運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

張雪臻

摘 要：當(dāng)今社會(huì)科技迅猛發(fā)展，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的種類(lèi)越來(lái)越多，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中模擬的特定環(huán)境也越來(lái)越逼真。但目前仍然沒(méi)有辦法滿(mǎn)足所有實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求，在通信原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基本不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求建立真實(shí)的通信系統(tǒng)，也就無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。此時(shí)，虛擬仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生，利用這種軟件可以建立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和環(huán)境，更好地實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高整體教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：通信原理；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通信原理課程通常分為理論和實(shí)驗(yàn)兩部分，即知識(shí)理論和實(shí)踐操作兩部分。其中，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以真實(shí)地再現(xiàn)情景，提高教學(xué)效果。但如果單純依靠高校教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室器材設(shè)備，實(shí)踐操作部分課程并不能達(dá)到理想的仿真效果，還需要借助一定的虛擬仿真軟件來(lái)完成。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能更加了解通信系統(tǒng)中的各模塊、各環(huán)節(jié)的關(guān)系，獲得更加豐富的實(shí)踐操作感受，更好地理解所學(xué)的通信原理理論知識(shí)，讓原本枯燥的理論學(xué)習(xí)變得更加有趣。同時(shí)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中能更好地鍛煉學(xué)生的邏輯分析能力、實(shí)際操作能力以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

一、目前高校通信原理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際情況

目前，許多高校在通信原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方面已經(jīng)獲得了一定的發(fā)展，但是在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)課程的講解以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置等方面還是存在一些不足和缺陷。

1）高校通信原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容以一些經(jīng)典理論知識(shí)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，多數(shù)情況下只是讓學(xué)生按照預(yù)設(shè)流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，基本不需要學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。雖然在一定程度上幫助學(xué)生熟悉了理論知識(shí)，但缺乏對(duì)學(xué)生邏輯思維分析方面的鍛煉以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，更不利于學(xué)生探索、創(chuàng)新能力的養(yǎng)成。

2）實(shí)驗(yàn)購(gòu)置的硬件設(shè)備大多已模塊化，使用時(shí)都已經(jīng)組裝好，雖然便于學(xué)生進(jìn)行盡快熟悉設(shè)備進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，但如果只是單純地觀察分析預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)流程的邏輯計(jì)算結(jié)果，不僅與現(xiàn)實(shí)操作存在巨大的差異，而且容易造成學(xué)生的輕視心理，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)通常早已設(shè)定好，學(xué)生在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能使用預(yù)設(shè)參數(shù)，導(dǎo)致許多需要修改參數(shù)來(lái)對(duì)比分析結(jié)果的實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，許多原理知識(shí)無(wú)法一一驗(yàn)證。

4）購(gòu)置實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備的成本較高，導(dǎo)致某些實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較陳舊，更新?lián)Q代并不及時(shí)，影響教師進(jìn)行相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

5）實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量有限、地點(diǎn)固定，學(xué)生只能按照學(xué)校的統(tǒng)一安排進(jìn)行某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，無(wú)法根據(jù)自己的對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐操作的實(shí)際掌握情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，這也在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和教學(xué)效率。

二、進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革的原因

通信系統(tǒng)虛擬仿真軟件有許多，比如SystemView、Matlab等，都可以高度模擬通信系統(tǒng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，它們的出現(xiàn)和運(yùn)用，讓高校通信原理課程教學(xué)變得更加有趣。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生盡快熟悉通信系統(tǒng)的各個(gè)模塊及環(huán)節(jié)，其中對(duì)信號(hào)和噪音系統(tǒng)真實(shí)的模擬，能讓學(xué)生通過(guò)波形和頻譜變化鍛煉自己的綜合分析能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。同時(shí)，虛擬仿真軟件能讓學(xué)生擺脫實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更加靈活，學(xué)生在電腦上安裝這個(gè)軟件后就可以隨時(shí)隨地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。因此，運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)勢(shì)在必行。

三、通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

1）實(shí)驗(yàn)室改革是提高通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然要求，包括通過(guò)添置器材設(shè)備等措施建立綜合性實(shí)驗(yàn)室。原先的實(shí)驗(yàn)室可能只有一些硬件設(shè)備，比如通信原理實(shí)驗(yàn)箱和示波器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分組不能多于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的數(shù)量。改革后的虛實(shí)結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)室增加了計(jì)算機(jī)，可以讓學(xué)生進(jìn)行之前實(shí)驗(yàn)設(shè)備所無(wú)法完成的實(shí)踐操作，更多地實(shí)現(xiàn)通信原理知識(shí)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，更好地滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作學(xué)習(xí)的渴望。

2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)非常重要。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，必須結(jié)合教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，合理運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分別安排適合的基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。比如，可以設(shè)計(jì)碼型變換等基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)以及數(shù)字調(diào)制與解調(diào)等綜合性實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握硬件設(shè)備的安全使用方法與正確操作流程，綜合性實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生通過(guò)虛擬仿真了解完整的通信系統(tǒng)、信號(hào)在傳輸過(guò)程中的變化特性，兩者結(jié)合能讓學(xué)生對(duì)通信原理有更直觀、全面的認(rèn)識(shí)，更清楚地知道如何設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的通信系統(tǒng)。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

高校學(xué)生在老師的指導(dǎo)下學(xué)會(huì)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)出符合需求的通信模塊，在虛擬系統(tǒng)中設(shè)定不同的設(shè)備參數(shù)，不斷地進(jìn)行觀察調(diào)試，直到構(gòu)建出完整的通信系統(tǒng)。同時(shí)，還可以通過(guò)分析比較信號(hào)波形和頻譜來(lái)更好地理解通信傳輸過(guò)程。除此之外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的缺憾，強(qiáng)大的虛擬設(shè)備和分析工具讓學(xué)生可以進(jìn)行多種模塊選擇、不同參數(shù)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

2）在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)理解或者疑惑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作甚至試錯(cuò)，而不用擔(dān)心操作不當(dāng)損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)賠償。同時(shí)，各種實(shí)驗(yàn)操作變得更加直觀和簡(jiǎn)單，能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，還可以提升學(xué)生自主思考、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，幫助學(xué)生形成對(duì)通信原理知識(shí)的系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。

3）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)除了能及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，還可以降低實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的變化、科研成果的更新以及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的需求改進(jìn)原有的或增加新穎的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，與時(shí)俱進(jìn)地提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和水平，讓學(xué)生可以更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。

五、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，讓我們的工作、生活、學(xué)習(xí)都發(fā)生了翻天覆地的變化，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的改革可以讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識(shí)通信系統(tǒng)，更好地學(xué)習(xí)、掌握通信系統(tǒng)的原理和技術(shù)。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的改革讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加完善，更符合當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，也讓通信教學(xué)內(nèi)容變得更加豐富。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革還能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的通信專(zhuān)業(yè)人才，推進(jìn)通信領(lǐng)域不斷向前發(fā)展。

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