軟硬件結合的《通信原理》實驗教學設計

摘要：通信類、電子信息類專業培養的人才以實踐動手能力強的應用型人才為目標。《通信原理》課程作為該類專業的專業基礎課，其課程起到承上啟下的作用。但本課程理論復雜、邏輯性強、課程抽象，使得該課程的教與學都存在一定的困難，如學生難以激發學習激情，教師為某一理論而花費大量的時間和口舌，但效果卻不盡如人意。因此，本文提出了以軟硬件結合的實驗教學作為課程學習的重要輔助手段，可高效地精簡教師的教學過程，提高學生的學習興趣，培養高素質應用型人才。

關鍵詞：通信原理;硬件實驗;軟件實驗

中圖分類號：G420 ? 文獻標識碼：J ? 論文編號：1674-2117（2015）06-0085-03

● 引言

《通信原理》課程是高等院校通信工程專業及電子信息類專業本科生的一門必修專業基礎課，是一門由基礎課過渡到專業課、工程性和綜合性都很強的主干課程。其前續課程有概率論與隨機過程、信號與系統、通信電路等，這些課程具有理論復雜、概念抽象、邏輯性強等特點，學生在學習的時候往往會感到力不從心，很難產生學習興趣。而該課程的后續課程有移動通信、無線通信、通信網等專業課，這些專業課學習的好壞直接影響著學生的就業和專業前途。由此可見，《通信原理》課程在通信和電子信息工程專業中占有非常重要的地位。因該課程涉及的課程多、涵蓋內容廣，故《通信原理》課程的教學包含了理論和實驗兩個環節。為了讓學生喜歡并更好地學習這門課程，掌握現代通信理論和通信工程技能、并重視實驗，教師在實驗內容、實驗方法和實驗手段上進行因材施教是十分必要的。

● 《通信原理》教學實驗內容設計

目前，我校信息類課程在傳承經典內容基礎上，注意掌握信息技術發展的動向，不斷吸收新理論和新技術。以“課程群”為核心，建設完善信息類課程體系和實驗體系，以開拓、創新的精神進行教學改革，創建精品課程。通過全體教師的教學探索和大膽改革，我校信息類課程的教學質量有了很大程度的提高量。

雖然我們進行了各種教學改革嘗試，也取得了一定的成效，但在培養學生動手能力方面還需進一步加強。《通信原理》的教學目標是運用理論課學習的原理、結論和方法設計實際的通信工程項目。要達到這一目標，設計一些貼近理論又有趣味性的實實在在的小實驗，讓學生充分沉浸于實驗的情境中，運用各種實驗技巧，進行實驗操作，得出實驗數據和結論，是培養學生成為積極主動學習者的關鍵之路。

1.《通信原理》教學體系建設

我校的辦學定位為“教學研究型”，學院的人才培養目標是“培養信息工程領域具有較深理論基礎、較寬適應范圍，以工程實踐能力強為特色的創新型應用人才”。

為達到我校人才培養目標，培養學生扎實的理論基礎、突出的分析問題和解決問題的能力，使學生成為創新型和應用型專業人才，經過課程組成員的深入討論和研究，一致認為在進行教學實驗設計的時候應該突出前續課程的承接性和后續課程的延續性，因此，一個連貫有序的課程教學體系是基礎和關鍵。上頁圖1為我們目前《通信原理》課程群建構的課程體系。

圖1的課程體系是按照教學順序縱向安排的，理論知識也是按照課程之間的邏輯關系分為先后學習的，這樣的安排，有利于學生循序漸進地掌握課程體系的知識，以及掌握課程（知識點）之間的銜接關系，從而激發學生求知的欲望，建立通信領域的知識（技術）體系，并能夠綜合運用相關知識解決問題。

2.《通信原理》教學內容設計

《通信原理》的教學從通信系統的通信目的出發，以各種調制技術的分析為主線，緊緊圍繞通信系統的有效性和可靠性這對矛盾進行闡述，通過對比各種基本通信系統的性能指標進行比較和評價。因此，在教學內容的設計上，教師應精選典型通信系統模型，逐層打開通信原理技術要領，讓學生在一種真實的學習意境中領悟知識精髓。基于此，教學內容的設計必須能與實驗教學相得益彰，教師不僅要講清講透通信理論的基本知識點，更要將教學內容搬進實驗室，充分利用軟硬件實驗條件，將教學內容移植于實驗教學當中去。如圖2所示，即為我們課程組設計的基于軟硬件實驗的《通信原理》教學內容。從圖2可以看出，我們設計的教學內容能夠提供充分的實驗理論依據，可實現實驗教學與理論教學的并行開展。

3.《通信原理》軟硬件實驗設計

實驗作為教學的有效輔助手段，在《通信原理》課程學習中已經發揮出越來越明顯的效果，因此充分利用實驗條件，采用軟件建模仿真或編程與硬件實驗相結合的方式，可有效發揮實驗教學的能效，提高教學效率。

（1）硬件實驗設計

《通信原理》的硬件實驗，我校目前使用的是武漢重友科技有限公司開發的某款實驗箱。該實驗箱采用模塊化設計，包括信號源、編譯碼單元、調制單元、解調單元、位同步單元、幀同步單元、載波同步單元、數字終端等，涵蓋的教學內容包括信源編碼技術、數字基帶通信技術、數字帶通通信技術以及同步和復用技術。在實驗當中，可根據實驗內容自由組合，利用示波器和頻譜儀測試實驗數據，驗證不同的通信理論。根據教學內容，本課程開設了數字基帶信號、數字調制、數字解調、數字基帶傳輸系統、PCM編譯碼、時分復用通信系統、位同步、載波同步和幀同步實驗。硬件實驗箱平臺全部采用模塊化結構，各個模塊既能完成整個通信系統中對應單元部分實驗，又能由學生用單元模塊構建一個完整通信系統進行系統實驗，有助于學生理解通信系統中各要素的作用。但硬件實驗箱的弊端就是只能進行理論驗證，無法進行綜合性實驗，尤其是二次開發，不利于學生對通信新技術和工程實現進行全面了解。

（2）軟件實驗設計

目前，在《通信原理》的教學中，常用的教學軟件就是MATLAB，利用MATLAB軟件強大的圖形功能和良好的人機交互窗口，學生可以自如地進行建模仿真和程序編寫。本課程中的很多知識點都可以通過MATLAB進行仿真。上頁表列出了對應教學內容的軟件實驗。圖3展示了其中的部分實驗運行界面。

從圖3可以看出，通過程序運行仿真，可將抽象問題形象化，復雜問題簡單化，讓枯燥的理論生動具體立體化，從運行的圖形（波形）界面中進一步理解和掌握知識。通過軟件實驗，可簡化教學環節，讓冗長的教學變得簡練，提高教學效率。

● 結束語

通過一學年的實驗教學改革試點教學，基于軟硬件實驗為主要輔助手段的《通信原理》教學，有效地解決了理論教學和實踐教學相脫節的現象，充分地調動了學生的學習自主性，在獨立完成實驗任務的過程中，每位學生的創新能力和解決問題的能力都得到了不同程度的鍛煉和提高，同時也大大縮減了教學時間，提高了教師的教學時效。

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