通信原理實驗教學(xué)改革探析

張 燕

電子科技大學(xué)成都學(xué)院 四川成都 610031

通信原理實驗教學(xué)改革探析

張 燕

電子科技大學(xué)成都學(xué)院 四川成都 610031

針對DSP原理與應(yīng)用課程的特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實踐教學(xué)方面對DSP原理與應(yīng)用課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實踐。通過改革，提升了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的實際動手能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事DSP相關(guān)的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

通信原理實驗；教學(xué)改革；教學(xué)方法；設(shè)計性實驗

Abstract: The paper studies the characteristics of communication principle experiment, which explores and practices the teaching reform of DSP theory and application from the teaching content, teaching methods and practice teaching. We improve the teaching effect, stimulate innovation ability of students and improve the practical ability of students through reform. We have laid a good foundation for students to do related work in the DSP after graduation.

Key words: communication principle experiment; teaching reform; teaching methods; designing experiments

受高校擴(kuò)招的影響，大學(xué)生就業(yè)成了各高校普遍面臨的一個關(guān)鍵問題。相對地，3G、物聯(lián)網(wǎng)等通信相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有巨大的人才缺口。通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子科技大學(xué)實驗課程必然要緊密結(jié)合當(dāng)今的科技發(fā)展。要抓住機(jī)遇，培養(yǎng)具有市場競爭力的專業(yè)人才，就要在專業(yè)教學(xué)過程中著重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，成為市場所需要的人才。

實驗教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方面起著不可替代的作用，它是培養(yǎng)實踐型人才的重要途徑?；谏鲜稣J(rèn)識，實驗課程應(yīng)與現(xiàn)代科技同步發(fā)展，從而制訂出實驗課教學(xué)改革的具體實施方案。

1 通信原理實驗課程特點

通信原理是通信、電子工程等專業(yè)的主干課程之一，是移動通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、計算機(jī)通信等后繼專業(yè)課程的基礎(chǔ)，也是許多高校研究生入學(xué)考試的課程之一。課程主要講述信號傳輸?shù)幕驹?、方法和性能，結(jié)合實際的有線與無線通信系統(tǒng)的工作原理，使學(xué)生系統(tǒng)地了解和掌握現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)理論和設(shè)計思想。該課程內(nèi)容豐富、理論抽象，對工程數(shù)學(xué)及其應(yīng)用能力要求高，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的難度偏大，很容易“畏難而退”。通過開設(shè)通信原理實驗課程，使理論與實踐的結(jié)合，既有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)理論知識的掌握，又可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，將大大提升通信工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

鑒于目前通信原理實驗課程的內(nèi)容單一，以驗證性實驗為主，效果一般，重新規(guī)劃通信原理實驗課程，從教學(xué)資源和教學(xué)方法兩個方面進(jìn)行整合改革。

2 多種實驗平臺的整合

基于通信原理課程的特點以及實驗設(shè)計的目的，實驗平臺的選擇是至關(guān)重要的。在現(xiàn)有條件下，適合應(yīng)用在通信原理實驗當(dāng)中的平臺主要有通信原理實驗箱、計算機(jī)仿真平臺以及設(shè)計平臺。在操作不同類型的通信原理實驗過程中, 這些平臺各有優(yōu)缺點，應(yīng)針對各種實驗方式的特點進(jìn)行設(shè)計，達(dá)到最佳效果。

2.1 實驗箱平臺

實驗箱平臺一直是通信原理實驗使用的傳統(tǒng)教學(xué)方式，這種平臺對驗證性實驗比較適用，有利于加深通信原理單個知識點的理解。對實驗箱的使用，需著重考慮實驗課和理論課的協(xié)調(diào)配合，避免出現(xiàn)實驗內(nèi)容與理論內(nèi)容脫節(jié)，超前或滯后的方式，針對這一問題，在具體教學(xué)中可采用課程組長負(fù)責(zé)制，由課程組長整體協(xié)調(diào)理論課和實驗課內(nèi)容，以達(dá)到最佳實驗效果。

2.2 軟件仿真平臺

可用于通信原理實驗的仿真軟件主要有兩款：Systemview和Matlab。這兩款軟件都可進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計與分析，有助于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)整體概念，是對理論課所學(xué)知識的一種綜合應(yīng)用?？勺寣W(xué)生自己動手，對常用的模塊自己編寫文件，從具體模塊的實現(xiàn)到整體系統(tǒng)的架構(gòu)，可很好的加強(qiáng)學(xué)生對知識的掌握，有助于培養(yǎng)綜合思維能力。

2.3 EDA的實驗平臺

EDA實驗平臺相對于傳統(tǒng)的通過一些專用集成芯片搭建通信系統(tǒng)的實驗方式，可以避免使用種類繁多的專用集成芯片，從而簡化了電路。學(xué)生用硬件描述語言編寫程序，可以在同一可編程邏輯器件上完成各種不同的通信技術(shù)，避免了連線的繁瑣。并且可以在一個通用的基于EDA的硬件平臺上，來實現(xiàn)所有的實驗內(nèi)容。而且要采用EDA技術(shù)，學(xué)生必須自己在充分掌握實驗理論的基礎(chǔ)上自己編寫程序，這有別于傳統(tǒng)實驗中學(xué)生只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗。這將大大調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動性，對提高學(xué)生的實驗興趣也有很大的幫助。

總體而言，實驗平臺的選擇主要是充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)條件，盡量在現(xiàn)有條件下為學(xué)生提供更多的實驗機(jī)會，充分培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，提高學(xué)生的競爭力。

3 教學(xué)方法和內(nèi)容的改革

實驗開設(shè)是否成功和教學(xué)方法是分不開的。因此，為了融多種實驗平臺于通信原理的實驗教學(xué)中，必須對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法及內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的改革。從單一的驗證性實驗向多種實驗?zāi)Ｊ较嘟Y(jié)合轉(zhuǎn)變，從僅1個學(xué)期的單一通信原理實驗，向穿插于整個大學(xué)時期的多種方式的混合實驗課程轉(zhuǎn)變。充分利用現(xiàn)有實驗條件，將通信原理實驗內(nèi)容調(diào)整為驗證性、綜合性和創(chuàng)新性實驗3部分。

3.1 驗證性實驗

驗證性實驗的關(guān)鍵是與理論知識的緊密結(jié)合，輔助學(xué)生理解掌握理論知識，因此從實驗時間、實驗方式、實驗內(nèi)容的安排上都應(yīng)與理論課相協(xié)調(diào)，才能達(dá)到最好的實驗效果。因此在驗證性實驗的改革調(diào)整中應(yīng)貫穿這一原則，以期找到最佳的實驗方案。針對這一情況，對驗證性實驗的教學(xué)內(nèi)容以及實驗方式進(jìn)行改革。

(1)實驗內(nèi)容：驗證性實驗課應(yīng)與理論課同步進(jìn)行，緊密結(jié)合，實驗時間應(yīng)與理論課的主講教師協(xié)調(diào)，靈活調(diào)整。實驗內(nèi)容應(yīng)配合理論課的教學(xué)需要，著重對理論理解中的重點和難點進(jìn)行實驗，通過實驗加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解掌握。

(2)實驗方法：可以采用學(xué)生動手和教師演示相結(jié)合的方式進(jìn)行。學(xué)生以實驗箱進(jìn)行仿真實驗為主，教師上課的過程可輔助以Matlab仿真結(jié)果，以加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解掌握。實驗箱除了驗證通信原理理論知識外，還和通信原理知識的實際應(yīng)用結(jié)合起來，譬如它還會要求學(xué)生對通信信號的時延和同步等問題進(jìn)行分析，為實際通信電路的設(shè)計奠定較好的基礎(chǔ)。

3.2 綜合性實驗

綜合性實驗的關(guān)鍵是讓學(xué)生構(gòu)建完整的通信系統(tǒng)概念，能將所學(xué)知識連貫起來，綜合應(yīng)用。因此在綜合性實驗的改革調(diào)整中應(yīng)貫穿這一原則，以期找到最佳的實驗方案。

(1)實驗內(nèi)容：綜合性實驗強(qiáng)調(diào)對通信系統(tǒng)整體的掌握。學(xué)生在理論課和驗證性實驗課上學(xué)習(xí)了通信系統(tǒng)各組成模塊的內(nèi)容，通過綜合性實驗，將信號的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼、復(fù)用解復(fù)用、信道、濾波等多個環(huán)節(jié)結(jié)合在一起，構(gòu)架一個完整的通信系統(tǒng)，完成信號的傳輸，培養(yǎng)綜合運用能力。

(2)實驗方法：以實驗箱和仿真實驗相結(jié)合的方式進(jìn)行。對于一些簡單的綜合系統(tǒng)，可以利用實驗箱完成，讓學(xué)生利用之前做過驗證性實驗的模塊，搭建一些簡單的通信系統(tǒng)。對于大型通信系統(tǒng)，實驗箱無法完成就可以采用軟件仿真的方式進(jìn)行。其中Systemview軟件平臺對設(shè)計綜合性實驗具有操作簡單、貼切實際的硬件實現(xiàn)。因此，對大型的難度較大的通信系統(tǒng)，可以建議學(xué)生采用這個平臺。但是對系統(tǒng)架構(gòu)較簡單的數(shù)字通信系統(tǒng)，建議學(xué)生采取Matlab的模塊仿真加EDA設(shè)計進(jìn)行操作，EDA實驗平臺對數(shù)字通信系統(tǒng)有很好的優(yōu)勢，也是結(jié)合實際工程設(shè)計的要求來進(jìn)行。

3.3 設(shè)計性實驗

通信原理課程的設(shè)計性實驗主要目的是將理論與實際相結(jié)合，讓學(xué)生根據(jù)給定的技術(shù)要求實現(xiàn)一些簡單的通信模塊，為以后的實際工作預(yù)演。

(1)實驗內(nèi)容：主要是按照要求的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計實現(xiàn)具有一定功能的通信模塊，比如實現(xiàn)一個用于普通電話機(jī)的話音信號編碼器，或者實現(xiàn)一個具有一定增益要求的放大器等。

(2)實驗方法：模塊仿真和EDA設(shè)計相結(jié)合。當(dāng)前在實際通信模塊產(chǎn)品開發(fā)過程中，大多采用Matlab仿真加EDA或DSP設(shè)計工具實施，其中DSP工具對普通高等學(xué)校的學(xué)生來說難度較大，因此一般可考慮采用EDA設(shè)計工具，條件允許的情況下可為學(xué)生提供EDA和DSP兩種平臺，學(xué)生可以按照個人的興趣自愿選擇設(shè)計手段。譬如卷積編碼模塊的設(shè)計性實驗，可以采用Matlab對確定的卷積編碼器進(jìn)行功能仿真，如果仿真和理論分析結(jié)果一致，則說明設(shè)計思路正確。在這基礎(chǔ)上，再采用EDA開發(fā)系統(tǒng)或DSP開發(fā)系統(tǒng)對卷積編碼器進(jìn)行系統(tǒng)選型、實驗和測試，并對其運行速率等性能進(jìn)行分析，以便重新設(shè)置參數(shù)，進(jìn)一步提高它的性能等。該實驗過程可以縮短開發(fā)流程，降低開發(fā)成本，可以使學(xué)生掌握實際工程的設(shè)計方法，能更好地為今后的學(xué)習(xí)和工作做準(zhǔn)備。

(3)教學(xué)安排：這部分實驗不在實驗教學(xué)學(xué)時內(nèi)安排，目前主要以兩種形式開展，一是作為畢業(yè)設(shè)計，二是在高年級開設(shè)專門的設(shè)計性實驗課程，此時學(xué)生相關(guān)的軟硬件知識已經(jīng)學(xué)習(xí)了，通過設(shè)計性實驗可以將各種知識整合，綜合利用。在整個設(shè)計性實驗過程中，實驗室對學(xué)生全天候開放，學(xué)生可以在課余時間來實驗室進(jìn)行設(shè)計、制作和調(diào)試。此時學(xué)生沒有其他因素干擾，可專心投入，收獲較大，且對后面的就業(yè)非常有利。

設(shè)計性實驗是偏重于應(yīng)用的實驗，通過實驗過程，使學(xué)生具備一定的實踐能力和創(chuàng)新能力，使實驗教學(xué)真正成為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)束語

針對目前通信原理實驗僅采用實驗箱進(jìn)行驗證類實驗，實驗方式單一，效果較差，未充分利用現(xiàn)有的實驗條件的情況，將多種類型的實驗平臺進(jìn)行整合,在學(xué)院及系里教學(xué)規(guī)劃和實驗經(jīng)費允許的情況下，將課程內(nèi)容調(diào)整為驗證性、綜合性和創(chuàng)新性實驗3部分，使實驗內(nèi)容既配合理論課程的教學(xué)，又與現(xiàn)代通信技術(shù)同步發(fā)展，使實驗課程的教學(xué)從內(nèi)容到形式上都有較大改觀。

總之，通過采取多種實驗?zāi)Ｊ较嘟Y(jié)合的靈活教學(xué)方法，最終目的只有一個，就是希望使學(xué)生經(jīng)過大學(xué)4年的學(xué)習(xí)，成為具有扎實理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)動手能力的高素質(zhì)人才，同時又具有較強(qiáng)的市場競爭力。

[1] Luo Yuanqiu, Wang Ting, Weinstein Steve, et al. Integrating optical and wireless services in the access network[C]. 2006 Optical Fiber Communication Conference, and the 2006 National Fiber Optic Engineers Conference，2006

[2] Liu Qingchong, Qiao Chunming, Mitchell Gregory, et al. Optical wireless communication networks for f rst-and last- mile broadband access[J]. Journal of Optical Networking, vo14, n12, 2005, 12:807～828

[3] Rockwell, David A, Mecherle G. Optical wireless: Lowcost, high-speed, optical access[J]. Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2001

[4] 張曙.基于RoF技術(shù)的EPON和WiMAX融合方案的研究[J].光通信技術(shù)，2010，16(3)：53～54

[5] 劉謙，丁敏英，陳林.正交頻分復(fù)用在RoF系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].光通信技術(shù)，2010，8：55～57

[6] 曹培炎.RoF技術(shù)在無線接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].光通信技術(shù)，2005，29(10)：22～26

On the teaching reform of communication principle experiment

Zhang Yan
Chengdu colleges of university of electronic science and technology of China, Chengdu, 610031, China

2010-12-07 稿件編號：1012032

張燕，碩士，講師，教研室主任。