“通信系统建模与仿真”是国家级一流专业“通信工程”专业十一门核心课之一，是支撑专业认证的关键课程，入选教育部-华为“智能基座课程”。该课程开设在三年级，设2学分/32学时，其中16学时为理论环节，16学时为实践环节。本课以软件无线电（SDR）为载体，基于真实工程信号进行理论和实验一体化的教学，用无线的电波开启了无限的课堂。

图 基于真实工程信号的实验教学改革

课程目标是为了提高学生对复杂工程问题的认识，面向新工科的人才培养要求，强化创新能力、高阶能力与情感价值的培养，解决通信专业教学脱离工程实际的痛点问题。电子信息国家级教学示范中心（北京邮电大学）从2007年开始筹建一门解决理论连结工程实际的全新课程，在国内通信教学中率先引入了软件无线电。历经小班试点、分级推广、逐步探索、不断创新，课程日渐成熟，于2017年更名为《通信系统建模与仿真》，并成为“通信工程”专业的必修课，年课容量550人。

图  课程发展历程

目前，《通信系统建模与仿真》课程团队有教师12名，由北京青年教学名师刘奕彤老师担任课程负责人，团队成员包括北京市教学名师杨鸿文教授、一线的工程专家和学术先锋尹良副教授、李勇教授、尹斯星副教授、高月红副教授、黄赛副教授、王鲁晗、景文鹏老师，此外还有首都道德模范张佳鑫老师、北京市杰青路兆铭教授、特聘研究员郭宁雁，其中6人有在通信企业工作的履历。团队成员获省部级以上教学类奖励超20人次，包括首届全国高校教师教学创新大赛一等奖、教学活动创新奖；首届全国高校电子信息类专业课程实验案例设计大赛唯一特等奖（Rigol杯）等。

图  本课主要获奖

本课是一门理论与实验一体化的课程，实验教学与理论教学同时进行，边讲边做。课程中，学生人手一个口袋化软件无线电设备，授课过程灵活运用远程/虚仿、智慧教室和在线教学手段，引入真实信号和实际案例，对真实信号和真实工程问题进行分析。基于课程特点引入教学互动和学生自主探索，包括分组研讨、开放型实验、翻转课堂等多种方式。课程组发挥科研优势，自主开发了远程通信仪表测量、在线软件无线电对抗演练沙箱、在线无线电台、线上线下混合实验平台，使教学通过网络延展，形成多元化升级。

【实验平台】

基于RTL-SDR、USRP、Pluto等口袋化软件无线电设备和LabVIEW、MATLAB/Simulink、GNURadio等软件开发了大量真实信号收发实验,开发了课堂中的师生/生生通信互动平台，支持超大课容量（550人）的大规模日常教学和个性化分级化教学需求，支持远程实验教学需求。

发挥科研优势，自主开发远程通信仪表测量、频谱地图、在线软件无线电对抗演练沙箱、在线无线电台、线上线下混合实验平台，形成立体化教学手段。所形成的无线信号数据库等均已开源。

图  自主开发的实验平台示例

本课在Bilibili、北邮教学云平台上设有课程频道并开放，目前B站播放量超过6.5万，北邮教学云平台学习访问量年均2.5万余次。

图  信息化教学手段示例

【实验教学方法】

边学边做

开展理论与实验浑然一体的沉浸式教学，全部16理论学时和16实践学时都在研讨教室或智慧实验室完成。学生携带电脑以及便携化软件无线电，教师携带仪表或高端软件无线电。每节课采用教师边讲边做，学生边学边练。实验过程中随时可以通过理论解读实验中观察到的现象，公式推导过程中随时进行实物或半实物仿真验证。

图  边学边做

泛在实验

口袋化SDR以及无所不在的无线信号彻底消除了教室、实验室甚至互联网的时空围墙，教师可以在任何地方教，学生也可以在任何地方学，随时有想法，随时做实验；所有教学单元均配备了前沿参考文献、高阶探索题目或热点话题，鼓励学生以小组方式探索；使用线上/线下混合的通信原理实验库，进行个性化题目选择和同等能力评估；学生可以自由约时间到开放实验室使用高级设备，可以远程访问教师科研实验室的高档仪器，可以在线访问本课开发的WebSDR无线电平台。

图  泛在实验

立体化同步混合教学

不同于传统课堂基本上是单一老师-单一任务-单一内容-单一空间的教学，采用多师-多任务-多维度-多空间立体化同步混合教学，教师/助教多角色，课堂组织多节点，学生活动多任务，能力培养多维度，教学空间多元化。

例如，疫情期间本课通过立体化同步混合教学，使返校学生在线下教室，其他学生线上接入，课堂多节点组织。教室现场实时收发，同时把录制的无线信号同步发布给远程学生。使遍布全国的学生，不但有同时的课堂，也有同步的实验，保持同水准的教学质量和学习体验。

图  立体化同步的混合课堂

真信号创设情境

本课面向“真场景、真问题、真信号”进行“实采、实操、实战”的实验教学，开展从工程问题出发的实景式教学。通过创设情境、创设情节，实现沉浸式教学。例如设计红蓝两队藏信号/找信号、莫尔斯电码侦听等活动，使学生身临其境，被好奇心牵引，使出浑身解数，来达到通信的工程目标，有力地提升了学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，有效地激发了学生的内驱力。

图  从问题出发的实景式教学法

图  教学内容创新

对抗式考核

本课在国内最早提出通信对抗式考核。学生分组进行通信与干扰对抗，或学生破解老师发送的信号等。对抗式教学模式能够激发竞争天性，学生面对实际问题和具体对手，解决方案没有标准答案，也没有止境，可以全面训练学生在通信技术方面的综合能力。

图  通信对抗

【教学成效】

课堂形态得到重塑，学生学习兴趣明显提升，课堂氛围活跃。学生成为学习主体，学习参与感、自主性、自信心都明显增强，探索欲望和社会责任感大增。经多年匿名调查数据分析，学生认为课程“两性一度”特性明显，课程难度大但课程满意度也高，互助受益大的同时独立思考能力也提升，“划水”率低。

图  “课堂活起来，学生动起来”