教學演示系統在通信技術教學中的應用

【摘要】通信技術課程理論教學中，由于課程內容繁多，涉及概念抽象，學生感到枯燥，對課程內容難以理解和掌握。針對該課程純理論和抽象的特點，設計了一個教學演示系統。使用該系統，可將教學過程中抽象的概念和系統進行實際演示，學生通過觀察和動手試驗，能夠更好掌握所學內容，提高學習的主動性和積極性。該演示系統拉近了理論教學和實踐教學的距離，將理論講解和實際應用緊密結合起來，加深了學生對理論知識的理解和應用方法的掌握，提高了課堂教學質量。

【關鍵詞】通信技術 教學演示系統 理論教學 實踐教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）39-0248-03

The application of teaching demonstration system in communication technology teaching Yang Jian.

（Department of Communication Engineering， Zhejiang Post and Telecommunication College， Shaoxing Zhejiang 312016， China ）

【Abstract】In communications technology course theory teaching， the course content is various， involving abstract concept， and the students feel boring， difficult to understand and grasp the course material. According to the characteristics of the course of pure theory and abstract， designed a teaching demonstration system. Using the system， can make actual demonstration about the abstract concepts and system， in the teaching process， students through the observation and practical experiment， can better grasp the learning content， and improve the learning initiative and enthusiasm. The demo system shortens the distance of theory teaching and practice teaching， combining theory explanation and practical application， deepen students' understanding of theoretical knowledge and mastering application method， to improve the quality of classroom teaching.

【Key words】Communication technology； Teaching demonstration system； Theory teaching； Practice teaching

一、通信技術課程教學的基本情況

通信技術課程是工科院校通信工程、電子信息工程等專業的專業基礎必修課程，同時也是非電類理工科專業的重要專業基礎選修課。該課程以通信中信號的分析轉換為基礎，介紹了從電話通信到數據通信，以及移動、微波、衛星通信的整個技術發展和其中的關鍵技術。是學生深入學習移動通信、傳輸接入、室內分布等專業課的先修課程。通信技術課程在整個通信專業課程體系中起著承上啟下的作用，為學生構建起一個整體的電信網絡。

我院的通信技術課程于2009年成為市級精品課程，是我校通信電源、通信線路、移動通信、計算機通信等專業的必修專業基礎課。它是一門抽象、理論性強的學科，涵蓋高等數學、信號與系統、電路等理論知識，其中有大量的原理、概念和公式。傳統的教學模式是采用板書及PPT課件的方法進行各類原理、系統的講解，給學生灌輸大量的概念，定理。學生只能通過識記、課后習題來理解鞏固教學內容，對其中大量的抽象性、應用性較強的內容掌握效果欠佳。學生普片反應學習該門課程概念抽象，對其中的基本理論和分析方法不能真正理解和掌握。

針對該門課程概念性強、抽象的特點，如果能在教學中，通過一個實際的演示系統，來進行演示和分析教學中的原理在實際中的應用，則能將抽象的概念實際化[1]。通過教學演示系統讓學生觀察實際的原理應用過程，來進一步學習消化所學的知識理論，將取得更好的教學效果。

二、教學演示系統的設計

本文設計的演示系統主要用于在通信技術理論教學中進行演示，通過課程分析和學生調研，重要而難以理解的通信基礎概念包括：音頻、脈沖編碼調制過程、串并行通信、光通信、硬切換、軟切換、接力切換等內容。

為了獲得更好的演示效果，需要充分應用聲光電等媒介，讓學生獲得更好的感知。例如在講解語音信號主要集中在4KHz左右[2]，學生對于該頻段的信號沒有直觀感受，則可以使用該系統產生一個實際的4KHz信號，通過蜂鳴器讓學生聽到該頻率的信號聲音特征。系統的整體設計框圖如圖1所示。

系統采用模塊化設計，接入不同的功能模塊，即可完成不同功能的演示操作。系統的主控制器模塊用于完成整個系統的控制與運算，處理器采用意法半導體新近推出的增強型8位STM8S[3]單片機。STM8S具有優越的性能，基于哈佛架構，采用CISC指令集，具有高達20MIPS的運行速度，而傳統51單片機最高運行速度只有1.33MIPS。STM8S具有豐富的外設，若干個16位、8位高級定時器、10位ADC、SPI、I2C接口等，充分應用這些資源，能夠設計出豐富的演示功能。按鍵輸入模塊用于各項功能參數信息的輸入，液晶顯示模塊（LCD）用于實時顯示演示信息，便于學生觀察演示效果。endprint

制作完成的主控系統及PCM[4]（脈沖編碼調制）演示模塊如圖2所示。

三、教學演示系統應用示例

在通信技術教學中遇到的第一個重要的難點原理即是PCM（脈沖編碼調制）的過程。PCM是將語音、圖像等模擬信號進行數字化的常用方法，由A. 里弗斯于1937年提出，用于數字系統中的信息處理。PCM的基本過程包括采樣、量化和編碼，處理過程如圖3所示。

采樣的目的為了獲取模擬信號的樣值。通過采樣，獲得離散化的模擬信號，為數字化處理提供基礎。

量化是將時間離散，幅度連續的采樣信號轉換為時間和幅度均離散的信號，經過該步驟，信號將由模擬信號轉換為數字信號。量化根據量化間隔是否相等可分為均勻量化和非均勻量化[5]，在本系統中使用均勻量化。

編碼是將量化后的信號進行編碼，形成數字系統可識別的二進制碼組。通過這三個步驟，即完成了模擬信號到數字信號的PCM轉換。

本文以PCM的演示過程來說明該系統在實際教學中的應用。

系統的PCM演示部分的模擬信號為通過主控單元產生一個10KHz，占空比為0%～45%的方波信號，用于驅動一個紅色指示燈（LED），電壓范圍為0V到1.5V進行持續變化。學生通過指示燈由暗變亮的過程可直觀感受到模擬信號的連續性特點。

采樣由主控板模數轉換（ADC）單元完成，系統可通過按鍵設置采集的樣點數量。量化、和編碼過程由系統運算完成，整個過程通過液晶屏進行同步顯示，便于學生觀察，實驗。

本系統PCM演示的參數為：

（1）采樣值范圍：（0.00～1.50），采樣精度：0.01

（2）量化值范圍：（0.0～1.5）， 量化間隔0.1

（3）編碼位數：4，編碼范圍：0000～1111

在主菜單選擇“PCM 演示”項后點擊ENTER鍵進入PCM演示子菜單，如圖4所示。

LCD第一行以高亮的方式顯示了當前所處的PCM階段，當前為采樣階段。通過按鍵可以設置采樣的點數，例如輸入“6”，采集6個樣值，按ENTER鍵確定，系統即進行樣值采集，并顯示在LCD上，如圖5所示。

圖5顯示了系統從紅色小燈處采集的6個模擬驅動電壓信號，完成了采樣的過程。按ENTER鍵進入PCM的量化階段，如圖6所示。

在量化階段，系統首先顯示出采樣階段的原始樣值，三秒鐘后，LCD上顯示出經系統運算過后的量化值，如圖7所示，通過圖6、圖7的對比，能夠很清晰地向學生說明量化的原理與目的，此處使用了0.1的量化間隔進行均勻量化。

按ENTER鍵進入PCM的編碼階段，如圖8所示。

圖8顯示了PCM編碼階段采用的參數，編碼范圍為0.0～1.5，編碼位數為4位，按ENTER鍵即可顯示出編碼結果，如圖9所示。圖9以上下行的方式進行展示，上行顯示的為量化值，在下行以高亮的方式顯示每一個量化值對應的編碼結果，以空格為間隔。

教師對以上步驟在課程中進行的演示講解，學生觀察并可實際動手操作。由電驅動燈的亮滅到將電壓值以PCM的方式進行采集處理，獲得最終的編碼值，將復雜原理形象化，學生可以清晰了解PCM原理在實際的運用過程，結合理論講解，可較好掌握PCM這一抽象概念。

以上以“PCM演示”功能為例，說明了該教學演示系統在實際通信技術教學中的應用。本文設計的演示系統已能夠對語音、PCM、串并行通信、切換進行演示，并將不斷完善，以期能夠滿足大多數常用原理概念的演示使用。

四、結束語

在通信技術這一理論課程教學中使用教學演示系統，對抽象、復雜的原理系統進行實際演示，可以讓學生直觀地觀察并實際動手操作運用這些晦澀的原理，幫助學生理解和領會這些抽象內容，有利于提高學生學習的興趣和積極性。本文設計的系統，使用方便，應用輸入按鍵和液晶顯示屏達到良好的人機交互效果。同時系統便攜性良好，便于教師在課堂教學中隨堂進行演示講解，從而有效提高課程的教學質量，拉近了理論教學與實際實驗教學的距離，達到改善教學效果的目的。

參考文獻：

[1] 關多嬌，李廷玉，宋樂忠，張哲. 融合理論教學和實驗教學的教學方法改革與實踐. 課程教育研究[J].2015，13：223.

[2] 梁曉輝，周權. 語音信號處理方法的可靠性研究. 電聲技術[J]. 2010.34（4）：9-10.

[3] 張俊賀，殳國華，李永鶴. 基于STM8S的直流無刷電機控制系統的設計. 實驗室研究與探索[J].2014.33（6）：123-124.

[4] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，吳成柯.通信原理[M].北京：國防工業出版社，2001：207-215

[5] 程國才，尹亞蘭，時統業. C語言實現模擬信源編碼最優量化的數值計算. 通信技術[J].2009.42（1）：288-289.

基金項目：浙江郵電職業技術學院課改項目（01.YB2015002）； 紹興市高等教育課堂教學改革研究項目（01.16.012）。

作者簡介：楊健（1988.02-），男，籍貫：福建將樂單位：浙江郵電職業技術學院，職稱：講師，學歷：碩士研究生，研究方向：通信技術，教學方法改革。endprint