改革开放以来，各行业各领域都步入了发展阶段，相关学者纷纷投入研究事业中，这为如今的教育事业改革打下了夯实的基础。2018年5月2日，习近平总书记在北京大学师生座谈会上的讲话中指出：“教育兴则国家兴，教育强则国家强。”并将高等教育视为国家发展水平和发展潜力的重要标志。教育事业的发展和人才的培养是息息相关的，它们之间相辅相成，互相促进。因此，教育改革需要提上日程，能给教育事业带来更大的进步。

必须一提的是，教育改革并不是一蹴而就的事情，改革者需要以“摸着石头过河”的方式，稳扎稳打，不能以探索“最好的做法”的心态进行改革，更不能以“守株待兔”的做法妄想“成功”能凭空而来。环境并非是一成不变的，所以教育改革应当追求的是“更好”而非“最好”。

水声通信与组网技术的发展对国家的海洋事业、海上军事博弈都起到极为关键的作用，目前我国的海洋实力与海洋强国之间仍有一定的差距，亟需优秀人才的加入，而不管是海洋资源的开采，抑或是海上装备的开发，都离不开水声通信与组网技术的支持。本文将以水声通信与组网技术为例，对其应用于通信原理相关课程中的必要性进行探讨。

一、水声通信与组网技术的发展现状

近年来，信息技术的发展势头迅猛，毫不夸张地说，现在已然是信息与网络的时代。通信是从2 G到3 G，再到4 G、5 G，甚至再到以后可能会出现的6 G，得益于互联网的快速发展，陆地上的通信技术也随之快速发展了起来，这也使陆地网络协议变得高效而又成熟。自然而然地，学者开始尝试将陆地网络协议和相关算法运用到水下通信之中，但大都以失败告终。与陆上的无线电通信不同，在水下，受限于水下通信存在着吸收衰减、频带窄、大时延、强多途、多普勒和噪声干扰等诸多的障碍[1]，所以学者对水下通信的研究需要另辟蹊径。

在水中，光波会受吸收和散射的影响，使得最远的传输距离只有几百米，电磁波则因为衰减得很快，最多也仅能传输一百米左右，而声波是唯一能携带信息在水下进行中远距离传播的有效载体[2]，这奠定了水声通信技术在海洋通信领域中的核心地位，也使水声通信技术成为了海洋领域中具有重要地位的核心技术。

水声通信第一次运用到实践中是在第二次世界大战时期，美国海军将研制的水下电话应用在潜艇之间的通信上[3]。在20世纪80年代水声通信快速发展，出现了水声相干通信。我国的水声通信起步较慢，但是已经后来居上，特别是近十几年来，国家加大了对水声通信和组网技术的支持力度[4]。在国家“863”计划、军方、国家自然科学基金等支持下，我国水声通信领域在通信算法、通信机研制、网络协议仿真、组网应用试验和协议规范制定等方面取得长足进步[5]。时至今日，水声通信技术在海洋勘测、海洋能源开发、海洋科研和海上军备战斗等领域都有着广泛的应用。以美国为例，2015年时，美国的海洋经济解决了320万人口的就业问题，创造出3 200亿美元的产值，形成了六大海洋产业，分别为海洋矿业、海洋交通运输、海洋生物资源、船舶制造、滨海旅游及海洋建筑，这些产业为美国提供了稳定的就业与产值。

在2022年第14个“世界海洋日”的时候，习近平总书记强调，“建设海洋强国是实现中华民族伟大复兴的重大战略任务”[6]，足以看出国家对海洋事业的高度重视，“向海洋进军”亦是顺应着时代的潮流而诞生的重要战略。海洋事业的发展离不开海洋装备的支持，而海洋装备的发展亦离不开水声通信与组网技术的辅佐，换句话说，水声通信与组网技术的发展在我国成为海洋强国的道路上占据着重要地位。

二、水声通信与组网技术的教育现状

时代在进步，教育的方式也在进步。2014年3月我国教育部改革方向已经明确：全国普通本科高等院校1200所学校中将有600多所逐步向应用技术型大学转变[7]，可以看出国家对应用型人才培养的重视，这也是课程教育应该重视的。

学习水声通信与组网技术的专业不多，海洋工程与技术专业是其中之一，目前全国仅9所高校开设了这个专业。以中山大学为例，海洋工程与技术专业是一门交叉融合的工程学科，学习的科目内容广泛，涵盖了机械、通信、C++、力学和船舶等，其中和水声通信与组网技术相关的有信号与系统、数字信号处理、通信原理等，尽管中山大学的海洋工程与技术专业的专业评级已经达到A+，但在水声通信与组网技术的课程教学中仍存在一些可以改进的地方。

（一）课程内容复杂，教学时间不足

通信原理作为专业必修课程，是学生了解水声通信的重要途径，它的先修课程有信号与系统等，开展的学时为54学时，学分3分，事实上，通信原理的内容抽象而复杂，54学时的教学也难以教明白整门课程。然而，对比大多数课程而言，这已经是属于较多学时的课程了，若是直接新增课程的话会对大纲上的其他课程产生影响，对学生而言也是增加了课程压力，所以，学院需要去对授课内容、方式等方面改革与创新。

美国学者埃德加·戴尔曾提出了一个名为“学习金字塔”的思维模型[8]，将学习分为主动学习和被动学习，并将学习效率进行了划分，得到了如图1所示的金字塔。从图1中可以看出，听讲属于被动学习，即使上课时认真听讲，大脑所能记住的知识仍然不超过所学内容的5%，当课程内容越是枯燥与复杂，学生所能学到的内容就会越少，记住的知识也就越少。越是理论化的课程就越容易让学生感觉乏味，恰恰通信原理等水声通信相关课程就偏向理论化，这是水声通信运用于大学课程所面临的一大难关。

图1“学习金字塔”思维模型

（二）课程考核方式单一

长久以来，包含通信原理的大多数课程教学都遵循着固定的流程：教师连续讲完27学时的课程后，学生进行期中考试；期中结束后，教师继续讲完剩下的27学时，最后学生进行期末考试，课程结束。在整个教学的过程中，作业的布置与否因教学大纲和教师而异，但为了减轻学生的负担，一般来说任课教师并不会频繁布置作业。

表面上来看，这样的教学过程很容易造成如下结果：学生平时上课一旦跟不上，直到考试也因没作业而没怎么学习这学科，到了考试前夕临时抱佛脚般地复习，没法将知识学进脑海里，直到课程结束也只是为了应试而学。事实上，学校常常会根据科目难度、学生学习状况来调整考试难度，从而让最终成绩达到正态分布的结果[9]，这也是学生平时不好好学习的客观原因之一，而且这样一来，学生便不需要担心会挂科，对躺平的人来说，有后路便不想前进了。

深入分析发现，这样的考核方式并不能全面地考核到学生的能力，而仅仅只能评估学生已经掌握的知识，缺乏对于学生的学习兴趣、学习素养、学习态度和知识运用于工程的能力、创新能力等多元化的评估，这样的做法并不利于培养人才。

（三）水声通信与组网特性化相关内容不足

以中山大学海洋工程与技术专业为例，通信原理课程采用的是由国防工业出版社出版的，樊昌信、曹丽娜编写的《通信原理（第7版）》教材，该教材涵盖了信号、信道、调制、传输和编码等知识[10]，尽管这些都是水声通信与组网所需要的基础知识，但书中很少有专门讲解水声通信的内容。这一现象可以用图2中的圆来解释：假设最大的圈内是人类的所有知识，中心最小的圈内代表小学所学的知识，将其包裹的圈内代表中学所学的知识，有突出部分的圈内代表大学所学的知识，而突出的那部分代表对本科所学专业有所研究，剩下的更凸出的两个弧圈内则分别代表硕博甚至更高的学位的研究知识。由此可以看出，本科所学的内容广泛而不深入，即便是同一个专业，到了研究生阶段也会分化为不同的方向，而水声通信属于深化的知识类型，属于研究生阶段的方向之一。由此可见，本科阶段的知识缺乏了水声通信与组网特性化的相关内容，可能会出现擅长水声通信却没接触过水声通信而研究其他方向的学生，换句话说，这样一来，更容易出现埋没人才的现象。

图2 知识圈

（四）课程的授课方式单调

通信原理的课程知识内容抽象，难度较大，但大多数教师仍然采用传统的教学方式，一章一节对着PPT进行授课，用黑板辅助进行公式推导等工作[11]，这种传统的授课方式有一个弊端———过于理想化，因为该授课方式默认了学生能完全跟上教师所讲的内容。事实上，一般而言，人的高度专注状态仅能持续15分钟，不超过20分钟，而一节课是45分钟，要学生一直集中注意力几乎是不可能的事情，除此之外，正如前面所说，通信原理内容抽象，并不是一讲就能懂的，这就很容易出现学生听不明白而跟不上的情况，知识是连贯且层层递进的，一旦前面没跟上，后面就更加不知所云，这也就大大增大了授课的难度。

三、通信原理相关课程的教学改革措施

依据通信原理相关课程的课程特点和专业需求，结合课题组教师多年的教学经验，本部分将提出一些改善上述现象以及让授课更有效的改革措施。

（一）巧妙准备授课内容，让抽象变得具象

通信原理是一门与前沿技术接轨的学科，5 G等通信技术与人们生活息息相关，教师需要跟上时代的潮流，将自己融入年轻的群体之中，如果能充分利用知识与生活相结合的方式进行授课，将抽象的内容融入到具象的生活现象、事例之中，那么便能更好地激发学生的学习自信心和学习兴趣，更好地培养其学习主动性。

另一方面，公式也是一大难点，要让学生理解公式，需要将枯燥的公式穿插于有趣的事例之中，抑或是用动画表现出来。以卷积公式为例，对于初接触卷积的学生来说，这是一个可以颠覆运算认知的存在，因为其并不能简单地使用加减乘除的组合来表示，很多学生会在这一个地方卡住，从而跟不上后面的课程。虽然直接对卷积的定义进行讲解对初学者来说会比较难懂，但如果用图3、图4所示的动画表示，便能很容易让许多学生理解。如此一来，即便学时同样只有54个，却也能让学生吸收更多的知识，发挥出1+1>2的效果。

图3 s(t）与h(t）卷积结果

图4 s(t）与h(t）卷积动画演示过程

（二）帮助学生落实课后的学习，防止其左耳进右耳出

小学靠地域分配初中，初中靠智力考入高中，高中靠智力与努力靠上大学，而大学靠的是自觉。即便从初中到高中到大学都要经过考试，能到同一个学校的学生理应学力相当，但实际上，同一个班学生的成绩依旧会呈现正态分布，以大学生来说，即使是学力相当，但自觉程度不够，便会落后。

如果学生不够自觉，那么教师未尝不能帮他们一把，虽然都说大学生要靠自觉学习，不能指望老师，但事实上，学生通过高考能考上心仪的学校离不开高中教师高强度的督促，人若是没有了动力就好比汽车缺少了汽油，会变得难以前进。当然，过度地看管容易造成学生失去主观能动性，产生他人依赖，所以需要把握好那个“度”。可以一试的是改变成绩构成，当前的教育为了不让学生挂科，往往会增加平时成绩的份额至40%甚至是50%，究其原因是学院对学生知识掌握的不自信。作业是促进学生学习的动力，但如果频繁地布置作业又会过于占用学生的课后时间，换个思路将作业转移到课堂上，假如每节课刚开始上课的5～10分钟用于对上节课的知识进行课堂测试，并将该成绩按一定份额计入总成绩，同时降低平时成绩的份额，这样一来定能很好地改善学生对知识的掌握情况。

（三）抓住学生感兴趣的“点”，让学习化被动为主动

通信原理等相关课程作为水声通信方向的先修课程，是水声通信方向的基础，且有着与水声通信共同的知识点。作为一个通信系统，水声通信具有通信系统的一般结构，它们之间唯一的区别就是通信使用的波的种类不同，这便提供了利用水声通信知识介绍通信原理知识的机会，比如用水声通信的波的调制来介绍通信原理中的波的调制，用水声通信的波的传输来介绍通信原理中的波的传输等。有人对电子信息感兴趣，有人对海洋探索感兴趣，将课程的传授与学生的兴趣相融合，可以激发学生的学习热情。

人们往往乐于去做自己喜欢做的事，而且他们在做喜欢的事情时会有着更高的专注度，这也是激发学生学习兴趣的好处，一旦学生喜欢上学习，他们就会专注且自觉地上课，知识的吸收率会大大提高。要想提升学生的学习兴趣，关键因素在于课堂，古代说书人非常吃香，每次说书时都会有许多观众洗耳倾听，结束时还会有意犹未尽的观众留下，直到今日，“欲听后事如何，请听下回分解”这句话仍家喻户晓，这得益于说书人的语言能力和文学功底。试想一下，倘若每次下课时学生都对教师的授课意犹未尽，那么他们的学习积极性便是不言而喻了，但实际上，大多数学生往往都会在下课后马上离去。教师并不仅仅只需要有知识，更重要的是懂得将知识授予学生，以水声通信教学为例，海洋的探索向来不是一蹴而就的，在这长久的探索过程中，会发生许多有趣的故事，如果教师能将这些故事挖掘并表达，那么吸引学生的注意力便不在话下。

（四）采取新型的教学模式

水声通信与组网技术的教育事业发展仍任重而道远，改变教学模式亦是一种改革的思路。教学模式往往是顺应时代变化的，旧时的私塾现如今已然绝迹，取而代之的是如今的学校，而授课者也不再是“先生”一个人，而是一个教师团队。

数字化教学越来越成为时代的主流，党的二十大报告首次写入“推进教育数字化”，加快建设教育强国，推进教育数字化是重要的一环。以下是两个有关“数字化”的新型教育模式的内涵以及其合理性的论述。

1线上线下一体化教学

2020年，受不可抗力的因素影响，人们的出行大受限制，同时，教育部发出了“停课不停教、停课不停学”的指示，“互联网+教育”迅速发展，小到中小学，大到高等院校，都采用了线上教学的方式给学生授课。

据山东财经大学统计，其2019—2020学年春季学期线上教学质量报告上显示，2020年2月17日—3月8日，学校已开展线上教学课程700门，线上教学课程累计2581门次，线上教学教师累计603人次，累计线上学习学生195 414人次，出勤率达到99.34%。可见，线上教学的学生出勤率非常高，然而，康廷虎等[12]基于线上线下教学模式的比较进行研究后发现：到课率的高低并不能准确地反映学生的学习行为是否有效，也可能存在挂机状态的无效学习情况。换句话说，纯线上教学无法保证学生不利用挂机制造在场现象，但线上线下一体化教学模式可以确保每个签到的人都到达课堂现场。

线上线下一体化教学模式，既利用了线上教学的优点来弥补线下教学的缺点，又反过来利用线下教学的优点来弥补线上教学的缺点。正如上述提到的线上挂机状态问题，便是线下教学优点弥补线上教学缺点的体现。线下教学注重的是“课堂”，而对课前预习和课后复习都难以顾及，学生若是想回顾当日所学，只能通过课堂笔记来回忆，但线上教学中存在回放功能，学生想回看多少遍都是一件很容易的事，这是线上教学优点弥补线下教学缺点的体现。

线上线下一体化教学模式，既具备线上教学的优点又具备线下教学的优点，是一个可以有效提高学生学习效率的教学模式，值得去应用和推广。

2“四化”协同教学模式

“四化”协同教学模式是由西南财经大学提出来的，具体内涵为：教学方式智能化、教学资源集成化、教学发展协同化和教学评价多元化。

教学方式智能化是利用数字技术，打造出一个“数字课堂”，并引入人工智能课程，深化翻转课堂教学、融合式教学、体验式教学等教学改革，将线上与线下相结合、虚拟与现实相融合，以此形成一个教学新模式。

教学资源集成化则是建设一个智慧教学平台，并将现有的教学资源集成上去，比如学校图书馆、课程公开课、学校购入的软件等，同时还要优化教学管理服务平台，做好运营和维护，确保学生使用顺利。

教学发展协同化意味着各高校的合作，实现教学资源的共享，互相促进，共同进步。教学发展协同化是区域性的，如西部各学校成立西部高校金融教育协作共同体，覆盖了700多所学校和3 000多名教师，为探索数字化教研新形态，组织教师进行专题培训，全面提升教师数字化教学素养。

教学评价多元化包含三个方面：综合性教学评价、过程性教学评价以及非标准化考试改革。综合性教学评价的核心要点在于“反馈”，通过多维度的教学评价体系得到评价后并提供反馈，从而改进不足之处。过程性教学评价则是打破以分数为主的评价机制，综合考量在线课程学分、科研项目学分、创新创业实践学分等方面进行全面的评价。非标准化考试改革注重创新性、灵活性和开放性，以此培养创新型人才。

“四化”协同教学模式既全面又具体，是一个能给学生提供更为优秀的学习环境的教学模式，值得去应用与推广。

四、结束语

本文对水声通信与组网技术在通信原理相关课程中的教育现状进行了概述，指出了当前需要改进的地方，并提出了一些可行的改革措施。必须强调的是，教育改革是任重而道远的，最怕的是“不为”而非“不可为”，改革是一个过程，有对的也有错的，世界上不存在最好的教育改革方法，只要能比以前做得更好就足够了。我们要摸着石头过河，摸到了，便以此为立足点，摸不到，便寻找下一条路，要一步一个脚印，稳中向好地前进。

参考文献:

[1]杨健敏,王佳惠,乔钢,等.水声通信及网络技术综述[J].电子与信息学报,2024,46(1):1-21.

[2]吴华,吴学智,闫肃.水声通信技术与网络研究进展[J].通信技术,2018,51(7):1625-1630.

[3]赵鑫.水声通信网协议设计与仿真实现[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2015.

[4]朱敏,武岩波.水声通信技术进展[J].中国科学院院刊,2019,34(3):289-296.

[5]朱敏,武岩波.水声通信及组网的现状和展望[J].海洋技术学报,2015,34(3):75-79.

[6]习近平:向海洋进军,加快建设海洋强国[EB/OL].

[7]李双,胡顺仁,刘伟,等.应用型本科院校通信原理课程教学方法探讨[J].当代教育实践与教学研究,2018(2):58-59.

[8]桑孟娈.“学习金字塔”理论在高中数学教学过程中的应用[J].数学教学通讯,2021(27):53-54.

[9]姚计海,张玥欣.考试成绩正态分布的误用及评价改进对策[J].中国考试,2023(7):76-83.

[10]席泽雅,赵瑞芳,马宁.樊昌信的通信原理学习中要点分析[J].数码世界,2018(3):278.

[11]杨鑫.高校课堂教学中板书与PPT的应用研究[J].教育探索,2020(10):51-54.

[12]康廷虎,牛静茹.学习行为对学习成绩的影响:基于线上线下教学模式的比较[J].中国教育信息化,2022,28(9):70-75.

基金资助:国家自然科学基金项目“浅海水下目标甚低频探测机理与系统研究”(U22A2012); 中山大学2024年教学质量与教学改革工程项目“水声通信与组网技术的展望及其在通信原理相关课程中的应用”(76170-12220011);

文章来源:杨健敏,彭志鸿,王佳惠,等.水声通信与组网技术应用于通信原理相关课程中的改革探索[J].高教学刊,2024,10(34):147-151.