【学在西电】通信原理课程：探究通信系统真问题

■记者 白毅鹏

163所国内高校，2000余名通信工程及相关专业本科生，846支参赛队伍，从中遴选出76个院校的140份学生作品进入决赛……2024年5月10日至11日，在西安电子科技大学南校区网安大楼，迎来了第二届“凌特杯”通信系统设计大赛的决赛，而这组数据也直观反映出赛事在全国高校师生中的吸引力、影响力。

“凌特杯”第二届通信系统设计大赛

“以赛促学、以赛促教，立足通信原理课程，检验自主实践教学成果。”西安电子科技大学通信工程学院副院长顾华玺教授说。

架起通往通信系统的一座桥

通信原理是一门重要的学科专业课程，面向通信工程、信息工程与空间信息与数字技术等专业三年级学生开设，旨在帮助学生综合运用先修基础课程知识，对所学专业领域有框架性的认识和理解，对未来职业规划有一定预期。

“在相关课程体系中，这门课承前启后，起到一个桥梁作用”，西安电子科技大学通信原理课程负责人，教育部通信原理课程虚拟教研室负责人任光亮教授表示，之所以作为通信工程专业的核心课，是因为这门课能为学生学习专业课程奠定基础，“帮学生建立起通信系统的基本概念、分析方法，之后的无线通信、光纤通信等课程学起来就会非常‘顺’”。

从1973年开始设置课程以来，在通信工程学院领导大力支持下，经过樊昌信教授、张辉教授和曹丽娜教授等几代人的努力，通信原理课程已形成较完备的课程知识体系，在国内具有一定示范作用。2004年，该课程获得陕西省精品课程，2006年获得国家精品课程，2013年获得国家资源共享精品课程。

2016年，任光亮担任课程负责人后，在传承前辈教师的教学体系与经验的基础上，面向现代通信系统发展的趋势和未来需求，在课程首席教授李赞的指导和学院领导大力支持下，带领课程组进行了重要的课程改革，2020年获得国家一流线下课程，2022年获批西电牵头的教育部通信原理课程虚拟教研室。

关于课程改革，任光亮用“高阶性、创新性、挑战度”三个关键词来概括，自主实践则成为改革的特色亮点。

现代通信原理课程网络资源

比如，高阶性要求课程不能是知识点的组合，要提高对实验的重视，促进学生知识能力素质的有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。所谓创新性，是课程内容要有前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化。至于挑战度，则要根据学生兴趣，激发他们在自主实践环节去挑战自我，完成带有难度的任务，“要让学生跳一跳才能够得着。”

改革的方向明确下来，紧跟着就是一系列的创新和变化。首先是课时分配的调整。课程共64个学时，课堂理论教学48学时，自主实践16个学时；自主实践包括专题研讨、自主学习和自主实验，最终以答辩形式验收学生学习和实践的成果。在考核方面，课程侧重对学生自主实践能力的考察，在对学生进行课程打分时，自主实践比重提高至25%。

自主实践研讨与答辩

谈及强化自主实践的初衷，任光亮指出，“课堂讲解主要针对理论知识，随课实验培养学生使用仪器设备和分析解决问题的能力，不可或缺，但对学生的能力支撑不够。”

为了跟上课程需要，课程组老师身上的担子也压重了些，除了要提高课堂知识讲解的含金量，还要对学生的自主实践进行全程指导、答疑解惑，并在学生答辩环节给予详细点评、指导。

与书本上的原理“撞个满怀”

如今已是学校2023级信息与通信工程专业硕士研究生的陆晓晨，两年前曾上过现代通信原理课程，“我现在的研究方向和通信领域高度相关，这是本科阶段为数不多的让我们有机会自己设计通信系统的课程，没有这段经历，现在在实验室操作硬件，可能没那么容易上手。”

2022年，陆晓晨和班里另外两名同学合作完成自主实践：用两台电脑和无线电平台PLUTO，实现一张图片的点对点传输。

自主实践作品

“把一张彩色图片变成灰度图，在数字传输过程中变成一段序列，通过调制编码得到一组信号，通过PLUTO平台发送到另外一台电脑，再经过解调把数字变成灰度图，之后得到彩色图片”，陆晓晨回忆道，在图片转化为灰度图再转化为序列的过程中遇到了问题，“和课堂上讲的内容不同，灰度图变化不是很正确，去相关论坛查了资料也没能解决。”最终，在定期进行的教师小组自主实践指导中，陆晓晨遇到的问题得到老师手把手地解惑答疑，顺利进入到下一个环节。

任光亮表示，自主实践的价值，在于让学生直接面对真正的通信问题。“什么是科研，就是要做别人做不出来的东西，模仿和重复，很难有科研的快乐，学生在自主实践中体会是非常明显的，即便刚开始是为了完成课程任务，但慢慢深入进去，就会发现有潜下心仔细钻研的耐性。”

学生经过努力完成一个通信系统的设计，喜悦感和成就感是巨大的。任光亮举例说，“课堂上讲莫尔斯使用电报第一次实现了信息的传输，当学生亲眼看到信息在自己设计的通信系统中传输成功，也会感受到如当年莫尔斯的喜悦。”

陆晓晨则用“与书本上的原理‘撞个满怀’”，来形容这种惊奇。在通信原理教材“模拟信号的数字传输”部分，有关于奈奎斯特采样定理的内容，“如果我们超过奈奎斯特间隔去采样，采样频率过低就会发生混叠，导致失真，接收到的信号就会变得混乱”，她说道，“当时我们采样就发生了失真的情形，当时波形非常明显，会觉着好神奇，一下子跟书上的原理‘对’上了。”

课程组的任光亮、李赞、王奇伟、张阳、刘毅、李鹏等多名教师还结合教材编写了一本自主实践指南，每年也会对指南内容进行动态更新。任光亮表示，“和教材体系不同，编写指南的目的主要是为了辅助学生实践，让学生在设计通信系统时上手更快一些。”

自主实践指导电子书

培养学生改变世界的格局意识

人人都做科研的课程组，也让学生有机会吮吸到前沿科研成果的营养。通信原理课程组内，各位老师的科研方向有所不同，来自不同的科研团队，有的老师研究信源编码，有的老师专攻调解调制，还有的人专门研究接收端处理算法，从实验室到项目研发落地中的技巧、心得，就这样一点点变成精华案例，被“揉”进课程教学和指导学生自主实践的环节中。

“我们老师就是托举者，让学生看得更高更远”，在课堂上，课程组教师会有机融入做科研项目时的经验，“把前沿技术给学生讲，让他们了解通讯技术的发展趋势，知道行业存在的难点，看到技术改变社会的价值，提升学生的专业信心。”

要成为课程教师，也需要经历“打怪升级”。作为课程组组长，任光亮坚持的原则是新任教师要去听其他老师的课，只有把课完整听一遍，才能更好地了解这门课到底在讲什么，自己要教给学生什么。“不管老师从哪里毕业，学历怎么样，如果要讲这门课，就要全程听下来，之后进行试讲，没有个两三年时间，是无法单独承担课程的。”在课程组内，老师们之间还会互相听课“取经”，给对方提意见和建议。

“AI+”时代背景下，利用信息化智慧教学手段开展线上线下、虚实结合的教学研究活动及课堂教学实践，对教师的教学能力提升有着积极的促进作用。2022年5月，通信原理课程虚拟教研室成为教育部批准的第二批试点建设的虚拟教研室。

通信原理虚拟教研室App

一方面，虚拟教研室引领了全国的通信原理课程教学，让西电的课程教学经验可以向外传播和扩散；另一方面，虚拟教研室会举办各类各样的活动，比如教师教学培训，请知名教授来做教学和科研报告。如今，通信原理课程虚拟教研室成员单位共计116所学校，国内各高校通信原理课程教师、参与共建单位、共建企业的人员，共计279人。来自国内同仁之间的常态化交流互动，碰撞出更多课程教学的智慧火花，学生则成为最大的受益者。

通信原理课程组认为，通信技术是社会发展的基础，它通过改变社会环境，进而改变人们的认知。“从烽火狼烟的原始通信，到电信号传输技术出现，像蜘蛛网一样的电话线网密布街头，再到如今的5G通信、VR和AR，这些都要用到通信技术。这门课不仅要提高学生独立思考、自主创新实践的能力，还要让他们树立用通信改变世界的大格局意识。”

不管是举行“凌特杯”通信系统设计大赛，还是通过虚拟教研室开展教学研讨，课程组老师都在朝着同一个目标奔赴：让现代通信原理课程体系更加完善，让学生在自主实践中有更多实实在在的收获，在未来的科研和工作中更加游刃有余。