通信原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究

趙 瑄

【摘 要】實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)作為通信原理的一門重要課程，主要是為了讓學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)建立系統(tǒng)性概念，加深對(duì)通信基本理論的認(rèn)知。本文主要針對(duì)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出一些改進(jìn)思路及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】通信原理；實(shí)驗(yàn)課程；改進(jìn)思路；教學(xué)模式

通信原理是通信工程專業(yè)一門很重要的基礎(chǔ)課，它跟高等數(shù)學(xué)、概率論與隨機(jī)過程、線性代數(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)及數(shù)字電子技術(shù)等前續(xù)課程關(guān)系緊密，同時(shí)對(duì)移動(dòng)通信、光纖通信和現(xiàn)代交換技術(shù)等后續(xù)專業(yè)課程有重要影響。知識(shí)點(diǎn)豐富，原理、概念抽象，理論性強(qiáng)，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求高是本課程的特點(diǎn)，教師覺得難教，學(xué)生感到難學(xué)，這是師生常常面臨的困惑。為提高通信原理課程的教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果，從各方面增強(qiáng)學(xué)生在通信方面的綜合素養(yǎng)，可以在教學(xué)過程中進(jìn)行改革，著重加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

一、通信原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的重要性

通信原理是通信工程專業(yè)的主干課程，而實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)主要是配合“通信原理”課程而開設(shè)。通過課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生掌握編譯碼及ASK、FSK、PSK的調(diào)制解調(diào)的原理和實(shí)驗(yàn)方法。使學(xué)生掌握通信方面常用的測試儀器的使用，提高在將來工作中實(shí)際動(dòng)手操作的能力。通過實(shí)驗(yàn)來提高學(xué)生對(duì)通信理論認(rèn)識(shí)，加深對(duì)通信基本原理的理解、掌握各種傳輸方式的基本原理和方法，理解各種傳輸方式的實(shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)驗(yàn)手段，使學(xué)生進(jìn)一步理解課堂理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生初步掌握通信原理實(shí)驗(yàn)的技能；驗(yàn)證所學(xué)理論，鞏固所學(xué)知識(shí)，啟發(fā)創(chuàng)新思維；對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)綜合能力。

二、通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

縱觀國內(nèi)許多院校通信工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段到實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備的配置等方面，都不同程度地存在一些問題。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是按照理論教學(xué)安排一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)受課時(shí)限制，學(xué)生只能被動(dòng)地按教師的指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這就限制了學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。

（3）由于資金限制，許多設(shè)備無法購進(jìn)，一般都是采用實(shí)驗(yàn)箱及其它測試儀器完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由生產(chǎn)廠家預(yù)先設(shè)定，實(shí)驗(yàn)方法單一，缺乏靈活性，不利于培養(yǎng)學(xué)？。

（4）專業(yè)實(shí)驗(yàn)室一般都按專業(yè)理論課程分成通信原理實(shí)驗(yàn)室、程控交換實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)室、光纖通信與傳輸實(shí)驗(yàn)室等，結(jié)果使實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限在某課程范圍內(nèi)，削弱了各學(xué)科問的關(guān)聯(lián)性，不利于學(xué)生從系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的層面上掌握通信技術(shù)。

三、通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的基本思路

通信原理實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)多為12～24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間是在課堂教的相關(guān)內(nèi)容結(jié)束以后交叉進(jìn)行，能夠進(jìn)行8個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和1個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，典型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為PAM調(diào)制與解調(diào)、PCM調(diào)制與解調(diào)、FSK調(diào)制等項(xiàng)目，由通信原理實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)。

其實(shí)驗(yàn)箱采用模塊化的結(jié)構(gòu)，單次實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只能使用其中某一部分，還不能模擬設(shè)計(jì)一個(gè)接近真實(shí)的通信系統(tǒng)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)側(cè)重在數(shù)字技術(shù)，對(duì)一些常用的模擬技術(shù)并不涉及，這跟現(xiàn)在的通信原理教學(xué)大綱不是很相符，也欠缺對(duì)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生按照該實(shí)驗(yàn)箱配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的步驟，可以完成一系列通信原理實(shí)驗(yàn)。由于眾所周知的原因，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是擴(kuò)展性、操作性不強(qiáng)，學(xué)生除了按照事先規(guī)定好的步驟完成實(shí)驗(yàn)外，并不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)現(xiàn)額外的操作，只能被動(dòng)地實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果是完成實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生可能記錄了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形，但是對(duì)這些數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原理和目的，卻沒有一個(gè)深入的理解，實(shí)驗(yàn)效果也就無從談起。

針對(duì)上述問題，在不額外購置新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下，較好的作法是深入挖掘原有實(shí)驗(yàn)箱的潛力，結(jié)合通信原理課程的特色，對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行改進(jìn)。例如，實(shí)驗(yàn)箱原有的各種載波信號(hào)都是固定不變的，而這些載波信號(hào)是由高頻振蕩電路生成并引入各個(gè)模塊，于是可以將原有的高頻振蕩電路中的電容由固定電容替換成可變電容，以此來獲取各種不同的載波信號(hào)，學(xué)生可以自己改變可變電容的值，獲得各種欠調(diào)節(jié)或過調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)過與理想調(diào)制信號(hào)相比較，能夠有一個(gè)更加深入的實(shí)驗(yàn)效果。

四、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇

基于“通信原理”課程的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇是至關(guān)重要的。到目前為止，應(yīng)用在通信原理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的平臺(tái)主要有通信原理實(shí)驗(yàn)箱、SystemView平臺(tái)、MATLAB仿真平臺(tái)以及EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)。在操作不同類型的通信原理實(shí)驗(yàn)過程中，這些平臺(tái)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)一直是通信原理實(shí)驗(yàn)使用的傳統(tǒng)教學(xué)方式，這種平臺(tái)對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比較適用，有利于加深通信原理單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。但是對(duì)設(shè)計(jì)性和綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來說，這種平臺(tái)缺少了靈活性。另外這種平臺(tái)大多數(shù)價(jià)格昂貴，維修率高且需占用較大的空間。SystemView是通信信號(hào)與系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)和分析軟件。與MATLAB相比，它的最大特點(diǎn)是軟件仿真與硬件實(shí)現(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系非常密切。整個(gè)仿真軟件系統(tǒng)由信號(hào)源、器件庫、分析工具構(gòu)成和大量各式各樣的器件庫。雖然SystemView是用軟件仿真的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，但是因其與硬件具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以對(duì)系統(tǒng)使用者認(rèn)識(shí)和把握硬件系統(tǒng)具有很好的幫助作用。而且，制作一個(gè)真實(shí)的硬件系統(tǒng)所需的時(shí)間代價(jià)、元器件代價(jià)、儀器設(shè)備代價(jià)和實(shí)驗(yàn)場地的代價(jià)還是很高的。SystemView在這方面充分體現(xiàn)了它的價(jià)值。

通過上面對(duì)各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)分析來看，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以采用實(shí)驗(yàn)箱和MATLAB這兩種形式，MATLAB仿真偏重通信原理知識(shí)的驗(yàn)證且具有很好的畫圖功能，比較簡單，容易掌握，而實(shí)驗(yàn)箱除了驗(yàn)證通信原理理論知識(shí)外，還和通信原理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，譬如它還會(huì)要求學(xué)生對(duì)通信信號(hào)的時(shí)延和同步等問題進(jìn)行分析；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以采用EDA或MATLAB工具，MATLAB平臺(tái)更側(cè)重通信模塊功能的仿真，而EDA平臺(tái)在MATLAB平臺(tái)的基礎(chǔ)上，還強(qiáng)調(diào)通信模塊的性能要求；綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以采用MAT-LAB、SystemView或EDA平臺(tái)，MATLAB平臺(tái)相對(duì)SystemView平臺(tái)來說側(cè)重系統(tǒng)級(jí)的功能仿真上，操作較簡單，而SystemView平臺(tái)除了功能仿真外，還從硬件的角度去仿真，更加貼近實(shí)際，而EDA平臺(tái)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)難度較大，但能很好的鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

五、通信原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式研究

1、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段。在實(shí)驗(yàn)任務(wù)和目的明確的前提下，采用啟發(fā)式、討論式、探究式等教學(xué)模式，要求學(xué)生自己查閱資料，提出實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，擬出實(shí)驗(yàn)器材。并對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行理論解釋，然后在指導(dǎo)教師和學(xué)生共同討論的基礎(chǔ)上，確定實(shí)驗(yàn)方案，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

2、采用虛？PILAV，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬儀器采用計(jì)算機(jī)開放體系，只要選用適當(dāng)?shù)挠布涌陔娐罚{(diào)用不同的虛擬儀器軟件包，就可利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)多種傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器的出現(xiàn)，不但改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使原先因資金等條件限制無法開設(shè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行。

3、順應(yīng)通信專業(yè)多學(xué)科滲透、融合的發(fā)展趨勢，組建通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室。通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)打破傳統(tǒng)的按課程軟件的強(qiáng)大功能，進(jìn)行射頻產(chǎn)品設(shè)計(jì)訓(xùn)練，在全校（院）層面上進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)括電路布線圖設(shè)計(jì)、器件參數(shù)修正、系統(tǒng)性能劃建設(shè)，讓學(xué)生通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后進(jìn)入綜合實(shí)測試等，連續(xù)集成的概念能提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)開驗(yàn)室，從多學(xué)科的角度，在系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)的速度和準(zhǔn)確度，省去制造原型的時(shí)間和層面上熟悉現(xiàn)代的、多種業(yè)務(wù)綜合的實(shí)際通費(fèi)用，可讓學(xué)生學(xué)到最新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)理信系統(tǒng)，盡可能使綜合實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)服務(wù)功念和方法。

六、結(jié)束語

通過增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的操作性，起到了良好的互動(dòng)作用，可以部分地解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的動(dòng)能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之后主動(dòng)去理解實(shí)驗(yàn)原理的熱情。實(shí)踐證明，在對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)之后，學(xué)生對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)的積極性和興趣性都很高，從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)反饋到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的收獲也有所提高，實(shí)驗(yàn)效果顯著改善。

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