《通信原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革再探

楊光 黃力群

摘要：針對(duì)目前通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠靈活等不足問題，通過引入Quartus II軟件仿真和FPGA硬件下載，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅采用單一的硬件驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)所存在的弊端，使理論性強(qiáng)的原理和公式直觀化。教學(xué)實(shí)踐表明：該教學(xué)方法不僅能夠很好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提升了教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也大大提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和理論學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：通信原理;Quartus II仿真;FPGA硬件;實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2018）24-0225-01

通信原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要從以下四個(gè)方而進(jìn)行改革：

一、精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

《通信原理》課程是通信領(lǐng)域中的一門基礎(chǔ)課程，而通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是日新月異，因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇就顯得尤為重要，既要注重基礎(chǔ)知識(shí)，又要跟蹤最新技術(shù)，同時(shí)還要能夠提高學(xué)生動(dòng)手能力。依上述原則，在內(nèi)容設(shè)置上主要采取了以下措施：

通信原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容分為兩大類：驗(yàn)證型和設(shè)計(jì)型。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握：設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是讓學(xué)生在已有的知識(shí)水平的基礎(chǔ)上結(jié)合最新技術(shù)，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)基于FPGA芯片，采用微機(jī)仿真和硬件相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程如下：

首先在Quartus II平臺(tái)上用電路原理圖或硬件描述語言設(shè)計(jì)單元電路，然后編譯仿真，驗(yàn)證電路的邏輯正確性，最后將電路用Altera的JTAG下載電纜下載到FPGA芯片，通過數(shù)字示波器測(cè)試設(shè)計(jì)的結(jié)果。仿真設(shè)計(jì)拓展了學(xué)生思維，發(fā)揮了學(xué)生創(chuàng)新能力：通過硬件實(shí)驗(yàn)箱測(cè)試既直觀又培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)每個(gè)模塊電路性能，信號(hào)波形有了初步的認(rèn)識(shí)，有助于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)電路的制作。那么利用FPGA設(shè)計(jì)平臺(tái)，自主發(fā)揮，設(shè)計(jì)和制作單元實(shí)驗(yàn)電路，就有助于鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。這主要安排在課外時(shí)間完成，學(xué)生需要到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)收。做FPGA電路時(shí)，規(guī)定有統(tǒng)一的接口，便于將自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路與綜合性實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)連接起來。實(shí)驗(yàn)有可能失敗，若失敗就要去分析問題的原因，尋找解決問題的辦法，這一過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力。接著做綜合性實(shí)驗(yàn)。再接著做系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，完成模塊之間的正確連接和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)局部或系統(tǒng)的功能。綜合性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)知識(shí)的綜合運(yùn)用，要求學(xué)生將信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼、復(fù)用解復(fù)用、信源、信道、濾波等多個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)合在一起，進(jìn)行組合，自主構(gòu)造一個(gè)基本的通信系統(tǒng)。這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以實(shí)驗(yàn)箱、仿真實(shí)驗(yàn)或虛擬實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，有利于提高學(xué)生的綜合能力，對(duì)于這部分實(shí)驗(yàn)，教師給出實(shí)驗(yàn)選題并提供指導(dǎo)。

二、漸進(jìn)式引導(dǎo)教學(xué)法

教學(xué)中師生之間、學(xué)生之間互動(dòng)討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與性，尤其在設(shè)計(jì)與綜合實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案、方法等，增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，活躍學(xué)生思維與參與意識(shí)，提高學(xué)生的溝通與表現(xiàn)能力。同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生提供一個(gè)填平補(bǔ)齊的機(jī)會(huì)。在實(shí)驗(yàn)方法中推行‘漸進(jìn)式，自主式，探索式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，擺脫了過去那種注入式、填鴨式、學(xué)生完全處于被動(dòng)的舊體系，實(shí)驗(yàn)效果明顯。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)取得效果后，感到有成就感。學(xué)生每次做實(shí)驗(yàn)顯得積極主動(dòng)，遇到困難后，他們千方百計(jì)想辦法去解決問題，形成理論一實(shí)驗(yàn)一再理論一再實(shí)驗(yàn)的良性循環(huán)。

三、要求學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課前寫預(yù)習(xí)報(bào)告

對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告，要求學(xué)生在認(rèn)真閱讀和仔細(xì)推敲實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后寫清實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理，列出實(shí)驗(yàn)儀器，儀表清單。最好自主擬定實(shí)驗(yàn)步驟，不局限于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的步驟，畫出填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格，設(shè)想實(shí)驗(yàn)結(jié)果和估計(jì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，擬定出決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵點(diǎn)和應(yīng)該注意的問題，初步回答附在實(shí)驗(yàn)后的思考問題，能對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)方案以及步驟提出大膽的質(zhì)疑。

對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告，關(guān)鍵是要求學(xué)生仔細(xì)審題后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;畫出必要的原理圖，開出實(shí)驗(yàn)儀器、儀表和實(shí)驗(yàn)材料清單。擬定出實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。

如果每個(gè)學(xué)生都能按上述要求寫好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，就能起到提高實(shí)驗(yàn)課效率;加深對(duì)理論課內(nèi)容的理解;提高做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性;鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力;培養(yǎng)學(xué)生的探索和研究能力;搭建學(xué)生實(shí)施創(chuàng)新思維的平臺(tái)等重要作用。

四、建立開放實(shí)驗(yàn)室

實(shí)踐證明，開放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了發(fā)揮主觀能動(dòng)性、主動(dòng)展開實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。對(duì)學(xué)生的自我約束力、責(zé)任心、合作精神以及管理能力也是一種培養(yǎng)和鍛煉。吸收學(xué)生參加科研和實(shí)驗(yàn)改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

對(duì)于那些求知欲強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)興趣濃、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，老師歡迎他們到實(shí)驗(yàn)室來做自己愛好的項(xiàng)目。老師給學(xué)生安排實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排，自行到開放實(shí)驗(yàn)室來完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)以綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主。這是一種培養(yǎng)學(xué)生綜合把握和運(yùn)用學(xué)科知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力的實(shí)踐教學(xué)形式，同時(shí)可以進(jìn)一步的發(fā)展多元智能理論中自我認(rèn)識(shí)、人際交往和自然探索等深層次智能。