《通信原理》實驗實踐教學(xué)的分層分類“3+3”模式*

馮良　白文樂　曹淑琴（北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100144）

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《通信原理》實驗實踐教學(xué)的分層分類“3+3”模式*

馮良白文樂曹淑琴
（北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100144）

摘要：文章對《通信原理》的實驗教學(xué)改革和實踐模式進(jìn)行了探討，提出了課程實驗教學(xué)分三層、實踐教學(xué)分三類的“3+3”培養(yǎng)模式。以學(xué)生為本，實施個性化教學(xué)，多層次、多形式培養(yǎng)學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：通信原理；實驗分層；實踐分類

Abstract:In this paper, "Principles of Communication" experiment teaching reform and practice modes are discussed, and a new training model of "3 + 3" is proposed that the experiment teaching is divided into three layers and practice teaching is divided into three categories. As the center of students in the process of teaching, teachers implement personal teaching for students, which cultivates the students using multi-level and multiform teaching method, and improves creative ability of students.

Keywords:principles of communication; stratification experiment; classification practice

一、概述

《通信原理》是高等院校通信、電子、信息類等學(xué)科必修的專業(yè)課程，主要介紹通信系統(tǒng)和通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識。作為一個實際系統(tǒng)，本專業(yè)是為了滿足社會與個人的需求而設(shè)置的，目的是傳送消息，包括數(shù)據(jù)、語音和圖像等。通信技術(shù)已有了長足的發(fā)展，特別是近30年來形成了通信原理的主要理論體系，包括信息論基礎(chǔ)、編碼理論、調(diào)制與解調(diào)理論、同步和信道復(fù)用等。本課程教學(xué)的重點是介紹數(shù)字通信系統(tǒng)中各種通信信號的產(chǎn)生、傳輸和解調(diào)的基本理論和方法，使學(xué)生掌握和熟悉通信系統(tǒng)的基本理論和分析方法，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)，因此在學(xué)生的本專業(yè)其他相關(guān)課程學(xué)習(xí)中是極為重要的基礎(chǔ)性課程。然而由于該課程知識覆蓋面廣，內(nèi)容抽象，公式復(fù)雜，對工程數(shù)學(xué)的要求較高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的難度偏大，學(xué)習(xí)興趣不高，甚至有了畏難情緒。

通信原理的實驗教學(xué)是通信原理課程教學(xué)的重要組成部分，通過實驗有助于學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對基本理論知識和基本概念的理解，并且提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力。

為此，文章對通信原理的實驗教學(xué)進(jìn)行了初步探討，針對培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的相關(guān)要求，構(gòu)建了“3+3”的實驗分層、實踐分類教學(xué)模式，即3個層次的實驗教學(xué)內(nèi)容和3種類型的實踐分類形式。3個層次是將實驗內(nèi)容設(shè)為驗證性、設(shè)計性、綜合性三個層次；3種類型是將實踐形式分為課內(nèi)認(rèn)知實踐、課外創(chuàng)新實踐、企業(yè)工程實踐三種類型。

二、實驗教學(xué)內(nèi)容改革

針對當(dāng)前所面臨的問題，實驗教學(xué)內(nèi)容的改革已迫在眉睫。對實驗教學(xué)內(nèi)容的改革以學(xué)生為本，實施個性化教學(xué)，將實驗內(nèi)容分為了驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗三個層次，在難度上循序漸進(jìn)，逐級提高。驗證性實驗是學(xué)生通過實驗來驗證在課堂上所學(xué)的知識點，達(dá)到鞏固課內(nèi)知識的目的；設(shè)計性實驗是在驗證性實驗的基礎(chǔ)上增加提高性內(nèi)容的實驗，以實現(xiàn)通過已知知識的學(xué)習(xí)解決新的問題，舉一反三；綜合性實驗是由多個知識點綜合構(gòu)成的系統(tǒng)性實驗，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的動手能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)的工作或進(jìn)行更深層次的科研工作奠定良好的基礎(chǔ)。

文章以“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)”實驗為例，介紹三種層次的實驗如何開展，以期對相關(guān)教學(xué)有所助益。

（一）驗證性實驗

驗證實試驗是通過實驗來驗證對研究對象形成的一種認(rèn)識，強(qiáng)調(diào)通過演示來證明科學(xué)的知識內(nèi)容。驗證性實驗內(nèi)容是能夠在現(xiàn)有的實驗設(shè)備上觀察2FSK、2ASK、2PSK三種調(diào)制信號的波形特點，以及了解調(diào)制、解調(diào)過程中的中間信號特點，從而理解調(diào)制與解調(diào)原理。目前我校使用華中科技大學(xué)的TX-6通信原理實驗箱，該實驗箱平臺是通信原理課程的傳統(tǒng)實驗方式，信源模塊、調(diào)制模塊、同步模塊、解調(diào)模塊各部分電路已經(jīng)搭建好，學(xué)生通過實驗可以達(dá)到以下目的：

1.結(jié)合課堂教學(xué)，觀察實驗結(jié)果，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析，鞏固課堂所學(xué)的理論知識；

2.掌握基本測試儀器的使用，如直流穩(wěn)壓電源、雙蹤示波器、信號源、萬用表等。

3.為進(jìn)行下一步的設(shè)計性實驗打下堅實的基礎(chǔ)。

驗證性實驗通常采用的是“告知——驗證——運(yùn)用”的教學(xué)模式，學(xué)生可以通過自己做實驗來驗證自己已經(jīng)掌握的科學(xué)原理，可以說這種形式是十分固定化的。

（二）設(shè)計性實驗

設(shè)計性實驗內(nèi)容是能夠設(shè)計出FSK、ASK、PSK三種信號的調(diào)制方法和解調(diào)方法，這就要求學(xué)生對理論知識有更高的理解。設(shè)計性實驗可在Simulink平臺上進(jìn)行。Simulink是MATLAB仿真軟件中的一種可視化仿真平臺，提供系統(tǒng)建模、仿真、綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中采用模塊化方式，允許用戶使用模塊框圖來搭建系統(tǒng)，并能直接明了的看到仿真結(jié)果。通過設(shè)計性實驗，學(xué)生既能加深對知識的理解又能提高編程的能力，對課內(nèi)知識如何在實際問題中得到運(yùn)用有了更為深刻的認(rèn)識。

（三）綜合性實驗

近年來，許多高校都開始重視培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新能力和思維能力，尤其是理科類的高校，更應(yīng)該注重這幾方面的培養(yǎng)。對于《通信原理》實驗來說，綜合性實驗內(nèi)容是能夠?qū)SK、ASK、PSK的調(diào)制與解調(diào)在軟件或硬件平臺上實現(xiàn)。綜合性實驗同樣可在Simulink平臺上進(jìn)行，也可在嵌入式平臺上實現(xiàn)。

完成綜合性實驗，學(xué)生必須在充分掌握理論知識的基礎(chǔ)上編寫程序，進(jìn)行仿真或者調(diào)試電路。不同于驗證性實驗，學(xué)生只需要按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗，綜合性實驗要求學(xué)生對軟硬件平臺也要比較熟悉。這將大大調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動性，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行思考，綜合運(yùn)用所學(xué)方法及創(chuàng)新方法提高學(xué)生的實踐動手能力。

三、實踐教學(xué)類型探討

實踐教學(xué)類型根據(jù)側(cè)重點的不同分為課內(nèi)認(rèn)知實踐、課外創(chuàng)新實踐、企業(yè)工程實踐三種類型。課內(nèi)認(rèn)知實踐側(cè)重基本知識的理解；課外創(chuàng)新實踐側(cè)重理論知識的應(yīng)用；企業(yè)工程實踐側(cè)重學(xué)生工作能力的鍛煉。

（一）課內(nèi)認(rèn)知實踐

課內(nèi)認(rèn)知實踐包括通信原理課內(nèi)實驗和課外開放實驗，根據(jù)培養(yǎng)方案，設(shè)置具體的學(xué)時和學(xué)分要求，要求所有學(xué)生都能夠完成。目的在于加深學(xué)生對基本理論知識的理解。

我校通信原理課程的課內(nèi)實驗根據(jù)教學(xué)大綱的要求為16學(xué)時，包括了AMI和HDB3編解碼、PCM編譯碼、FSK、ASK、PSK調(diào)制與解調(diào)、鎖相環(huán)、載波同步等；開放實驗一般設(shè)為32學(xué)時，由專業(yè)老師每學(xué)期開學(xué)前設(shè)定好實驗內(nèi)容和選課人數(shù)，學(xué)生自由選擇，通過開放實驗，學(xué)生最后以提交研究報告或者發(fā)表論文等形式獲得1學(xué)分。

（二）課外創(chuàng)新實踐

在長時間的對高素質(zhì)的人才培養(yǎng)的過程中，許多高校都認(rèn)識到了課外創(chuàng)新實踐教育的重要作用。目前，創(chuàng)新型實踐已經(jīng)成為我校人才培養(yǎng)工作的獨(dú)特思路并且取得了良好的效果。課外創(chuàng)新實踐依托我校大學(xué)生科技活動和大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)兩個項目。一般由3-6名同學(xué)為一組，每人負(fù)責(zé)某一方面，在專業(yè)老師輔導(dǎo)下，在1-2學(xué)期內(nèi)完成一個系統(tǒng)性的項目，目的在于提高學(xué)生創(chuàng)新研究能力，實踐動手能力。

由于每年項目數(shù)量的限制，該類實踐不能保證所有學(xué)生都能參與，課外創(chuàng)新實踐適合理論基礎(chǔ)好，動手能力強(qiáng)，在專業(yè)學(xué)習(xí)上有更高要求的學(xué)生。

（三）企業(yè)工程實踐

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，高校培養(yǎng)的人才遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的要求，針對這個問題，越來越多的而高校都在重視企業(yè)工程實踐。企業(yè)工程實踐是人才培養(yǎng)模式中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐操作能力的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)工程實踐面向所有學(xué)生，包括企業(yè)實訓(xùn)和通信工程競賽等，通過去通信相關(guān)企業(yè)參觀、實習(xí)，參加通信工程競賽，讓學(xué)生接觸到通信專業(yè)的最新技術(shù)，提高理論理解能力和工程實踐能力，有助于學(xué)生的就業(yè)與深造。

目前我校通信工程專業(yè)與中興、華為、大唐、中國移動、訊方通信等企業(yè)均有合作，實驗室配備有程控交換設(shè)備、光傳輸設(shè)備、軟交換設(shè)備、3G/4G設(shè)備；通信工程專業(yè)還與大唐集團(tuán)聯(lián)合組織了北京市移動通信工程技術(shù)大賽。

四、結(jié)束語

文章針對通信原理的課程性質(zhì)，對實驗教學(xué)模式進(jìn)行了探討，提出了實驗分層、實踐分類的“3+3”培養(yǎng)模式。通過實驗、實踐改革，已經(jīng)取得了一些顯著的成果：近年來開設(shè)了“數(shù)字基帶編碼與解碼”、“數(shù)字調(diào)制與解調(diào)”、“數(shù)字濾波器設(shè)計”等開放實驗；完成了“數(shù)字信號發(fā)生器設(shè)計”、“基于FPGA的通信原理實驗平臺”、“基于Simulink的通信原理實驗平臺”等大學(xué)生科技活動項目，并且在2015年“大唐杯”移動通信工程技術(shù)大賽中獲得優(yōu)異成績，獲獎優(yōu)秀學(xué)生直接與企業(yè)簽約。

通過實驗與實踐改革，不僅使學(xué)生深刻理解通信原理的理論知識，為通信原理的課程學(xué)習(xí)起到了很好的輔助作用，還鍛煉了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力，為培養(yǎng)本專業(yè)合格人才起到了很好的作用。

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作者簡介：馮良（1980-），男，漢，河北衡水人，碩士，北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院實驗師，研究方向：無線通信及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。白文樂（1967-），男，漢，山西運(yùn)城人，博士，北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院主任、副教授，研究方向：無線通信及移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。曹淑琴（1963-），女，漢，遼寧大連人，碩士，北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院副院長、副教授，研究方向：電子信息技術(shù)及應(yīng)用。

*基金項目：教育部高等學(xué)校電子信息類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會2015年度“重大、熱點、難點問題”研究課題（項目編號：2015-Z1）；北京市教育教學(xué)改革立項項目（項目編號：2014-ms146）；2015北京市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃年度立項一般課題（項目編號：DDB15181）；2015北方工業(yè)大學(xué)課程與專業(yè)建設(shè)項目（項目編號：XN001）；2015北方工業(yè)大學(xué)通信工廠創(chuàng)新實踐基地項目（項目編號：XN009）；2015北京高校電子信息類專業(yè)群建設(shè)項目（項目編號：PXM2015_014212_000017）。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）09-0011-02