類比教學法在通信原理課程教學中的應用

周彩霞

(長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

類比是用一個具體、熟悉、容易理解的事物，以比較的方式來說明一個形象、生疏、難懂的事物［1，2］。類比是舉例和比較的綜合，其依據是物理規律的相似性。巧妙運用類比法，可以降低教學難度，提升教學效果。

通信原理是通信技術專業的核心專業課程，具有邏輯性強、內容繁雜、公式繁多、概念抽象等特點，學生普遍感覺學習起來枯燥乏味，深奧難懂。教師在課堂教學中適當地運用類比法，不僅能使原本枯燥的知識興趣化、抽象的概念形象化、深奧的理論簡單化，而且有助于激發學生的學習興趣，培養學生的想象與創造性思維能力。下面介紹類比法在通信原理教學中的典型應用。

一、類比法在通信系統性能評價中的應用

在對通信系統進行性能評價時，主要指標就是有效性與可靠性，有效性反映信息傳輸的頻帶利用率問題，可靠性反映信息傳輸的質量問題。而頻帶利用率與質量是一對矛盾體，即有效性與可靠性成反比，而有效性與可靠性是抽象的、無操作性的，使得學生很難理解兩者之間的對立關系。

采用類比法：假設在橘子洲頭附近的湘江兩岸之間架設兩條獨特平行的橋，一條是沒有護欄的狹窄木橋，另一條是沒有護欄的寬闊鐵橋，讓身體、心理素質完全相同的兩個人由一岸走向另一岸。在其他因素完全相同的情況下，很明顯，走寬闊鐵橋的人掉進江中的概率會更小，也就是可靠性更高，但鐵橋比木橋寬闊，占有的資源更多，即鐵橋的橋寬利用率低，有效性就低，也就是說在可靠性高時有效性偏低。該案例形象化的說明了系統的有效性和可靠性成反比，通過生活中容易理解與熟悉的事物做類比，簡化了知識的理解難度，使學生更易于接受。

二、類比法于信道容量的應用

信道容量是單位時間內信道上所能傳輸的最大信息量，是衡量信道優劣的一個重要指標。香農公式給出了信道容量、信道帶寬和信號噪比之間的關系，如公式1所示。式中C為信道容量，B為信道帶寬，S是信號功率，N是噪聲功率。可見，信道容量受到噪聲和帶寬的雙重制約，但學生很難理解它們三者之間的關系。

若將一段公路類比為一個信道，用每秒通過這段公路的汽車數即交通量類比為信息量C，公路的寬度類比信道寬度B，公路上的汽車類比為信號S，公路上的行人類比為干擾信號N。顯然，交通量與道路寬度成正比，路越寬，單位時間通過的車輛數就能增加；交通量還與路上車輛數與行人數之比有關系，行人越多，占據的路面就越寬，可供車輛通行的路面也就越窄，S/N就小，反之，S/N變大，交通量就大。將信道容量關系式內容與已有生活體驗結合起來，幫助學生加深理解，起到了事半功倍的效果。

三、類比法在調制技術中的應用

調制是通信原理課程中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術。通過案例分析學生很容易搞清楚為什么要對信號進行調制，但如何調制？卻因看不到、摸不著、概念過于抽象使學生感到很難領會與掌握。拿生活中的遠途貨運做類比使學生一下子感覺豁然開朗，調制問題迎刃而解。

要把一件貨物運到千里之外，就必須要借助運載工具，如汽車、火車或飛機等等，如果把貨物比作調制信號，運載工具相當于載波，那把貨物裝到運載工具上就相當于調制，到達目的地后，從運載工具上卸下貨物就相當于解調。學生通過類比不僅弄明白了什么是調制，而且也領會了調制的目的之一是為了要遠程傳輸信號。

四、應用類比法講解復用方式

信號的三種復用方式[3]：頻分多路復用(FDM)、時分多路復用(TDM)以及碼分多路復用(CDM)，如圖1所示。頻分多路復用是通過調制技術將多路頻譜重疊的信號分別搬移到不同的頻帶上，使得他們的頻譜不再重疊，其特點是各路信號在時間上相互重疊，而在頻率上各占其位，互不干擾。時分多路復用是指在一個物理信道中，將多路頻譜重疊的信號分時在信道中傳輸，其特點是各路信號（調制后）傳輸時在時間上相互不重疊，而在頻率上頻譜重疊。碼分多路復用是利用擴頻調制技術將多路時間重疊、頻譜重疊的信號變為傳輸碼型不同的信號在同一信道中傳輸，其特征是多路信號無論在時間上還是頻譜上都重疊，但它們的碼型不一樣。講解多路復用的概念時，即便是利用了復用示意圖，還是會有部分學生感到困惑與不解。

采用類比的方法來解釋復用技術：將校內的體育場地類比為頻段，一組學生在體育館內的體育場打籃球，另一組學生在體育館外的體育場打排球，同一時間在不同的體育場地（即不同的頻段）進行兩組不同的體育活動，相當于兩路信號在同一時間占用不同的頻段，類似于頻分多路復用；一組學生上午在體育館內的體育場打籃球，另一組學生下午在體育館內的體育場打籃球，這兩組學生在同一體育場地(即同一頻段) 占用了不同的時間段進行不同的體育訓練，類似于時分多路復用；如果學校晚上在體育館內的體育場地上舉行學習交流會，多組學生用多種不同的語言參與交流，一組學生用漢語討論電工技術，另一組學生用英語交流衛星通信，還有學生用俄語交流飛機維修，各組之間互不干擾，類似于碼分多路復用。運用生活中熟知活動與多路復用的相似性，使學生理解這三個概念的本質區別，帶動學生積極參與到教學活動中來[4]。

五、結束語

將生活中熟悉的事物通過形象、生動、風趣的類比，深入淺出地講解通信中的概念與技術，使學生從相似、關聯中領悟其中的道理，激發學生的學習興趣與熱情，使教學效果與教學質量得到了顯著提高。由于類比法推出的結論并不一定正確與科學，類比有一定的局限性與不足。類比法的推論必須要經過實驗證明才能進一步推廣。因此，在通信原理教學中，應用類比法教學時要注意類比的正確性和適當性，類比是手段而不是目的，類比的運用要適度，不能盲目依賴。

圖1 多路復用示意圖

[1]曹瑞.類比教學法的研究與應用[J].教學與管理,2011,(27):128-129.

[2]曹瑞.類比教學法初探[J].寧波大學學報(教育科學版),2011,(6):5-8.

[3]劉美玲.運用類比法解決“通信原理”教學難點問題[J].內蒙古師范大學學報(教育科學版),2015,(7):133-135.

[4]于濤.談通信系統中多路復用技術[J].中國新技術新產品,2012, (1):18.