數(shù)學(xué)建模思想在通信工程人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究

1、    數(shù)學(xué)建模思想在通信工程人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究    顧秀秀 朱明亮 史洪瑋【摘 要】高校的通信工程專業(yè)學(xué)生是我國(guó)通信行業(yè)未來(lái)的主力軍。為促進(jìn)通信工程專業(yè)教學(xué)改革，筆者針對(duì)數(shù)學(xué)建模思想的特點(diǎn)以及當(dāng)前通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，提出從課程建設(shè)、課堂改革、教師研究探討、學(xué)生積極參與四個(gè)角度將數(shù)學(xué)建模思想融合到通信工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中，以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模;通信工程;教學(xué)改革g642  a  1671-8437（2020）16-0017-02隨著第五代移動(dòng)通信（5g）技術(shù)的飛速發(fā)

2、展，各行各業(yè)對(duì)通信工程專業(yè)人才的需求日益增加。目前，高校對(duì)通信工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)也在逐步向創(chuàng)新、專業(yè)、多維等方向過(guò)渡。數(shù)學(xué)建模思想是指建立數(shù)學(xué)模型來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，從定量的角度研究和分析問(wèn)題1。將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)的教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，對(duì)于深化通信工程專業(yè)的教學(xué)改革具有重要的促進(jìn)作用。1   數(shù)學(xué)建模思想概述數(shù)學(xué)建模起源于西方，在20世紀(jì)60年代進(jìn)入西方大學(xué)，中國(guó)的大學(xué)在80年代初將數(shù)學(xué)建模引入課堂2。數(shù)學(xué)建模是將數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)知識(shí)、典型的科學(xué)研究方法以及計(jì)算機(jī)工具等要素進(jìn)行綜合運(yùn)用，解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程3。在這

3、個(gè)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)采用數(shù)學(xué)符號(hào)、公式、程序等將實(shí)際問(wèn)題抽象化，提取出實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)特征，并進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化、建模、求解，最后得出較為優(yōu)化的解決方法，并推廣到其他案例中4。數(shù)學(xué)建模過(guò)程能夠極大地提升學(xué)生的檢索和閱讀文獻(xiàn)能力、歸納和概括能力、推理能力、寫作能力、創(chuàng)造力以及團(tuán)隊(duì)意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用的滿足感。如在解決2019年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽b題的“同心協(xié)力策略分析”時(shí)，需要考慮人數(shù)、繩子的受力角度及大小、發(fā)力時(shí)間、鼓面切斜角度、延時(shí)等多個(gè)方面的因素，要進(jìn)行全方位、多角度、層次清晰的分析;同時(shí)，這個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)著生活中常見的同心鼓游戲，具有較強(qiáng)的趣味性，能夠有效提

4、升學(xué)生的主觀能動(dòng)性。因此，在通信工程專業(yè)的教學(xué)中，融入數(shù)學(xué)建模思想及能力的培養(yǎng)，能夠起到事半功倍的效果。2   通信工程專業(yè)學(xué)生需具備的能力通信工程作為理工科院校的重要專業(yè)之一，旨在培養(yǎng)掌握信息科學(xué)原理與應(yīng)用技能，具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，能夠從事通信行業(yè)、信息化產(chǎn)業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中相關(guān)工作的高級(jí)專業(yè)人才。在專業(yè)理論和實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，數(shù)學(xué)既是工具，又是基礎(chǔ)。對(duì)于通信工程專業(yè)的學(xué)生，在培養(yǎng)過(guò)程中要特別注重以下幾個(gè)方面能力的提升。（1）解決實(shí)際問(wèn)題的能力，即將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和專業(yè)知識(shí)用于分析并解決通信類工程問(wèn)題。這個(gè)能力恰恰體現(xiàn)了數(shù)學(xué)建模的思想，并可以在數(shù)學(xué)建模過(guò)程中得到強(qiáng)化。

5、（2）合理選擇并使用工具的能力，即針對(duì)復(fù)雜的通信工程問(wèn)題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。在利用數(shù)學(xué)建模解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生能夠掌握一些常用的軟件的用法，如matlab、spss、origin等。并且在學(xué)習(xí)其他專業(yè)課以及解決通信類工程問(wèn)題時(shí)，他們往往也需要用到這些軟件。（3）專業(yè)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)精神、溝通能力及終身學(xué)習(xí)意識(shí)等。在數(shù)學(xué)建模過(guò)程中，每位團(tuán)隊(duì)成員都有一個(gè)共同目標(biāo)，在朝著這個(gè)目標(biāo)努力的過(guò)程中，他們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和溝通能力能得到不斷強(qiáng)化，科研能力及專業(yè)素質(zhì)也能夠得到提升。目前，大數(shù)據(jù)和人工智能正在飛速發(fā)展，第五代移動(dòng)通信（5g）的研發(fā)在如火如荼地推進(jìn)，對(duì)通信工程

6、專業(yè)人才的需求也與日遞增。高校作為通信專業(yè)人才的培養(yǎng)基地，要將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)中，進(jìn)一步提升學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際能力。3   如何將數(shù)學(xué)建模思想融入到通信工程專業(yè)建設(shè)中3.1  課程建設(shè)目前大多數(shù)學(xué)校所設(shè)置的通信工程專業(yè)核心課程，如通信原理、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等，都包含大量的數(shù)學(xué)理論，且需要通過(guò)matlab等軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。而數(shù)學(xué)建?？梢酝ㄟ^(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)實(shí)際通信問(wèn)題進(jìn)行建模、仿真、分析，為實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景提供形象、具體、有效的解決方案，促進(jìn)通信工程專業(yè)學(xué)生能力的提升。從學(xué)校層面來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)不同梯度

7、的課程設(shè)置，將數(shù)學(xué)建模思想融入通信工程專業(yè)的建設(shè)中，提高通信工程專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于低年級(jí)（大一、大二）學(xué)生，可以加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模的宣傳，讓學(xué)生了解怎樣將數(shù)學(xué)知識(shí)以及建模的思想運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中，尤其是解決通信類工程問(wèn)題;對(duì)于中年級(jí)（大二、大三）學(xué)生，可開設(shè)與數(shù)學(xué)建模相關(guān)的選修課，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參加數(shù)學(xué)建模比賽，使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的基本方法、了解常見的數(shù)學(xué)模型、熟悉相關(guān)軟件的使用方法，具備設(shè)計(jì)算法和編寫程序的能力;對(duì)于高年級(jí)（大三、大四）學(xué)生，應(yīng)著重鍛煉其觀察、理解、抽象生產(chǎn)生活中具體工程問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想輔助專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，如運(yùn)用matlab仿真通信原理課程中的信道編碼、基站設(shè)置

8、等問(wèn)題，鍛煉學(xué)生全面考慮問(wèn)題的能力，并鼓勵(lì)學(xué)生將解決問(wèn)題的過(guò)程撰寫成科技論文，為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。3.2  課堂改革課堂教學(xué)作為當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的主要陣地，是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模思想的重要手段。改革課堂教學(xué)內(nèi)容可以從公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程兩方面著手。對(duì)于通信工程專業(yè)來(lái)說(shuō)，高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等課程是公共基礎(chǔ)課，能為之后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)通信理論的關(guān)鍵。在這些公共基礎(chǔ)課的教學(xué)中，教師可以將數(shù)學(xué)建模的方法、常見的模型等融入課堂之中，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行思考，并積極解決問(wèn)題。同時(shí)可以開設(shè)一些實(shí)驗(yàn)課程，介紹matlab、mathematica等常用軟件

9、，激發(fā)學(xué)生的興趣，從而使其更好地掌握所學(xué)知識(shí)。一些專業(yè)課程，如通信原理、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電路等，內(nèi)容多、學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性較低。因此，可以將數(shù)學(xué)建模的思想和方法融入專業(yè)課程的課堂教學(xué)中，將實(shí)際通信問(wèn)題提煉、抽象為數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真等手段，直觀形象地展示問(wèn)題的解決過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)課程的趣味性和實(shí)踐性。3.3  教師研究探討通信行業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)教師的教學(xué)能力和教學(xué)方法提出了更高的要求。教師在日常教學(xué)中可以引入數(shù)學(xué)建模，合理、恰當(dāng)?shù)貙⑼ㄐ殴こ虒I(yè)的知識(shí)點(diǎn)與數(shù)學(xué)建模結(jié)合起來(lái)。如可以用simulink等工具對(duì)信道編碼、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)等過(guò)程進(jìn)行仿真，幫助學(xué)生理解原本較為抽象、

10、高深的專業(yè)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究。除此之外，教師在實(shí)踐教學(xué)中要積極思考，不斷反思，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將課堂教學(xué)與課外實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，采用翻轉(zhuǎn)課堂等授課方式，完善數(shù)學(xué)建模與通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)體系。3.4  鼓勵(lì)學(xué)生積極參與數(shù)學(xué)建模思想與通信工程專業(yè)人才的有機(jī)融合離不開學(xué)生的積極參與。為使通信工程專業(yè)學(xué)生養(yǎng)成數(shù)學(xué)建模的思維方式，學(xué)?？梢圆捎瞄_設(shè)數(shù)學(xué)建模相關(guān)的選修課、成立數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)、開展數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等方式，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與。教師可在日常教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際的通信工程問(wèn)題進(jìn)行研究，并將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，撰寫論文等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)

11、通信工程專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求，要求學(xué)生不僅要有更開闊的視野、更高的專業(yè)水平，還要有更強(qiáng)的創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。將數(shù)學(xué)建模思想與通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探索熱情，鞏固其專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式和能力，為其今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1鄧小芳，張金順.數(shù)學(xué)建模在通信原理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用j.企業(yè)科技與發(fā)展，2017（7）.2姜啟源.精心選擇案例，建設(shè)新形態(tài)教材數(shù)學(xué)模型（第五版）簡(jiǎn)介j.數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用，2018（4）.3湯向明，楊昔陽(yáng).基于boppps和翻轉(zhuǎn)教學(xué)的數(shù)學(xué)建模課堂教學(xué)策略j.教育評(píng)論，2019（7）.4張新，張秀.通信工程專業(yè)高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的數(shù)學(xué)建模思想的滲透j.教育教學(xué)論壇，2017