劉云飛， 田華明， 黃子革， 王 鼎

(海軍航空大學(xué)青島校區(qū) 航空電子系， 山東 青島 266041)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等院校教學(xué)工作的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)員的動(dòng)手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方面起著不可替代的作用，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才、加強(qiáng)學(xué)科及專業(yè)建設(shè)的重要途徑。如何更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與培養(yǎng)創(chuàng)新人才相結(jié)合，是當(dāng)前深化實(shí)踐教學(xué)改革的難點(diǎn)、熱點(diǎn)問題。我校針對(duì)通信原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”)的建設(shè)，進(jìn)行了多方面的研究和探索，取得了較好的實(shí)際成果，可供各高校同行借鑒和參考。

1 系統(tǒng)籌劃，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室全面建設(shè)

1.1 加強(qiáng)硬件建設(shè)，創(chuàng)造良好實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)室采取認(rèn)真調(diào)研、充分論證、重點(diǎn)投入、分步實(shí)施的建設(shè)思路，對(duì)所購儀器設(shè)備按平臺(tái)化、通用化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化思路進(jìn)行籌劃，先后購置了10多套南京潤(rùn)眾科技有限公司生產(chǎn)的RZ8641型現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱，隨后又升級(jí)為RZ9681型，配套購置了10套DSO2902型五合一多功能綜合虛擬測(cè)試儀，構(gòu)建了基于PXI總線的通用軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自主研發(fā)了短波寬帶信道模擬器，調(diào)撥了部隊(duì)現(xiàn)役通信電臺(tái)，形成了從基本模塊到實(shí)裝的全層次覆蓋，使實(shí)驗(yàn)室不僅能夠開設(shè)“通信原理”“通信導(dǎo)航系統(tǒng)”“通信設(shè)備”等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)，還可為高年級(jí)本科生、研究生和教員進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究提供實(shí)驗(yàn)條件。

1.2 虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建綜合化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

以通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有直觀性強(qiáng)、能鍛煉動(dòng)手能力、搭建平臺(tái)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但成本高，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有一定局限性。實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)箱基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Matlab、Systemview和LabVIEW的3個(gè)虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有功能全、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，與硬件平臺(tái)互為補(bǔ)充，使硬件平臺(tái)不能提供的實(shí)驗(yàn)得以通過虛擬軟件來完成。學(xué)員通過軟件模塊搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮其想象力，拓展其思維，提高其編程實(shí)踐能力[1]。

1.3 精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)員自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/h3>

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)員只能在教師設(shè)定的框架下進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。其缺陷在于:一是單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)員的吸引力不大；二是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)員的綜合思維能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力方面效果不好。因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上，將其調(diào)整為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)3部分，盡量減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[2]，以培養(yǎng)學(xué)員獲取新知識(shí)、分析和解決問題以及交流與合作的能力，使學(xué)員掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，并具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在相應(yīng)理論課講解完之后進(jìn)行，教員將部分實(shí)驗(yàn)在課堂演示后再安排學(xué)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)相得益彰的效果。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)安排在某段固定實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成，以布置作業(yè)的形式給出，要求學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器設(shè)備完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)安排部分成績(jī)優(yōu)秀、學(xué)有余力的學(xué)員進(jìn)行。

1.4 開放實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用率

由于學(xué)時(shí)有限，正課時(shí)間開設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常是幾人1組、1人為主、多人旁觀，其實(shí)驗(yàn)效率不是很高。此外，如果實(shí)驗(yàn)室課余時(shí)間若不開放，實(shí)驗(yàn)設(shè)備就會(huì)閑置，降低了設(shè)備的利用率，實(shí)驗(yàn)效果難以提高。因此實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)人員上采取全面開放的形式[3]。

(1) 時(shí)間上的開放，提高靈活性。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)理論課和實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用不發(fā)生沖突的前提下，由學(xué)員根據(jù)自己的課程安排，與實(shí)驗(yàn)室協(xié)商，并決定什么時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)課所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在時(shí)間上給學(xué)員較大的靈活性，提高學(xué)員學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增加實(shí)驗(yàn)室的容量，提高實(shí)驗(yàn)室的利用率[4]。

(2) 地點(diǎn)上的開放，提高便利性。RZ9681型現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)。學(xué)員在宿舍或計(jì)算機(jī)房，只要能通過校園網(wǎng)鏈接實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室管理員審批后，就可以遠(yuǎn)程鏈接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)。地點(diǎn)上的開放，使得學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)室的自由度大大提高，為學(xué)員做實(shí)驗(yàn)提供了充分的便利。

(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放，提高自主性。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容的開放分為實(shí)驗(yàn)室主動(dòng)開出的計(jì)劃外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)員自主提出的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2種開放模式[5]。第一種模式是實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)際情況開設(shè)計(jì)劃外的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)員可選做這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以培養(yǎng)出一定數(shù)量具有較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途哂锌蒲谢A(chǔ)知識(shí)的尖子學(xué)員。第二種模式是針對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)好并有強(qiáng)烈主觀愿望參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)員主動(dòng)提出的具有創(chuàng)新性、研究性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開放實(shí)驗(yàn)室為他們提供一個(gè)進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)技能的機(jī)會(huì)，使得他們的科學(xué)研究能力得到訓(xùn)練，為他們以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)員在開放的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，教員僅起指導(dǎo)和監(jiān)控的作用，對(duì)學(xué)員的自我約束力、責(zé)任心、合作精神以及管理能力也是一種培養(yǎng)和鍛煉[6]。

1.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)與科研相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新潛質(zhì)

實(shí)驗(yàn)室為學(xué)員做畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研工作提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主動(dòng)實(shí)現(xiàn)資源共享。多名本科生和研究生利用實(shí)驗(yàn)室開展專項(xiàng)課題研究，開展自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)，在非正弦波通信、非平穩(wěn)信號(hào)通信理論和認(rèn)知無線電通信領(lǐng)域取得了較大的理論突破和技術(shù)進(jìn)步。實(shí)驗(yàn)室還為課題組承擔(dān)的國家“863”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)課題提供理論技術(shù)支撐，取得了一批科研成果。

2 大膽實(shí)踐，走創(chuàng)新發(fā)展道路

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要符合院校的辦學(xué)規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，在深化教學(xué)改革，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐上要具有一定的創(chuàng)新。總結(jié)實(shí)驗(yàn)室主要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展之處有以下幾點(diǎn)。

2.1 構(gòu)建了綜合性實(shí)驗(yàn)新平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室采用虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的方式。虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建充分利用3種軟件的不同特點(diǎn)，偏于理論分析的應(yīng)用Matlab，偏于直觀信號(hào)分析的應(yīng)用LabVIEW，偏于軟件模塊搭建的應(yīng)用Systemview。硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用多功能綜合虛擬儀器與計(jì)算機(jī)結(jié)合可以替代傳統(tǒng)的示波器、邏輯分析儀和頻譜分析儀的功能，更為直觀、方便、節(jié)省空間，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的成本?，F(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱由模塊化構(gòu)成，可以獨(dú)立使用，也可以方便地組合成各種通信系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱之間還可以通過組合構(gòu)成大的通信系統(tǒng)。軟件無線電平臺(tái)的引入可以方便地通過軟件定義的方式產(chǎn)生各種通信信號(hào)與調(diào)制方式，可以涵蓋通信系統(tǒng)級(jí)與信號(hào)級(jí)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自主研發(fā)的信道模擬器可以給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和通信實(shí)裝方便地提供信道環(huán)境，可以很容易地制造出各種典型信道特性環(huán)境和電磁環(huán)境，能夠模擬的地域跨度非常廣闊，不受氣候條件限制，可隨時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)費(fèi)用[7]。

這種綜合性實(shí)驗(yàn)新平臺(tái)的構(gòu)建符合當(dāng)今通信裝備的發(fā)展趨勢(shì)，使得學(xué)員和教員可以針對(duì)不同情況選擇不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，很好地解決了實(shí)驗(yàn)室投入有限與保障完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的問題。

2.2 完善了系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)新體系

實(shí)驗(yàn)室軟硬件平臺(tái)既相互獨(dú)立又是一個(gè)有機(jī)結(jié)合的整體，可以分開使用，也可以通過靈活的組合配置為多種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室可以用軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證，也可以通過實(shí)驗(yàn)箱硬件模塊搭建硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，還可以應(yīng)用現(xiàn)役裝備進(jìn)行實(shí)裝演練。實(shí)現(xiàn)了從模塊組建到系統(tǒng)分析，從仿真驗(yàn)證到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)裝操作，全方位、系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)新體系。新的實(shí)驗(yàn)體系改變了傳統(tǒng)的固定儀器設(shè)備模式而發(fā)展為按需配置模式，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自由組合，也可以自主開發(fā)一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以方便地實(shí)現(xiàn)學(xué)員、教員一些新的想法，鼓勵(lì)學(xué)員實(shí)現(xiàn)“只有想不到，沒有做不到”的創(chuàng)新體系[8]。

2.3 豐富了多層次實(shí)驗(yàn)新內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次。在實(shí)驗(yàn)配置上，由以往的簡(jiǎn)單的硬件模塊的原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)展到了軟件仿真、基本硬件模塊實(shí)驗(yàn)、構(gòu)建小的通信系統(tǒng)、通信系統(tǒng)之間的系統(tǒng)以及部隊(duì)實(shí)裝的操作多個(gè)層次，使學(xué)員能夠多層次、全方位、多角度地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地進(jìn)行分析和驗(yàn)證[9]。

在實(shí)驗(yàn)實(shí)施上，采用“工程背景—教學(xué)模型—物理模型—實(shí)驗(yàn)配置—特性歸納”的分析思路、“數(shù)學(xué)分析—波形分析—頻譜分析—仿真分析”的分析方法，內(nèi)容安排依照“基礎(chǔ)建立—理論分析—技術(shù)分析—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的次序。

2.4 形成了全面開放的新模式

實(shí)驗(yàn)室的全面開放，是相對(duì)于傳統(tǒng)的“封閉式”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉岢龅囊环N有利于培養(yǎng)學(xué)員實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新模式。開放包含3個(gè)層次:一是教學(xué)時(shí)間上的開放，由以往的固定時(shí)間的課程實(shí)驗(yàn)發(fā)展到學(xué)員自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)和固定課堂實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式；二是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上的開放，由原理的固定實(shí)驗(yàn)科目發(fā)展到自主設(shè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和固定課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的新模式；三是教學(xué)地點(diǎn)的開放，由以前的固定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)教學(xué)發(fā)展到野外通信與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式[10-12]。

3 挖掘潛能，提升實(shí)踐效果

經(jīng)過幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，通信原理與系統(tǒng)取得了較好的實(shí)踐效果，也受到學(xué)員的歡迎和好評(píng)。

(1) 實(shí)驗(yàn)室保障能力提高。通過實(shí)驗(yàn)室硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室除了能保障“通信原理”課程所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，還能為“信息與編碼”“通信技術(shù)”等相關(guān)課程提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

(2) 學(xué)員實(shí)驗(yàn)興趣增加。實(shí)驗(yàn)室為通信工程等本科學(xué)員及通信與信息系統(tǒng)等研究生提供驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)員實(shí)驗(yàn)興趣明顯增加。每學(xué)年開設(shè)實(shí)驗(yàn)課達(dá)1 800多人時(shí)，其中含開放性實(shí)驗(yàn)600多人時(shí)。從感覺實(shí)驗(yàn)課單調(diào)乏味沒意思，到自己動(dòng)腦設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，有了質(zhì)的變化。

(3) 學(xué)員創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)員用發(fā)散思維、聯(lián)想思維來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，教員在實(shí)驗(yàn)中只起輔導(dǎo)答疑作用。學(xué)員通過一系列實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)了學(xué)員的自信心，加深了對(duì)理論課程的理解，培養(yǎng)了綜合實(shí)驗(yàn)的能力。教員在通信原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)本科學(xué)員畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力。學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成了10多個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)室主動(dòng)為科研項(xiàng)目敞開大門，研究生學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，積極參與科研項(xiàng)目研究，較好地培養(yǎng)了學(xué)員創(chuàng)新能力。

(4) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果顯著。在實(shí)驗(yàn)室的支持下，我?！巴ㄐ旁怼闭n程被評(píng)為海軍院校第八屆優(yōu)秀課程二等獎(jiǎng)，“通信原理課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索”獲得院校級(jí)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)，“通信原理”課程獲學(xué)院首屆精品課程。該實(shí)驗(yàn)室也作為海軍航空大學(xué)全軍重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分室之一，所支撐的“通信與信息系統(tǒng)”為全軍和山東省重點(diǎn)學(xué)科。

4 結(jié)語

海軍航空大學(xué)通信原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，通過多年的建設(shè)與實(shí)踐，行成了完備的實(shí)驗(yàn)體系，為通信原理課程改革，以及為培養(yǎng)高素質(zhì)海軍通信專業(yè)軍官發(fā)揮了重要作用，取得了較好的實(shí)踐效果。但是通信專業(yè)的發(fā)展日新月異，部隊(duì)新的通信裝備和技術(shù)層出不窮，因此實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展必將是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，還需要持續(xù)地進(jìn)行投入和建設(shè)。

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