学进入到通信工程专业的基础培养中,并在之后进入进阶课程的学习。因此,“通信原理”课程的难度也比较大,它需要对基础理论进行针对性的整理,再面向未来更专业化的课程作好铺垫。


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2

强化理论知识点的工程应用


通信技术宽广的应用始终离不开理论基础,夯实基础理论知识非常重要。“通信原理”这门课程中纳入了对大一、大二基础课程温故而知新的过程,回顾重要数理基础知识点,并引导启发学生理解其工程含义,能够举一反三,强化基础理论与实际工程应用的联系。


以“相关运算”为例,对两个信号x(t)和y(t)进行相关的处理,看上去是一个简单的数学表达,在工程意义上可以联系到通信中的同步技术,比如上课铃响起时,同学们听到铃声就知道上课了,这就是相关运算的过程——脑海里事先存入上课铃声,当耳朵接收到这个信号,与脑中存储的信号正好匹配,相关值最大的时候,人们就知道已经开始上课了,如此完成了一个同步的过程。又如通信中比特0、1的传输与检测,其实就是用两个不同的信号来分别代表0和1,如何更好地传输0和1?可以用点头或摇头来代表,但为什么不用点头50度,点头70度来表示?因为这两个方式的相关性非常大,不如点头和摇头的区别度大。如此阐释,学生就可以更好地理解公式,并且能够举一反三。

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我在课堂上也注重培养学生们在工程应用方面的综合思考能力。比如对于一个具体的通信技术,我会给出A、B两个方案,让学生讨论哪个方案更好。其实没有最完美的方法,因为工程上如果性能加强了,计算复杂度或者其它方面可能就会相应提高,但是同学们刚开始一般无法考虑得这么周全。我会请支持A方案或B方案的同学们各抒己见,或者做一个问卷星二维码,请学生现场扫码投票。同学们在讨论中会逐渐发现A、B其实都各有道理,最终达成共识——从工程的角度而言,需要平衡这两者,基于现有的预算做出一个最优选择,达成目的。


3

深入开展实验实践教学


在理论学习的基础上,课程中也要灵活运用多种方式,全方位地展开实验实践教学,把握不同方式的特点,相互配合,进行有针对性的课程设计。


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课堂实践

任课老师的课堂演示丰富了知识点的讲解方式,集中式的课堂实践可以促进师生互动以及学生之间的讨论与思考。我会将课堂实践细分成一个个步骤,难度从简单逐步过渡到复杂。以下分别是基于软件无线电平台实现的商用电台收音机的课堂教学演示,以及利用MATLAB Simulink工具进行课堂实践教学来讲解数字调制中星座图和眼图知识点的课堂现场录像,可以看到学生们非常专注,并积极地交流讨论。在课堂实践教学中,我也会密切关注学生的进度和碰到的问题,参与他们之间的讨论,最后向全班进行统一的讲解,以达到良好的教学效果。

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课程设计

课程中安排了很多有针对性的课程设计项目,比如商用FM广播电台与收音机,数字基带眼图、星座图验证,数字传输综合课程实践,无线通信信道特性测量等等。


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我们采用了一些新型手段,比如使用软件无线电的平台作为口袋实验室,这个设备与MATLAB相互结合,通过软件编程将其变成收音机,具有部分功能的WIFI AP,导航设备,或具备部分手机功能的无线通信设备等等。在这个过程中,学生在体验中学习、在学习中思考、在思考中实践,形成循环。



产学合作协同育人

在教育部产学合作协同育人的框架下,教学团队申请了一些教改项目,如与武汉易思达科技公司、美国ADI亚德诺半导体、华为基座项目等。另外我们也建设了联合实验室、实习基地等。


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4

灵活运用多种新型教学手段


过去几年的线上教学让我体会到丰富多样的线上工具正逐渐成为重要的、甚至不可或缺的教学手段。比如录屏、录像功能可以录制重要的知识点讲解或习题课,方便学生反复观看、反复强化;MOOC、B站上的国内外高校名师可以为学生理解知识点提供更多角度;腾讯会议有助于随时随地开展线上答疑;雨课堂、问卷星等可以帮助教师及时把握学生学习效果反馈,这些都是非常好的手段。





课程教学的未来挑战









展望未来,根据新时代对于交叉复合型人才培养和课程教学的需求,通信将与其他学科、专业交叉融合,从人与人之间的通信拓展到物理世界、生物世界和数字世界之间的通信。我们将以培养国际一流的电子信息通信领域复合型高端人才为目标,力图使学生具备全局视野、前瞻思维和与时俱进的专业素质,满足新技术新兴产业(机器人、人工智能、自动驾驶、无人机、空间信息、物联网等)对复合交叉人才的需求,满足未来万物智联、通感算一体、空天地一体等领域对具备自主研发和创新创业能力的人才需求。


另外,新的数字化和人工智能技术也为教育带来了诸多影响与挑战。一方面,新技术突破了时空限制,带来了更加多样化、更高效的教学方式;另一方面,它们也引起了可靠性、安全性、评价方法等方面的问题。对此,教师要积极增强对新技术的运用能力,保持与学生的互动和人文关怀,着力增强学生独立思考的能力


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