建设一流本科

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【建设一流本科】移动通信系统:一门让学生“动脑、动手、动口、动心”的课程
文:何乔 学生记者团 秦梦圆、张菁菁 来源:新闻中心 时间:2021-12-01 17610

阳光明媚,下课的铃声让教学楼走廊里渐渐热闹了起来。穿梭的人群中有几个男生在一间教室门口驻足讨论,等待着下一门课的上课。一位戴眼镜的女老师走近他们,讨论渐渐热烈了许多,老师笑着解答同学们的疑惑。而同学们口中的“雷老师”,正是通信抗干扰技术国家级重点实验室的雷霞教授。铃声响起,“移动通信系统”开始上课!

在课堂上,同学们站上讲台,就自己的研究成果侃侃而谈。雷霞站在台下,和其他同学一起,不时提出问题,台上的同学再进行回答,气氛活跃而热烈。

这门课程中,有同学将研究成果发表成了论文;有同学激发了对移动通信的兴趣,坚定了未来继续深造的信心;有同学感觉打通了“任督二脉”,让自己能快速适应研究生学习……

这究竟是一门怎样的课程?老师有着怎样的“秘诀”让同学们有兴趣学,并且学有所获?让我们一起来看看!

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逐级挑战:将趣味与难度有机结合

“移动通信系统”是我校通信工程专业大三学生的一门专业核心课,课程组由来自信息与通信工程学院和通信抗干扰技术国家级重点实验室的13位老师组成。课程通过小班的形式开展教学,每个班选课人数一般不超过30人。雷霞负责的则是“移动通信系统”挑战性课程。

挑战性课程和一般课程的差别在哪里?雷霞认为,挑战性课程在难度的设置上会更高一些,让学生“跳一跳”才能够得到。同时更注重互动,要把更多的时间交给学生,让学生“动脑、动手、动口”,从而“动心”,把知识内化于心、外化于行,实现强化基础知识、提高专业能力、培养综合素质及创新实践能力的课程目标。

2017年确立建设挑战性课程后,雷霞开始了教改探索。最开始她尝试让学生先通过慕课自学,然后在课堂讲授知识点,结果发现效果并不好。考虑到课程综合性和难度较高,她决定转变方式,由老师来讲授核心知识点,然后根据课程内容给同学们设置讨论,并安排课程设计。几年下来,发现效果不错。

在设置讨论的问题时,雷霞注重趣味性与实用性。“漫游费用的收取从技术上分析是否合理?”“到深山老林,为什么手机电池消耗迅速?”“高铁上打电话为什么时断时续?”这些同学们日常生活中会遇到的问题,便是课堂上讨论的题目。“这些问题贴近生活,并且是可以通过通信知识解释的。”雷霞说。通过引导同学们积极思考有趣的小问题,鼓励同学们发言,来潜移默化培养学生将知识与生活连接起来的意识与思考问题的能力,并让课堂充满激情保持活力。

课程设计是这门课程考核的一个重要内容,占比40%。根据理论授课的进度,雷霞会给学生布置4次课程设计。从最开始的前沿探索,到路测、基础设计,再到最后的拓展设计,根据难度的逐步升级,同学们的能力也在逐步提升。在前沿探索和路测环节,雷霞也会从趣味性着手,给同学们布置题目。“一开始要激发大家对移动通信的兴趣,同时相对简单的题目也能为学生树立信心。”雷霞说。

信通学院2018级学生胡锦林、杨帆、孙浩然在路测实验中研究了WIFI信号在宿舍内与洗漱间的强度差异,以及受金属、纸箱、玻璃门、铁门等多种遮挡物影响后的对比结果。他们自制“黑啤加强器”研究了遮挡物对于信号强度的影响:利用啤酒易拉罐遮挡住路由器天线来研究信号强弱,分析电磁波的特性,加深对无线信道特点的认知。

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而在拓展设计环节,雷霞则注重的是题目的系统性和前沿性。“我们会让同学们去做4G的传输系统设计,或者6G关键技术的仿真验证。”这些题目在书本上没有答案,同学们需要自己去查找文献、分析算法、进行实验验证,考验的是综合运用知识解决系统行问题的能力。

通信抗干扰技术国家级重点实验室2020级博士生牛鸿对当时在拓展设计环节做预编码空间调制系统的仿真实现印象很深。他回忆说,当时老师以很浅显的语言描述了这个系统的原理,然后他和同学一起一边阅读论文,一边熟悉编程语言并实现这个系统。“这让我第一次系统地走完了阅读论文到链路搭建的流程,这也是我能够快速过渡到研究生和博士生学习的重要原因。”

翻转课堂:培养学生综合能力

为主动应对新一轮科技革命与产业变革,2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设。

雷霞认为,新工科建设的核心是老师为主体到学生为主体的转变。通过翻转课堂,给予学生更多的自主权,锻炼学生快速获取新知识的自学能力、“听说读写”新四会能力、综合运用知识解决系统性问题的能力以及自主创新能力。

因此,在挑战性课程设计之初,雷霞就把课程定为72个学时,其中48个学时用于老师讲授理论知识,24个学时用于学生研讨和实验。

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刚开始上课,同学们便可以自由组队,每对不超过3人,来完成课程设计。4次课程设计从易到难:前沿技术的研讨主要是让学生去了解行业发展趋势;路测和基础设计是铺垫,让同学们在老师的引导下去解决简单的问题,从而为最后的拓展设计打下基础。

在每次课程任务完成后,大家需要以小组为单位在课堂上作汇报,老师和其他小组的同学再就汇报内容进行提问。雷霞认为,这个环节既是锻炼同学们表达能力的机会,也能培养学生自主思考的能力和批判性思维。

而面对难度最高的拓展设计,雷霞会在课程的第8-10周提前把题目布置给学生,让大家有更多的时间进行针对性的自主学习研究,最后形成论文或者作品。同时,她也会给每个小组提供一对一的指导。“做拓展设计的时候经常都有学生捧着电脑来我办公室讨论,”雷霞笑着说,“如果有小组一直不来找我,我也会主动和他们联系,问下原因。”这种密切的、双向的交流在雷霞看来极为必要,在了解学生进展和遇到的难题后,及时给与他们一些指导,帮助他们做出成果,可以鼓舞士气,提升学生对专业的兴趣和对自身的自信。

“多载波技术如何和直接序列扩频技术相结合”这个问题让信通学院2018级学生曾善星记忆犹新。当时他感觉最难的部分是多径信道的信道模型,通过在课堂上与老师和其他同学研讨,让他搞清楚了这个问题,感觉非常有成就感。“感谢雷老师的悉心指导与‘移动通信系统’这门复杂但有趣的课程,为我了解完整的通信系统架构以及每个部分的基本原理打通了最后一公里,也坚定了我从事通信领域基础科研的决心。” 曾善星说。如今他已经保研到本校通信抗干扰技术国家级重点实验室,师从梁应敞教授。

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曾善星在直接序列扩频系统RAKE接收的原理研讨课上推导最大信噪比合并的公式

此外,还有学生在这门课程上产出了高水平的学术成果。信通学院2016级本科生马滕同学参加了该课程,对移动通信产生了强烈的兴趣。在雷霞老师的悉心指导下,通过长期不懈努力,其科研成果得到了国际同行的认可。2020年,马腾连续在IEEE JSAC(中科院2020分区大类一区)和IEEE Comm.  Letters上发表高水平学术论文。谈到课程学习的感悟,马滕说,“这门课程锻炼了我的自主学习能力和创新能力,让我得以把课本上学的东西落到实地,推开了科研的大门。”

面向未来:涵养通信报国情怀

近年来,随着移动互联网新技术快速演进、新应用层出不穷、新业态蓬勃发展,移动通信的基石作用愈发凸显。在移动通信革命的浪潮中,我国通信技术和产业经历了从无到有和由弱变强的跨越式发展历程,取得了辉煌和璀璨的成果。

作为一门与时代前沿和国家需求相关联的课程,“移动通信系统”一直重视将知识传授与价值引领相结合,在知识传播中强调价值引领,在价值传播中凝聚知识底蕴, 引导学生成为既有远大抱负,又能脚踏实地的新时代通信人。

雷霞说,“在授课过程中,老师们会给同学们分析移动通信的发展趋势和我们国家的特色以及所处的国际位置,让同学们正确理解通信人的时代责任和历史使命,在后续的工作中能让他们积极投身到需要他们的岗位中去。”

经过多年探索,“移动通信系统”围绕知识传授与价值引领,形成了由感及思、知行合一的课程思政理念,从感、思、知、行四个层面开展课程思政工作。

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“感”作为第一个层面,最直接也最重要,是整个课程的“引子”。从2015年起,该课程每一年的第一课都是由我国资深的通信专家李少谦教授授课。他亲身经历了我国通信技术从无到有、从弱到强的过程,所以他讲述的内容具有极强的感染力和号召力。这样的形式旨在激发学生作为新时代通信人的荣誉感,吸引学生对于专业学习的兴趣。

“思”这个环节则与前沿技术研讨的课程作业结合在一起。通过对国内外通信领域的前沿技术进行分析,学生能够更深刻地感受到通信技术对于国家经济社会发展的重要性,以及国家在通信领域还存在的“卡脖子”问题,增强学习的责任感。

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在“知”这个层面,老师们结合自身科研,通过与学生的交流,激发他们面向国家的重大需求树立远大抱负。而“行”这个环节则是与拓展设计结合起来。通过对前沿技术的探索,鼓励同学们发现问题、解决问题,帮助同学们培养创新精神与工匠精神。

在牛鸿看来,“移动通信系统”课程组的老师们一方面传授着课堂知识,一方面带领学生体验科研的过程,他们待人真挚、谦和,在科研上严谨认真,这些品格也潜移默化地影响着学生成长成才。

经过多年的探索,《移动通信系统》课程实现了学生内驱化、交叉化、创新式的人才培养效果,为国家移动通信系统输送了大量富有创新精神、工匠精神和家国情怀的高素质人才,培养的学生广受用人单位的一致好评。此外,课程历年学生评教均为优秀,也取得了一系列的教学研究成果。

对此,雷霞认为,“作为老师,如果我们的努力能够给学生们的梦想插上翅膀,让他们能够在未来的征途中披荆斩棘,这对于老师就是一个极大的慰籍。”


编辑:何乔  / 审核:何乔  / 发布:陈伟