通信專業(yè)實驗體系建設與實踐探索

劉云飛+田華明+黃子革+王鼎

摘要：實驗教學是高等學校教學的重要組成部分，對學員綜合能力培養(yǎng)有重要作用。海軍航空大學在構建通信專業(yè)綜合實驗體系、精選實驗內容、加強開放管理和革新教學方法等方面進行了積極探索。通過大膽實踐，豐富了多層次實驗新內容，形成了全面開放的新模式，探索出一條創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新途徑。

關鍵詞：通信專業(yè)；實驗體系；虛實結合；實驗教學

0引言

通信專業(yè)是很多高等院校開設的一門重要專業(yè)，實驗教學是通信專業(yè)不可或缺的重要組成部分。通信專業(yè)一般要開設的《通信原理》、《通信系統(tǒng)》等課程，都需要理論與實踐相結合。通過實踐，加深對理論的理解，培養(yǎng)學員分析解決問題的能力，嚴謹細致的作風，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才和加強學科專業(yè)建設的重要途徑。如何更好地發(fā)揮實驗教學的作用，需要構建完善合理的實驗體系，以實現(xiàn)實驗室建設發(fā)展與培養(yǎng)創(chuàng)新人才相結合。海軍航空大學經過多年的研究建設，在通信專業(yè)實驗體系建設方面取得了較好的效果。

1構建綜合實驗體系

通信專業(yè)實驗體系構建是一個長期的過程。以海軍航空大學通信工程專業(yè)為例，該專業(yè)所需開設的課程包括《通信原理》、《通信技術》等專業(yè)課程，內容涉及面較廣，因此不可能面面俱到，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮，重點建設。

1.1資源共享，創(chuàng)造良好實驗條件

實驗室所需的儀器設備較多。學校對所購儀器設備按平臺化、通用化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化思路進行籌劃，將整個電子系的儀器設備進行資源共享。比如示波器、信號發(fā)生器、萬用表等通用儀器設備，建立儀器設備資源共享庫，打破教研室界限，各教研室共享儀器設備配置，提高了儀器設備利用率。對通信專業(yè)所特需的儀器設備，則集中財力，利用2110建設項目等先后購置了RZ9681型現(xiàn)代通信技術實驗箱和DS02902型多功能綜合虛擬測試儀。利用科研項目建設，自主研制開發(fā)了基于PXI總線的通用軟件無線電實驗平臺和短波寬帶信道模擬器。協(xié)調機關，結合軍隊院校學院崗位實際，調撥了部隊現(xiàn)役通信電臺，形成從通信基本模塊到實裝的全層次覆蓋。

1.2軟硬結合，構建綜合化實驗平臺

通信專業(yè)學員人數較多，實驗科目也多。所購通信技術實驗箱數量不能滿足實驗教學需要。為此設計了開發(fā)基于Matlab、Systemview和LabVIEW軟件的虛擬軟件實驗平臺。虛擬軟件實驗平臺有功能全、成本低、效率高的優(yōu)點，與硬件平臺互為補充，使硬件平臺不能提供的實驗得以通過虛擬軟件來完成。學員通過軟件模塊搭建實驗系統(tǒng)，可充分發(fā)揮其想象力，拓展其思維，提高其編程實踐能力。

虛擬軟件實驗平臺的構建充分利用三種軟件的不同特點，偏于理論分析的應用Maflab，偏于直觀信號分析的應用LabVIEW，偏于軟件模塊搭建的應用svstemview。硬件實驗平臺采用多功能綜合虛擬儀器與計算機結合可以替代傳統(tǒng)的示波器、邏輯分析儀和頻譜分析儀的功能，更為直觀、方便、節(jié)省空間，同時也降低了實驗臺的成本；現(xiàn)代通信技術實驗箱由模塊化構成，可以獨立使用也可以方便的組合成各種通信系統(tǒng)，同時實驗箱之間還可以通過組合構成大的通信系統(tǒng)：軟件無線電平臺的引入可以方便地通過軟件定義的方式產生各種通信信號與調制方式，可以涵蓋通信系統(tǒng)級與信號級的設計與實現(xiàn)：自主研發(fā)的信道模擬器可以給實驗平臺和通信實裝方便地提供信道環(huán)境，可以很容易地制造出各種典型信道特性環(huán)境和電磁環(huán)境；能夠模擬的地域跨度非常廣闊，不受氣候條件限制，可隨時進行多次重復試驗，節(jié)省大量實驗費用。

這種綜合性實驗新平臺的構建符合當今通信裝備的發(fā)展趨勢，使得學員和教員可以針對不同情況選擇不同的實驗平臺，很好地解決了實驗室投入有限與保障完成實驗任務的問題。

2精選實驗內容

目前學員思維比較活躍，不喜歡單純性的驗證性的實驗，感覺驗證性實驗沒有挑戰(zhàn)性。為此需要根據課程需要，結合學員思維特點，精選實驗內容。在實驗內容設置上，將實驗內容調整為驗證性、設計性和創(chuàng)新性實驗三部分，盡量減少驗證性實驗，增加設計性和創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗在相應理論課講解完之后進行，教員將部分實驗在課堂作演示后再安排學員進行實驗，取得理論課和實驗課教學相得益彰的效果：設計性實驗安排在某段固定實驗課時內完成，以布置作業(yè)的形式給出，要求學員利用實驗室已有的儀器設備自己完成設計實驗任務；創(chuàng)新性實驗安排部分成績優(yōu)秀、學有余力的學員進行。

實驗內容由以往的簡單的硬件模塊的原理性驗證試驗發(fā)展到了軟件仿真、基本硬件模塊實現(xiàn)、構建小的通信系統(tǒng)、通信系統(tǒng)之間的系統(tǒng)以及部隊實裝的操作使用多個層次，使學員能夠多層次、全方位、多角度地進行實驗，系統(tǒng)地進行分析和驗證。

3加強開放管理

很多院校實驗室建設投入巨大，但是利用率很低，其原因在于管理不夠。海軍航空大學采取全面開放嚴格管理的措施，提高實驗室利用效率。

3.1全面開放，提高利用率

由于RZ9681型現(xiàn)代通信技術實驗箱和虛擬軟件實驗平臺都可以實現(xiàn)遠程網絡連接實驗，因此可以由學員根據自己學習進度，在宿舍或計算機房，通過向管理員申請的形式，遠程進行實驗。實驗體系采用模塊化設計，學員可以結合畢業(yè)設計或科研課題，提出創(chuàng)新性研究性科目，自主搭建實驗平臺，教員起到監(jiān)督輔導的作用。

全面開放包含三個層次：一是教學時間上的開放，由以往的“固定時間”的課程實驗發(fā)展到“自主預約試驗”和“固定課堂實驗”相結合的模式：二是實驗內容上的開放，由原理的“固定實驗科目”發(fā)展到“自主設定實驗內容”和“固定課程實驗”相結合的新模式：三是教學地點的開放，由以前的“固定實驗室內教學”發(fā)展到“野外通信”與“實驗室內實驗”相結合的模式。

3.2嚴格管理，規(guī)范制度

實驗室屬于管理就會降低其使用效率。實驗室采取專人負責的方式，由一名教員專門負責實驗室的維護管理。嚴格落實登記，維護保養(yǎng)制度，指定切合實際的管理規(guī)則。根據實驗室儀器設備損耗情況，及時補充儀器設備，同時升級老舊實驗平臺。

4革新實驗教學方法

傳統(tǒng)實驗教學是教員講解示范，學員操作練習，學員的實踐興趣不高。海軍航空大學大力推行教學改革，在通信專業(yè)實驗教學上，大膽嘗試了多種新的教學方法。

4.1任務驅動式

采用任務驅動的教學方法，將實驗教學內容分為多個教學任務。采取設置任務卡的形式，由教員課前布置任務，由學員預習。課上進行分組，結合限時競賽，引導學員完成一系列實驗任務。任務設置由易到難，讓學員能夠體驗到完成任務的成就感，增強自信心。

4.2翻轉課堂式

翻轉課堂是目前很熱的一種教學模式，應用于通信專業(yè)實踐教學是一種很好的選擇。采用翻轉課堂模式，首先由教員將實驗科目錄制教學微視頻供學員課前自學，并通過網絡課程與學員互動交流，然后教員要為學員提供相關學術論文供學員研討。在課堂上，改變傳統(tǒng)的教員教，學員學的模式，改為由學員講解操作實驗科目，教員來觀察學員，指出學員不足。同時設置問題，引導學員思考，進一步根據預習內容，解決疑難問題。翻轉課堂模式能給最大限度提高課堂利用率，讓學員在教員幫助引導下，提高自主學習的能力。

4.3項目研究式

采用由學員自主提出研究項目與教員布置研究項目兩者相結合的方法，將學員分成若干研究小組，每組三到五人。每個小組承擔一個小的研究課題，引導學員利用實驗條件，搭建實驗平臺，完成項目研究。通過這樣的形式，鍛煉學員科學思維，培養(yǎng)學員勇于創(chuàng)新，團結協(xié)作，大膽實踐的能力。

5結語

海軍航空大學通信專業(yè)實驗教學體系建設完成后，實驗保障能力能覆蓋全部通信專業(yè)實驗課程，學員實驗興趣增加，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。多名本科生和研究生利用實驗室開展專項課題研究，開展自主創(chuàng)新的實驗，在非正弦波通信、非平穩(wěn)信號通信理論和認知無線電通信領域取得了較大的理論突破和技術進步。實驗室還為課題組承擔的國家863項目、國家自然科學基金項目等多項課題提供理論技術支撐，取得了一批科研成果。在通信專業(yè)實驗室的支持下，海軍航空大學《通信原理》課程被評為海軍院校第八次優(yōu)秀課程評選二等獎；《通信原理課程教學改革的實踐與探索》獲得院校級教學成果三等獎；《通信原理》課程獲學院首屆精品課程。endprint