“通信原理”融入混沌线上教学模式研究

张洋 芮国胜 毛忠阳 刘锡国 田文飚

[摘 要] 作为疫情这个特殊时期的重要举措，各式各样的线上教学方式如雨后春笋般发展起来，新的教学时代拉开了帷幕，但需要看到的是，線上教学方式欠缺了最核心也是最重要的环节——激发学生潜能和热情的部分，学生对线上学习多惰性、少动力。因此，基于学生学习“动力不减、效果优异”的准则，提出将科研中的混沌机理融入线上特殊教学环境的“二位一体”教学模式，并通过60人次的“通信原理”疫情线上教学作为试点进行了验证，结果证明“二位一体”教学模式在激发学生潜能、提升教学效果方面具有显著的作用，同时也为线上教学的发展提供了重要借鉴。

[关键词] 教学方式;特殊时期;混沌机理;线上教学;潜能激发

[基金项目] 2017—2020年度国家自然科学基金“微弱暂态信号的混沌高效检测方法研究”（61671016）;2015—2018年度国家自然科学基金“基于压缩感知的蒸发波导时空态势获取方法研究”（41476089）;2017—2019年度国家自然科学基金“阵发蒸发波导的非均匀压缩感知及重构方法研究”（41606117）

[作者简介] 张 洋（1983—），男，山东烟台人，博士，海军航空大学讲师，主要从事现代通信技术、混沌、非线性滤波研究;芮国胜（1968—），男，江苏南京人，博士，海军航空大学教授，主要从事现代通信技术、小波、非线性滤波研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）29-0053-04    [收稿日期] 2021-04-05

一、引言

“教学随着环境来”，疫情给人类带来灾难的同时也带来了新的头脑变革，传统的教育教学结构面临新的挑战，线上教学方式也不仅仅局限于慕课、微课等经典表现，而是以更具实时性的网课、平台形式展现在教师及学生面前，进步是明显的，但同时这种实时性的表现形式也带来了一些问题和矛盾，比如：（1）缺少教师和必要监控机制的线上教学，如何保证学生学习自律性的问题;（2）线上面对面的互动如何达到与线下传统互动同样甚至更优教学效果的问题;（3）对于理论性很强的课程教学内容，枯燥与惰性并存时，如何保证学习效率的问题。上述三点其实可以归于一个共有的点，那就是如何至少确保学生在线上教学过程中“动力不减、热情不退、效果维持”，这也是特殊时期线上教学面临的新的挑战。

与相对论、量子力学同为21世纪三大重要理论的混沌非线性动力学[ 1-6 ]，拥有100多年的发展历史，近年来在弱信号检测的优异表现使得人们眼前一亮，将其应用到遥感、探测、信号估计、通信检测等各个领域，同样的，混沌在教育教学[ 7-10 ]中也可以发光发热，发挥其特殊的优越性。

二、“通信原理”课程特性和混沌融入

“通信原理”是一门主要学习现代模拟通信、数字通信等信息传输理论的课程，可使学生深刻理解通信的定义、机理、分析方法和有关通信系统的重要结论，了解通信系统的组成和实现过程，养成实事求是的科学作风和严肃认真的工作作风，为学习通信新理论、新技术打下必要的知识和思想基础。通过学习，提高学生分析和解决实际问题的能力及科学的思维方法，从而培养适应当代通信技术大发展的创新人才。

混沌是用各种片段化的方式逐步实现激励，最终达到质变，从而实现“蝴蝶引发风暴”这样的效应，而应用在通信原理教学中就是将一个个知识点“碎片化”“视频化”“故事化”，而“通信原理”授课中的应用教学视频的制作过程对于每个课程组教师来说其实是很艰辛的。如何面对镜头流利讲解通信知识，如何把原本45分钟的课堂转变成一段段几分钟的小案例、小故事和小知识点，并不是一件容易的事。正如混沌机理，无论是启动力、迭代间隔还是阻尼系数等每个细节都非常关键，只有形成系统才能发挥最大的作用，这也是线上线下联动所需要面临的最大挑战。在特殊时期共同努力的过程中，付出和收获同样多，此时课程的组织形式可能与以往大相径庭，要打破原有知识点之间简单的点、线、面关系，形成一种交叉链接的共鸣关系。通过教学变革和提升，能够极大提升学生的学习成果和学习效率。

但是，新的教学方式变革不能仅是为了引发兴趣变成一部趣味性网络小说，还必须成为一门能够为学生未来服务的、为将来岗位任职服务的过硬课程，“通信原理”绝对不能为了一味迎合学生需求而失去原则性所在，只有将每个学生都变成课程和知识的，才意味着课程教学变革真正的有效。同时，疫情使得各地教育不得不采取新型的措施，一定程度上增强了相互之间的竞争，会使很多教师和教育机构迫不得已提出新的教育变革，不断促使教师审时度势，不断调整自己的教学思路，真正用心思考新的教学妙招，对学生未来发展形成正的推动力。

基于混沌机理的线上混沌激励方法通过激励学生学习原动力，同时在线实时记录学生的各种学习行为和情感变化，从而形成各种待分析数据，课程组教师成员和分析人员则可以通过这些行为数据形成优胜劣汰的教学思路，不断更新自己的教学技术和教学手段，从而更好地促进教学改革的持续推进和发展进步。

课程组还会为学生提供一份完整的知识点树状关系图，除了必要的基础知识外，学生可以自主根据树图的各个节点来学习各类知识点，并预先设置自身所期望的学习或指导时间，系统会根据混沌机理自动为学生生成课程学习计划，为每一名学生量身打造切实适合自己的通信课程。

三、“通信原理”课程思想

下面根据笔者所在课程组的“通信原理”的课程思想进行具体分析，以便于具体针对课程分析混沌融入的方式。

1.该课程注重学生理论素质的培养。“通信原理”课程理论性强、知识点多，涉及高等数学、随机过程、天线与电波传播、信号处理等内容，教学过程中需强调通信系统自身的系统性和完整性，符合本学科的科学性，引导学生学会综合运用各种理论知识的方法，夯实通信专业基础。