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摘要：在新型人才培养过程中，激发学生学习的主动性和创新意识，是专业课教学的主要目标，将科学研究带入课堂教学，将教师科研经验引入教学案例，以课堂讲授为基础，以科学研究为引导，采用学生自主式研究为核心的培养模式。以通信对抗原理核心内容为基础，以认知无线电为科研应用案例，进行了课程内容与科研方向的深度融合，经过实践证明这种教学方式对于提高学生科研创新能力是可行有效的。
关键词：教学改革；通信对抗原理；认知无线电；创新人才培养
本文引用格式：常虹.面向科研创新的通信对抗原理课程教学模式改革[J].教育现代化,2019,6(60):43-45.
一 引言
随着教学质量作为高校评价重要指标和培养具有创新能力的高级人才的需要，高校作为人才培养和储备基地，探索教学改革、建立健全人才培养体系势在必行[1,2]。通信对抗原理是信息对抗专业的专业课，该课程的前期课程包括数学、信号处理、通信原理、硬件设计等主干课程，要求学生具备扎实的数学功底和专业知识积累，该课程理论难度大、知识综合性强、应用广泛，但是由于教材内容更新较慢，与日益更新的技术前沿存在脱节，使得培养出的学生无法胜任科研工作，缺乏科研创新能力。利用科研项目的创新性和课程内容完整性、系统性建立“产学研一体化”教学新模式，通过在教学环节中补充最新科研应用，调整教学内容和教学方式，旨在提高学生的创新能力，对人才培养起到积极推动作用。
二 通信对抗原理教学实践问题分析
专业课的教学过程肩负着对学生专业方向引导和专业能力培养的重任，因此，加强对专业课程的改革和建设，探索适应社会需求的人才培养模式，是推动专业化人才发展和满足社会对高水平科研人才需求的必要手段[3-5]。然而在教学改革过程中和实际教学环节中我们遇到了诸多问题，主要体现在以下几个方面。
（1）以教师为本体的单向灌输式教学。由于专业课程内容多，学时少，内容复杂，因此以理论讲授为主实践为辅的教学模式很难突破。按照预设的教学目标，既要按照教学大纲完成大量课本内容的讲授，保证教学内容的完整性，又要在课程体系设计中增加部分实践内容以验证课本理论，体现专业课的实践性，其单调性、重复性、缺乏互动性、滞后性使得学生的积极性逐渐减退，教学效果不理想是传统单向灌输式教学一直存在的问题。
（2）学生个体差异性体现在学习的各个环节。由于个体差异性，每个同学在各自学习的不同阶段各尽其能，教学效果与学生学习的主动性、学习能力有直接关系，学生的学习水平不一致是普遍存在的现象，因此如何因材施教、发挥其各自所长、提高学生学习效率、充分调动其学习积极性一直是一线教学实践中经常思考的问题。
（3）学习需求和教学供给不匹配。一方面，大部分学生学习目的性很强，对科学研究和工程实践表现出很大热情，但缺乏解决科研和实际工程问题的能力，或者是知识体系架构不完整。另一方面，教学内容中课本内容占主导，因为课时少、课本内容繁多等原因，教师较少将自身科研过程中的具体经验融入到课堂讲解中。因此教与学的匹配是人才培养对高校教学改革提出的现实要求。
面对社会对高级专业人才的大量需求和国家对地方高校人才建设支持力度逐步增强，将教学活动和科学研究活动有机融合，发挥其各自在人才培养中的作用，全面提高高校教学质量。
三科教融合教学模式探索
（一）课程设计主旨
伯顿·克拉克有一句名言，“一个杰出的典型案例可以抵得上一千种遥远的理论。”科教融合的教学模式被认为是有效和先进的学习模式，并得到了国内外高校一致认可[2]。对于本科生专业兴趣的培养，直接体验式的、具有互动性的课堂教学最具有吸引力，从学生的科研能力培养角度看，将“发现问题、分析问题、解决问题”的科研过程引入到课堂讲授，关注学生自主研究能力的提升，是现代专业课程设计的核心要点。
在多年的专业课程教学过程中，深刻地感受到加强基础理论的根基和发展学生的科研能力具有同等重要性，根据“以发展学生专业能力为中心”的预设培养目标，既要将成熟的知识推送给学生，以满足基础学习的需要，又要选择学生感兴趣的、具有可操作性、难度适中的课题进行特色教学，为学生的探究提供空间[3]。利用现代信息技术，拓展课堂教学的时空性，建立以学生为本体，以传统知识传授为基础，以科研任务为驱动的主动探索式教学方法，推动学生创新思维和科研能力发展。
（二）课程实施--以学生为本体的自主科研模式
为提高学生的学习主动性，推动学生科研创新能力的发展，我们结合具体的科研经验，在传统授课内容基础上合理引入科研案例，引导学生采取课前准备，课上讨论和课后研究循序渐进的学习方式。通信对抗原理课程内容包括通信侦察、通信干扰、通信防御三部分，相关内容广泛应用于军事和民用通信中，包括目前比较热门的认知无线电技术，该技术可有效缓解频谱资源紧张的问题，满足日益紧张的通信需求。本课程将以“通信侦察、通信干扰、通信防御”理论为基础，以“认知无线电网络中安全可靠的频谱感知”为科研方向，建立自主探究式的学生过程，具体教学方案设计如下。
（1）通信侦察知识应用于频谱感知技术
通信侦察主要是指在通信对抗中通过对接收的通信信号进行频率、频谱结构、调制方式、工作体制、功率电平等参数测量，并对信号发射源进行测向、定位以获取通信对方的各种信息，为后续的通信干扰、防御提供依据。这部分内容较多，占据整本教材内容的50%，难度偏大，为了让学生对所学理论有个初级认识，在初开课时，就向学生介绍了通信侦察系统信号处理任务即了解通信信号的参数的测量分析及通信信号的测向与定位的应用，并以研究用于发现频谱空洞的频谱感知技术为目标，激发学生主动学习的热情，抛出问题：频谱感知是如何发现频谱空洞的？频谱感知的核心有哪些？在学生的期待和疑问中，就可以开始介绍通信侦察系统中信号处理的内容。
随着知识内容的不断增加，为了能够让学生保持学习热情和科研兴趣，鼓励学生根据某一个感兴趣的频谱感知方法进行文献调研，立足于基础原理，提出新的想法和思路，并在深度调研后，给出设计方案，如有同学研究利用信号的调制方式进行频谱感知，通过计算统计参数或高阶累积量并提取最大值作为频谱感知依据。还有同学在已有的知识储备基础上，进行跨学科式的科学探索，如有些同学利用图像处理中的知识，将图像特征提取的思想应用在信号处理上，提出将通信信号转换为图像后再进行特征识别，将信号处理和图像处理不同学科进行交叉融合。
（2）通信干扰的实例分析—认知无线网络物理层攻击性能评估
在通信干扰的学习中，首先为学生介绍通信干扰组成包括干扰方式、干扰策略、干扰效果评估几部分，然后结合认知无线网络中存在的攻击类型及攻击特点进行科研背景介绍，学生在了解同学干扰的基本理论后，通过查阅资料，对认知无线电中的物理层攻击表现出了兴趣，学生各自找到了研究兴趣点，如“模仿主用户攻击（Primary User Emulation Attack,PUEA）的效果如何评价”“篡改数据攻击方式是什么”。这时引导学生选择具体的研究内容，根据研究兴趣进行分组讨论并制定方案，并对方案的可行性就行评价，最终给出可行有效的方案。
一些同学对PUEA表现出了兴趣，通过调研了解到PUEA根据攻击目的分为自私型和恶意型，攻击目的不同导致攻击产生的影响不同，同学们在调研中发现自私型攻击的目的是将空闲频谱占为己用，PUEA产生的影响就是使得其他正常通信中的认知用户不断的切换频段或者退出频段，而恶意型攻击目的是破坏正常通信秩序，因此攻击增加了其他合法认知用户的中断率和阻塞率，同学们通过建立数学模型，分析了不同情况下PUEA对其他合法认知用户通信性能的影响，此外，还对PUEA对主用户通信可能产生的影响进行讨论。然后在此基础上，引导学生思考PUEA检测与防御的可行性判断依据，经过课堂小组讨论和课后调研分析，有同学提出将之前性能的分析方法与PUEA检测方法结合给出检测方法有效性判断的思路，随后同学们将常用的PUEA检测方法分别进行了分组实验，根据实验结果总结了PUEA检测方法的有效性和利弊，为后续制定改进PUEA检测方法提供了依据。通过这个自主研究的过程，同学们不仅对干扰产生、干扰方式、干扰有效性评价等基础知识有了深刻认识，同时还体验了完整的科研过程，从思维到实践，从调研到实验，每个环节都蕴含着深厚的理论知识和体现着研究人员的科研精神。
（3）通信抗干扰应用于PUEA防御策略制定
通信抗干扰是民用通信中常用技术，在上述的PUEA攻击有效性评估及PUEA检测方法性能评价的研究过程中，学生除了了解到干扰会对通信系统性能产生影响，还创造性地联想到利用以上性能分析方法对检测方法做出评价，一些同学希望对课题进行深入研究，将思路延伸到攻击防御中。通过资料调研，学生了解了博弈论在攻防策略制定的应用价值，在通过课前预习、课堂讲解、课后思考方式学习完通信抗干扰基础内容后，引导学生将研究重心转移到PUEA防御问题研究上，这一转变既延续了之前的研究内容，还有助于建立完整研究题目，为学生提供完整研究内容。
在基于博弈论的防御策略制定过程中，一些学生通过研究提出：PUEA攻击方最优攻击策略的制定是基于平均最大收益值，因此，如果能够找到影响双方收益的因素，通过调节或控制因素值，可以制定出符合防御方预期收益值的行为策略，也就是可以得到最优的防御策略。由于PUEA攻击也是动态的，攻击方也会根据己方收益实时调整策略，有同学提出制定动态策略的想法，并在拓展学习中，学习到复制动态方程可用于均衡策略的制定，建立方案并通过实验验证复制动态方程可用于PUEA防御策略的制定。这种通过思维拓展寻找到科研思路的方式是在现在科研中经常用到的一种方法，通过课堂训练让学生认识到创新性思维开发的方法，对于以后的科研工作非常有帮助。
（4）通信对抗系统的应用
通信侦察、通信干扰、通信抗干扰都是通信对抗系统的重要组成部分，具有广泛的应用，随着通信环境的复杂性，各子系统发展都面临着技术挑战，并且在发展中相互促进。学生在基础学习阶段，既要对整个通信对抗系统相关理论知识有整体认知，又要对各子系统的技术现状有所了解，因此老师除了课堂教学外，还有及时给学生推送最新领域的前沿发展，对各子系统的发展情况、当前的研究热点，和技术瓶颈、技术指标都要掌握，在具备足够的相关知识储备，学生才更有可能在课堂讨论、课后思考中迸发科研灵感，在科研中有突破性的想法产生。
（三）课程教学成果
通过对西安邮电大学三届的信息对抗专业学生的教学实践，从授课前后，从以下几个方面对比了学生的变化，首先从课堂表现上看，学生的学习热情明显提高，学习的主动性增强，由以前被动式学习转为主动式调研和学习，在遇到疑难问题时，学生所提问题质量有很大提升，表示学生具有主动思考问题和批判性分析问题的能力；从学生获得的竞赛成绩、参与科研项目和就业情况来看，学生的科研素质有了明显提高，通过科研题目引入课堂，学生的研究能力得到了发展，从论文和申请书的撰写和结果都展示了学生科研素质的提高，对口专业就业率大大提升，表明新型人才培养目标初步见效；最后我们对学生进行问卷调查，通过课前课后的调查统计结果显示，经过该课程的学习，学生从专业认识、科研性、课堂趣味性、专业自信等方面都表现出明显改善，其中科研能力的提高是最明显的，课堂理论性有一定程度下降，表明互动性的教学降低了理论学习的复杂性，更符合深层学习的需要。
四 结论
“理论与实践相结合”一直是专业课程教学中的核心问题，以《通信对抗原理》课程核心内容为基础，并结合认知无线电中相关科研内容和研究方向，本文主要介绍以课堂授课、文献调研、小组讨论、方案实施为一体的专业课教学方式，以培养新型人才为目标，以学生主动学习为主，教师讲授和引导为辅的方式来激发学生的创新思维，将学习和科研有机结合，培养学生团队合作能力和科研创新能力，推动创新人才的培养和教学新模式的建立。
参考文献
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[3]黄浩,周欣然,唐波,等.高分子化学实验教学中的自主科研创新引导——以“水凝胶的制备与性能研究”为例[J].高分子通报,2018(4):100-105.
[4]徐志军,原方.工程实例在建筑力学课程教学中的应用[J].力学与实践,40(6):700-703.
[5]王强,吕海涛,于专妮,等.精细化学品化学课程教学中科研意识的培养[J].化学教育,2018,39(2):9-12.
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