基于Simulink軟件的通信原理教學改革探討

謝文娣

【摘 要】本文闡述以Simulink軟件為核心的通信原理課程教學改革，通過采取多種措施實現從純理論教學到多樣化教學的過渡，激發學生的學習積極性，有效地提高課堂教學質量，達到良好的教學效果。

【關鍵詞】Simulink；通信原理；教學改革

中圖分類號： TN911-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.060

【Abstract】this paper deals with Simulink software as the core of communication principle curriculum teaching reform， through a variety of measures to realize the transition from the pure theoretical teaching to diversified teaching， stimulate students' learning enthusiasm， effectively improve the quality of classroom teaching， to achieve good teaching effect.

【Key words】Simulink； Communication principle； The teaching reform

1 教學現狀

《通信原理》課程是電子信息類、通信類、物聯網專業必修的專業核心課程，也是眾多高校考研的重要專業課程之一，它是多門課程相互連接的橋梁和紐帶，承上啟下，上接《信號與系統》、《數字信號處理》，下啟《光纖通信》、《移動通信》、《寬帶通信》、《LTE原理及關鍵技術》，在培養學生通信相關理論分析和應用設計方面發揮重要作用。通信原理是當今通信信息技術蓬勃發展的基礎，是培養信息學科優秀人才的重要步驟。它在課程體系的地位和作用，決定了本課程在電子信息、通信類、物聯網專業人才培養中的地位和作用。

通信原理概念性強，理論知識抽象，公式多，推導過程繁雜。很容易導致課堂授課方式變成“填鴨式”的以教為主的教學模式。教材內容多而繁瑣，教師授課時如果不能夠合理安排授課內容，在授課過程中往往感覺學時不夠，造成課堂上滿堂灌，學生抓不住重點，學習上費時費力，興趣不大。

在實踐教學方面，傳統的通信原理課程的實踐教學以硬件實驗箱為主，所能開發的基本都是驗證性實驗，不能充分調動學生的積極性，更不利于學生創造性的發揮，從而造成雖然學校花費了昂貴的費用建立了通信實驗室，購買了實驗設備，但往往并沒有起到很好的教學效果。學生甚至在實驗時仍舊概念模糊，原理不清楚，甚至操作出現了相應的實驗結果，卻并不能很好地利用所學的理論知識進行解釋，使得理論與實踐脫節，理論未能很好地指導實踐，實踐也沒能幫助學生最大程度地掌握概念及其他理論知識。通信原理課程教學內容如圖1所示。

其教學內容涵蓋了通信基礎知識、模擬通信系統和數字通信系統，其中隨機過程、調制和編碼理論，非常難懂，理論性強。通信原理實驗課是該課程理論聯系實踐的基礎環節，通過實驗學生學習并掌握常用電子設備的使用，從而在一定程度上提高學生的動手能力。然而，由于硬件條件受限問題包括設備不方便攜帶、教室空間有限等原因，在實際授課過程中，教師更多的是講授原理和方法，理論教學與實踐應用無法緊密結合，導致理論與實踐相分離，學生的學習興趣和積極性相應得不到提高。

2 Simulink軟件

Simulink是可以為一個動態系統提供集建模、仿真和綜合分析平臺于一體的MATLAB軟件中最重要組件之一，具有仿真與可視化仿真功能的軟件包，它適用范圍廣，結構和流程清晰及仿真精確度高、與實際應用比較貼近且高效靈活，被廣泛應用于線性系統，非線性系統的建模仿真、數字信號處理和數字控制仿真。

2.1 界面友好、易學易用

Simulink具有交互式的圖形編輯器，可以組合和管理直觀的模塊圖，提供友好的圖形界面，操作簡單，可以從工作界面上找到所需的元器件和測量模塊。

2.2 豐富的模塊庫

Simulink含有多種功能模塊庫，能找到各種領域的虛擬器件模型，從連續系統器件到離散系統器件，從線性器件到非線性器件，從模擬器件到數字器件等等。不僅有信號源、示波器、整流器等通用儀器；還有濾波器、抽樣保持器、頻譜儀等實驗室比較少見的硬件設備。

2.3 強大的分析功能

Simulink可訪問MATLAB且提供了比較全面的系統分析方法，既有時域波形分析，又有FFT計算，頻譜帶寬分析，誤碼率分析、抗噪聲性能分析等。

3 教學改革研究內容及目標

3.1 不同專業使用不同三綱兩書選用不同教材

《通信原理》課程是通信工程、電子信息工程、電子科學與技術、物聯網工程等專業的必修課程，是從事電子、通信相關研究設計的重要基礎，但在不同專業培養方案中地位不一。根據它在不同專業中的重要性設置不同學分和學時數，使用不同的教學大綱、實驗大綱、實驗指導書等，并選用不同教材。如通信工程選用樊昌信的《通信原理》第六版教材，電子信息工程、電子科學與技術、物聯網工程專業選用張衛鋼的《通信原理與通信技術》教材，前者理論性很強，研究較深入，適合通信類專業使用，后者實用性較強，特別適合非通信類專業使用。

3.2 在實驗教學中引入Simulink軟件

在實驗教學環節中將Simulink軟件仿真引入進去，學生自己動手將理論公式轉化為圖形表述通過Simulink軟件其強大的圖形功能。與傳統的硬件實驗相比，這種虛擬實驗靈活多變，學生可以根據所學內容如模擬調制、數字調制、同步技術等自行設計方案、構建模型，對知識點進行仿真分析，能更好地培養學生的設計能力、分析能力和創新能力。虛擬實驗一方面適用范圍廣，條件簡單，只需要提供一臺電腦和安裝一款Simulink仿真軟件，學生可以在任意時間任意地點完成實驗任務，不存在實驗室時間和空間約束的問題。另一方面不需要硬件設備的支持，也就不存在實驗儀器損壞的問題，且根據教學需要可以及時更新實驗項目，靈活性大；同時，在虛擬仿真中通過虛擬設備的操作練習，學生對實際硬件設備有了更好地把控，實驗效率得到大大地提高。

3.3 開設課程設計

目前我校開設的通信原理實驗基本是驗證型實驗，設計和綜合型實驗很少。為了使理論與實際結合更為緊密，工程實踐訓練能得到進一步強化，開設課程設計培養學生的創新能力及綜合分析能力。通信原理課程設計是依托Simulink仿真軟件平臺，為學生提供更多的通信系統分析和設計機會，課程設計內容緊扣工程實踐，這樣使學生分析解決實際問題的能力得到進一步提高，實驗教學效果隨之提升。

3.4 設計知識結構圖

知識結構圖是指把所學內容進行歸納匯總并以具有系統完整性的知識結構圖示呈現出來。對每章內容設計一張知識結構圖，采用頂層式設計方法，自頂而下，一層一層分解，主線清晰明朗，學生從宏觀上感知每一章的主要知識點；等一章學習完成后，再一次重現知識結構圖，學生對照結構圖進行復習，可以幫助學生自我檢驗，進一步提高通信原理課程的教學效果。如第一章緒論其知識結構圖如圖3所示，本章主要介紹通信的基本概念，具體包含常用的通信術語、通信系統的分類、組成、性能指標，通信的工作方式、信息度量、通信的發展簡史。

圖2 第一章知識結構圖

3.5 引入項目式教學方法

我們將《通信原理》實踐教學內容設計成數字基帶系統仿真、模擬通信系統仿真、數字調制系統仿真、模擬信號的數字傳輸仿真和多址系統仿真共五個項目模塊。

課題包括：基于Simulink的模擬通信系統、數字基帶系統、數字調制系統仿真、多址系統仿真等。每個課題還可以分為多個子課題。

在每一個項目中，涉及一些理論基礎，教師指導學生進行必要的理論準備。同時啟發學生如何完成項目的基本要求和擴展要求，以項目由簡入深的原則，通過漸進的學習逐步地提高和完善學生的知識面。

4 結束語

本文探究的教學改革具有以下特色：

（1）針對不同專業的各自特點，不同專業不同學生開課學時不一，使用不同教材，采用不同三綱兩書，真正做到因材施教。

（2）實驗中引入Simulink仿真軟件，對抽象定義、復雜公式、大量原理框圖的動態模擬仿真，實現系統波形分析和結果的可視化直觀表現，避免繁瑣復雜的數學推演，提高學習效率和學習興趣。

（3）構建“理論+實驗+課程設計”為一體的課程體系，突破了傳統的理論教學和實驗教學相分離的現狀，將理論與實踐有機結合。對于課程設計結合真實的工程實踐項目，側重于理論聯系實際，培養學生的工程實踐能力。

（4）引入項目教學法，其項目教學仿真平臺采用模塊化設計思路，使其具備很強的可移植性和可擴展性，在教學和學習過程中隨著教學內容的更新和發展并結合企業需求可增補項目內容，可以對各功能模塊進行增添、更改，使其更好服務于教學，作用于教學，提高教學質量。

【參考文獻】

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