通信原理課程實驗改革方法與實踐

帥捷　王秀清

摘 要：本文通過在通信原理課程中的探索與總結(jié)，提出了課程實驗環(huán)節(jié)改革的一些方法，將實驗按照驗證性、綜合性、創(chuàng)新性分層次進行設(shè)置。在實際教學(xué)過程中，學(xué)生能夠更好地掌握理論知識，同時提高了實踐能力和專業(yè)水平。

關(guān)鍵詞：通信原理;實驗;創(chuàng)新

通信原理課程是電子信息工程、通信工程等電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是專業(yè)主干課程之一，課程以數(shù)字通信技術(shù)為主，系統(tǒng)深入地介紹了現(xiàn)代通信技術(shù)的基本原理。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能較全面系統(tǒng)地了解和掌握通信系統(tǒng)的基本原理，包括模擬通信系統(tǒng)的基本知識、分析方法和噪聲性能分析，模擬信號數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)理論，數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、誤碼性能分析和差錯控制編碼方法等。較好地掌握課程涉及的知識，能夠為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和從事相關(guān)領(lǐng)域工作打下堅實基礎(chǔ)。

實驗環(huán)節(jié)是課程重要的組成部分，既能夠和理論授課相輔相成，加深學(xué)生對知識的理解，同時也與提高創(chuàng)新能力的社會發(fā)展需求相一致。學(xué)生在大學(xué)期間通過鍛煉提高自身的自學(xué)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，達到學(xué)以致用、理論與實踐相結(jié)合，將會對其之后在學(xué)術(shù)上的深造以及工作中的科研開發(fā)起到非常重要的引導(dǎo)和支撐意義。經(jīng)過不斷探索和總結(jié)，結(jié)合在通信原理課程中的教學(xué)經(jīng)驗和本校的教學(xué)實際，基于在實際教學(xué)過程中取得的良好效果，本文提出了一些通信原理課程實驗的改革思路。

一、實驗改革思路

傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課實驗往往以驗證性實驗為主，即實驗前教師對實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟等問題進行說明，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書中固定的步驟進行實驗并記錄數(shù)據(jù)，實驗內(nèi)容也基本只針對某個單一的知識點。驗證性實驗的意義在于強化了學(xué)生對知識點的理解，通過實際操作將抽象的知識具體化，有著不可替代的重要作用。但與此同時，這種實驗方式過于程式化，有些學(xué)生只是機械性地按步驟操作，并未真正理解每個實驗過程與理論知識的對應(yīng)關(guān)系。

因此，我們改善了實驗設(shè)置結(jié)構(gòu)，將其分為驗證性、綜合性和創(chuàng)新性實驗三個模塊，驗證性實驗加強學(xué)生對基礎(chǔ)概念的理解，綜合性實驗要求學(xué)生利用本課程現(xiàn)有的實驗平臺搭建出比較完整的通信系統(tǒng)，創(chuàng)新性實驗則不僅局限于本課程的實驗設(shè)備，使用與課程相關(guān)的其它課程實驗設(shè)備與課內(nèi)實驗設(shè)備互聯(lián)互通，建立更為宏觀的系統(tǒng)環(huán)境。從強化理論知識、提高實踐能力、拓展設(shè)計思維等多個角度提高學(xué)生的理論水平和創(chuàng)新能力。

二、實驗項目設(shè)置

（一）驗證性實驗部分

驗證性實驗內(nèi)容針對于具體的課程重難點知識點，實驗步驟的操作性相對較強，有利于幫助學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)知識，是實驗環(huán)節(jié)的重要組成部分。但以往驗證性實驗在實驗項目中占比很高，對學(xué)生綜合運用知識的能力鍛煉不足。在改革中我們對其進行了優(yōu)化精簡，分析了本課程的重難點以及與其它專業(yè)課的交叉連接，選取了課程中更具代表性的內(nèi)容，按照對應(yīng)知識點適用性廣泛、與前后知識關(guān)聯(lián)性大、知識難度大等標準，圍繞數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字帶通傳輸中的調(diào)制和解調(diào)過程等三個知識點設(shè)置了三個驗證性實驗。通過實驗過程，學(xué)生加深了對理論課中對應(yīng)知識的理解，熟悉了實驗箱各功能模塊、示波器等實驗設(shè)備的使用方法，更重要的是，為后續(xù)需要將課程內(nèi)知識綜合應(yīng)用的設(shè)計性實驗做好了基礎(chǔ)知識儲備。

（二）綜合性實驗部分

本課程實驗使用的實驗平臺是模塊化的實驗箱，在實驗箱底板上安插了可更換的功能模塊，包括DDS信號源、PCM編譯碼、數(shù)字調(diào)制、數(shù)字解調(diào)、信道編譯碼、時鐘同步等模塊，各模塊可根據(jù)實驗內(nèi)容靈活更換，這就為綜合性實驗的開展提供了有利條件。

在此部分設(shè)置了兩個實驗項目，分別是PCM傳輸系統(tǒng)和包括增量調(diào)制編譯碼、漢明編譯碼和PSK調(diào)制解調(diào)等過程的單工通信系統(tǒng)實驗，在實驗指導(dǎo)書中并未向?qū)W生提供具體的實驗步驟，只給出了需要搭建的系統(tǒng)框圖。實驗之前，學(xué)生首先需要理解框圖中各部分的作用，這就需要學(xué)生掌握課上所講的相關(guān)理論知識以及系統(tǒng)各部分之間關(guān)系，建立完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);之后，學(xué)生要分析實驗箱各模塊的連接方法，這就需要熟練掌握實驗平臺中各模塊的作用、各個鉚孔的定義及撥碼開關(guān)的設(shè)置方法等。這也從另一方面考察了學(xué)生對之前驗證性實驗的掌握情況，同時向?qū)W生提供實驗箱手冊以供查閱，學(xué)生可以對實驗箱內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)進行了解。在設(shè)計完成實驗以及查閱資料的過程中，既加深了學(xué)生對課程知識的理解和靈活應(yīng)用，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時也拓展了課程以外的知識領(lǐng)域。

（三）創(chuàng)新性實驗部分

除了使用本課程對應(yīng)的實驗平臺，在實驗過程中還設(shè)置了一個將通信原理實驗箱和物聯(lián)網(wǎng)實驗開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)的融合型創(chuàng)新實驗。信號源產(chǎn)生的信號首先在通信原理實驗平臺中完成模擬信號數(shù)字化、調(diào)制、編碼等基礎(chǔ)過程，再將其輸入到物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺，觀察信號在其中的應(yīng)用。

通信原理課程中的知識通常理論性較強、比較抽象、難度大，學(xué)生即使能較好地掌握理論知識，但對其在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用卻一知半解。而將在日常生活中應(yīng)用越來越廣泛的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如RFID射頻識別、無線信號收發(fā)等，與經(jīng)典理論技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，將抽象的知識與具體的應(yīng)用相融合，能夠幫助學(xué)生更為具體地理解專業(yè)技術(shù)知識，拓展學(xué)生的專業(yè)視野。

三、實驗改革效果

通過改革，實驗內(nèi)容的設(shè)置不再是彼此獨立的橫向關(guān)系，而是從簡到繁， 由易到難多層次設(shè)置， 讓學(xué)生經(jīng)歷了漸進式的認知，體驗到了實踐能力培養(yǎng)的全過程。在幫助學(xué)生掌握知識的同時，為其提供了充分的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作意識。

在綜合性和創(chuàng)新性實驗部分中，實驗方案更加靈活，學(xué)生可按不同的路徑實現(xiàn)相同的系統(tǒng)結(jié)果。在此過程中，學(xué)生需要深入了解實驗平臺的原理結(jié)構(gòu)，可對不同方案進行理論和性能上的對比，探索除了課程實驗所要達到的目的之外更深層次的問題。學(xué)生可以在此過程中增加知識儲備，培養(yǎng)更好的專業(yè)思維習(xí)慣，可以為參加各級設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計做好鋪墊，更重要的是建立了更為科學(xué)系統(tǒng)的專業(yè)視角。

課程實驗改革是提高學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要途徑，能夠使知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)拓展融為一體，同時也是積極配合教育部推進新工科建設(shè)的重要方式之一。本文是在通信原理課程教學(xué)過程中總結(jié)得到的實驗改革方案，在實際授課過程中收效良好，今后也將不斷完善，并將好的思路推廣到專業(yè)更多的領(lǐng)域當中。

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