通信系統(tǒng)原理綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與探索

李麗　余群

摘要：目前，通信技術(shù)發(fā)展日新月異，通信技術(shù)領(lǐng)域?qū)夹g(shù)人才的要求越來(lái)越高。為了在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，以滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)信息科學(xué)技術(shù)人才的要求及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)課程中的綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法和教學(xué)手段做出一些改革。綜合性實(shí)驗(yàn)不再采用實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成，而是采用軟件仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)，這不僅可以使學(xué)生實(shí)現(xiàn)所學(xué)理論知識(shí)的融會(huì)貫通，而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，提高他們解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；教學(xué)改革；通信系統(tǒng)原理；創(chuàng)新能力；綜合性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）31-0087-02

一、引言

現(xiàn)代通信技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)有很大的不同，它不再以郵政、電報(bào)、電話技術(shù)為支柱，而是以微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)和通信衛(wèi)星技術(shù)為支柱。其中，微電子技術(shù)是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代通信的核心，光纖通信和衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的主要手段。隨著這些技術(shù)的快速變化，通信系統(tǒng)的復(fù)雜程度也在快速地增長(zhǎng)，這就大量地需求具備高級(jí)通信理論知識(shí)和技術(shù)的科技人才。在大學(xué)期間如何讓通信專業(yè)的學(xué)生更好地掌握現(xiàn)代數(shù)字通信中的現(xiàn)代通信理論，尤其是以調(diào)制解調(diào)技術(shù)和通信信道的性能分析為代表的新技術(shù)及其應(yīng)用能力，使他們畢業(yè)后能成為通信技術(shù)領(lǐng)域中的中流砥柱，這是通信專業(yè)實(shí)踐教學(xué)所面臨的緊迫任務(wù)。根據(jù)學(xué)校實(shí)際教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購(gòu)買速度往入跟不上通信技術(shù)的發(fā)展和更新速度，如果仍然采取實(shí)驗(yàn)箱這種硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)做通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，一方面實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)箱數(shù)量不夠，很難保證每人一臺(tái)，購(gòu)買新的實(shí)驗(yàn)箱需要申報(bào)，申報(bào)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；另一方面，實(shí)驗(yàn)箱損壞嚴(yán)重，維修跟不上損壞的速度，學(xué)生無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，行之有效的一個(gè)方法就是，采用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)做綜合實(shí)驗(yàn)。學(xué)生首先要通過(guò)仿真軟件來(lái)建立通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并將?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谟?jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算處理功能和軟件的交互功能，完成對(duì)通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)，還可以根據(jù)教師需求任意修改參數(shù)以及性能優(yōu)化與評(píng)估測(cè)試。采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)仿真來(lái)做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新更容易。

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的簡(jiǎn)便和交互特性，使其成為今后人們重視和大力發(fā)展的技術(shù)。

二、教學(xué)中存在的問(wèn)題

以前，綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成，需要用到各種模塊，而實(shí)驗(yàn)箱配備的實(shí)驗(yàn)?zāi)K有些沒有，有的不夠，無(wú)法給學(xué)生提供更大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。而且，由于各個(gè)模塊間要用導(dǎo)線來(lái)連接，信號(hào)源由信號(hào)源模塊產(chǎn)生信號(hào)，每個(gè)工作結(jié)點(diǎn)用示波器觀察波形，能否得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖形要依靠實(shí)驗(yàn)箱的性能。實(shí)驗(yàn)箱由于使用的學(xué)生較多，損壞情況比較嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致無(wú)法得出正確的結(jié)果，有時(shí)學(xué)生做了半天得不出結(jié)果，最后發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)箱的原因，極大地影響了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成。另外，由于實(shí)驗(yàn)箱模塊提供的是固定參數(shù)，學(xué)生無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖進(jìn)行逐點(diǎn)的波形分析和參數(shù)的修改，實(shí)驗(yàn)效果不是很理想。而且，學(xué)生面對(duì)復(fù)雜的電路模塊難以從系統(tǒng)的觀點(diǎn)去分析每一點(diǎn)波形關(guān)系，更談不上如何創(chuàng)新。采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生可以自由選擇自己熟悉的仿真軟件，建立操作性強(qiáng)的人機(jī)交互界面，通過(guò)靈活調(diào)節(jié)各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，更好地理解通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)原理和過(guò)程，降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本，節(jié)省經(jīng)費(fèi)。

三、教學(xué)改革探索

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

通信系統(tǒng)原理綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)時(shí)數(shù)是4學(xué)時(shí)，它要求學(xué)生完成建立一個(gè)完整的頻帶傳輸系統(tǒng)，目的是幫助學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)有一個(gè)比較完整的框架體系結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)，有利于對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合和提高。該實(shí)驗(yàn)包含的內(nèi)容很多，里面涉及模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)知識(shí)。如何在學(xué)時(shí)有限的情況下，全面掌握通信系統(tǒng)，這是學(xué)生所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

以前采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱來(lái)做，有些學(xué)生連續(xù)兩節(jié)課也做不完，調(diào)試過(guò)程中線太多，找不到問(wèn)題。而且，由于實(shí)驗(yàn)箱的臺(tái)數(shù)限制，兩位同學(xué)一組，有些同學(xué)會(huì)有依賴心理，自己不動(dòng)手，而是依賴同組同學(xué)來(lái)完成，達(dá)不到我們要求的教學(xué)效果?，F(xiàn)在，采用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)做該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就有充足的時(shí)間來(lái)完成，如果上課時(shí)間完成不了，可以回家繼續(xù)完成。而且，要求每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)不一樣，這使學(xué)生掌握的理論知識(shí)有了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)支持。

在仿真軟件選擇方面，學(xué)生可以選擇MATLAB編程語(yǔ)言，但不能只有簡(jiǎn)單的編程，還要有人機(jī)交互界面和數(shù)據(jù)修改界面。學(xué)生也可選擇實(shí)驗(yàn)室新進(jìn)的軟件無(wú)線電設(shè)備NI-USRP，它采用的是LabVIEW編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)LabVIEW軟件與無(wú)線電設(shè)備硬件的配合使用，程序上利用NI-USRP驅(qū)動(dòng)程序打開會(huì)話通道，發(fā)送和接收正確數(shù)據(jù)。

在仿真設(shè)計(jì)的主界面中，用戶需要輸入U(xiǎn)SRP配置參數(shù)，發(fā)射器中的示波器將顯示源信號(hào)波形，而接收器中的示波器將顯示接收信號(hào)波形。

（二）教學(xué)手段的改革

通信系統(tǒng)原理的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要采用計(jì)算機(jī)軟件仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，改變采用實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。采用軟件仿真做綜合性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不僅提高了學(xué)生計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力，也提高了學(xué)生的編程能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力，使學(xué)生能更好地掌握通信系統(tǒng)原理的組成。

1.教學(xué)方式的改革：教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師在上課前指導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行理論知識(shí)的復(fù)習(xí)，將綜合性實(shí)驗(yàn)所采用的理論知識(shí)做一下梳理，然后要求學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和仿真工具；學(xué)生根據(jù)自己所選的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和仿真工具進(jìn)行通信系統(tǒng)原理框圖的搭建，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析原理框圖中每一點(diǎn)的波形及各個(gè)點(diǎn)間的關(guān)系，同時(shí)要求可以靈活設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，分析不同參數(shù)為何會(huì)有不同的結(jié)果，最后進(jìn)行分析總結(jié)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.仿真軟件的選擇：學(xué)生可以選擇自己熟悉的仿真軟件，如MATLAB或LABVIEW等，適應(yīng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，滿足社會(huì)對(duì)這方面人才的需求。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)：采用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)做實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程操作。它克服了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的不足，使學(xué)生可以在任何地方上實(shí)驗(yàn)課，從而更主動(dòng)地去做實(shí)驗(yàn)，而不是簡(jiǎn)單照抄，提高了教師教學(xué)效果。

4.考核方式：采用提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參數(shù)修改和實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)，不只是采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式，這樣可以避免學(xué)生的抄襲行為，從而做到真正的公平公正，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真地做實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今，信息通信技術(shù)應(yīng)用在不同領(lǐng)域，尤其是機(jī)器與機(jī)器通信、數(shù)據(jù)管理、數(shù)字服務(wù)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)和通信安全等，畢業(yè)生要想在這些行業(yè)有一席之地，我們的教學(xué)總目標(biāo)就應(yīng)該設(shè)定為讓學(xué)生能夠真正學(xué)到知識(shí)，成為這些行業(yè)所需的高級(jí)工程技術(shù)人才。因此，教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中要不斷地根據(jù)實(shí)際情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法做一些修改，這樣才能提高學(xué)生的問(wèn)題分析能力、問(wèn)題解決的能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，對(duì)通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行一些修改和探索，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的反饋也比較好，取得了一定成效。但是，課程教學(xué)改革需要長(zhǎng)期不懈的堅(jiān)持，所做的探索正處在實(shí)踐階段，還有不完善的地方，需要在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷地加以學(xué)習(xí)、總結(jié)和完善。

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