通信系統(tǒng)原理綜合性實驗的教學改革與探索

李麗　余群

摘要：目前，通信技術(shù)發(fā)展日新月異，通信技術(shù)領(lǐng)域?qū)夹g(shù)人才的要求越來越高。為了在教學中培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，以滿足當前社會對信息科學技術(shù)人才的要求及社會經(jīng)濟發(fā)展需要，在教學實踐中對通信系統(tǒng)原理實驗課程中的綜合性實驗的教學方法和教學手段做出一些改革。綜合性實驗不再采用實驗箱來完成，而是采用軟件仿真來實現(xiàn)，這不僅可以使學生實現(xiàn)所學理論知識的融會貫通，而且通過實驗操作，提高他們解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：計算機仿真；教學改革；通信系統(tǒng)原理；創(chuàng)新能力；綜合性實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0087-02

一、引言

現(xiàn)代通信技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)有很大的不同，它不再以郵政、電報、電話技術(shù)為支柱，而是以微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、光纖通信技術(shù)和通信衛(wèi)星技術(shù)為支柱。其中，微電子技術(shù)是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，計算機技術(shù)是現(xiàn)代通信的核心，光纖通信和衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的主要手段。隨著這些技術(shù)的快速變化，通信系統(tǒng)的復(fù)雜程度也在快速地增長，這就大量地需求具備高級通信理論知識和技術(shù)的科技人才。在大學期間如何讓通信專業(yè)的學生更好地掌握現(xiàn)代數(shù)字通信中的現(xiàn)代通信理論，尤其是以調(diào)制解調(diào)技術(shù)和通信信道的性能分析為代表的新技術(shù)及其應(yīng)用能力，使他們畢業(yè)后能成為通信技術(shù)領(lǐng)域中的中流砥柱，這是通信專業(yè)實踐教學所面臨的緊迫任務(wù)。根據(jù)學校實際教學，我們發(fā)現(xiàn)實驗設(shè)備的購買速度往入跟不上通信技術(shù)的發(fā)展和更新速度，如果仍然采取實驗箱這種硬件實驗設(shè)備來做通信系統(tǒng)綜合實驗，一方面實驗室實驗箱數(shù)量不夠，很難保證每人一臺，購買新的實驗箱需要申報，申報時間相對較長；另一方面，實驗箱損壞嚴重，維修跟不上損壞的速度，學生無法完成實驗內(nèi)容。因此，為了解決以上兩個問題，行之有效的一個方法就是，采用計算機仿真來做綜合實驗。學生首先要通過仿真軟件來建立通信系統(tǒng)的實驗?zāi)Ｐ?，并將實驗?zāi)Ｐ驮谟嬎銠C上進行仿真實驗，利用計算機的快速運算處理功能和軟件的交互功能，完成對通信系統(tǒng)綜合實驗的分析、設(shè)計，還可以根據(jù)教師需求任意修改參數(shù)以及性能優(yōu)化與評估測試。采用計算機軟件技術(shù)仿真來做實驗項目，實驗項目的更新更容易。

計算機仿真實驗技術(shù)的簡便和交互特性，使其成為今后人們重視和大力發(fā)展的技術(shù)。

二、教學中存在的問題

以前，綜合性實驗項目采用實驗箱來完成，需要用到各種模塊，而實驗箱配備的實驗?zāi)K有些沒有，有的不夠，無法給學生提供更大的實驗平臺。而且，由于各個模塊間要用導線來連接，信號源由信號源模塊產(chǎn)生信號，每個工作結(jié)點用示波器觀察波形，能否得出實驗數(shù)據(jù)和圖形要依靠實驗箱的性能。實驗箱由于使用的學生較多，損壞情況比較嚴重，實驗操作過程中會導致無法得出正確的結(jié)果，有時學生做了半天得不出結(jié)果，最后發(fā)現(xiàn)是實驗箱的原因，極大地影響了實驗項目的完成。另外，由于實驗箱模塊提供的是固定參數(shù)，學生無法對實驗系統(tǒng)原理框圖進行逐點的波形分析和參數(shù)的修改，實驗效果不是很理想。而且，學生面對復(fù)雜的電路模塊難以從系統(tǒng)的觀點去分析每一點波形關(guān)系，更談不上如何創(chuàng)新。采用計算機仿真實驗方法，學生可以自由選擇自己熟悉的仿真軟件，建立操作性強的人機交互界面，通過靈活調(diào)節(jié)各個實驗參數(shù)，控制實驗進程，更好地理解通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)原理和過程，降低實驗設(shè)備成本，節(jié)省經(jīng)費。

三、教學改革探索

（一）教學內(nèi)容的改革

通信系統(tǒng)原理綜合性實驗項目的學時數(shù)是4學時，它要求學生完成建立一個完整的頻帶傳輸系統(tǒng)，目的是幫助學生對通信系統(tǒng)有一個比較完整的框架體系結(jié)構(gòu)認識，有利于對所學知識進行綜合和提高。該實驗包含的內(nèi)容很多，里面涉及模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)知識。如何在學時有限的情況下，全面掌握通信系統(tǒng)，這是學生所面臨的一個重要問題。

以前采用傳統(tǒng)的實驗箱來做，有些學生連續(xù)兩節(jié)課也做不完，調(diào)試過程中線太多，找不到問題。而且，由于實驗箱的臺數(shù)限制，兩位同學一組，有些同學會有依賴心理，自己不動手，而是依賴同組同學來完成，達不到我們要求的教學效果。現(xiàn)在，采用計算機仿真來做該實驗項目，就有充足的時間來完成，如果上課時間完成不了，可以回家繼續(xù)完成。而且，要求每個學生的數(shù)據(jù)不一樣，這使學生掌握的理論知識有了強有力的實驗支持。

在仿真軟件選擇方面，學生可以選擇MATLAB編程語言，但不能只有簡單的編程，還要有人機交互界面和數(shù)據(jù)修改界面。學生也可選擇實驗室新進的軟件無線電設(shè)備NI-USRP，它采用的是LabVIEW編程語言，實現(xiàn)LabVIEW軟件與無線電設(shè)備硬件的配合使用，程序上利用NI-USRP驅(qū)動程序打開會話通道，發(fā)送和接收正確數(shù)據(jù)。

在仿真設(shè)計的主界面中，用戶需要輸入USRP配置參數(shù)，發(fā)射器中的示波器將顯示源信號波形，而接收器中的示波器將顯示接收信號波形。

（二）教學手段的改革

通信系統(tǒng)原理的綜合性實驗項目，主要采用計算機軟件仿真實驗來完成，改變采用實驗箱的實驗教學模式。采用軟件仿真做綜合性實驗的過程中，不僅提高了學生計算機的應(yīng)用能力，也提高了學生的編程能力、分析和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，使學生能更好地掌握通信系統(tǒng)原理的組成。

1.教學方式的改革：教學實驗過程中，教師在上課前指導學生先進行理論知識的復(fù)習，將綜合性實驗所采用的理論知識做一下梳理，然后要求學生選擇實驗內(nèi)容和仿真工具；學生根據(jù)自己所選的實驗內(nèi)容和仿真工具進行通信系統(tǒng)原理框圖的搭建，從系統(tǒng)的觀點分析原理框圖中每一點的波形及各個點間的關(guān)系，同時要求可以靈活設(shè)置不同的實驗參數(shù)，分析不同參數(shù)為何會有不同的結(jié)果，最后進行分析總結(jié)，寫出實驗報告。

2.仿真軟件的選擇：學生可以選擇自己熟悉的仿真軟件，如MATLAB或LABVIEW等，適應(yīng)現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，滿足社會對這方面人才的需求。

3.虛擬實驗室的優(yōu)勢：采用計算機仿真來做實驗，可以實現(xiàn)實驗項目的遠程操作。它克服了實驗場地和實驗時間的不足，使學生可以在任何地方上實驗課，從而更主動地去做實驗，而不是簡單照抄，提高了教師教學效果。

4.考核方式：采用提問、實驗內(nèi)容參數(shù)修改和實驗分析報告來綜合評定成績，不只是采用實驗報告的方式，這樣可以避免學生的抄襲行為，從而做到真正的公平公正，促進學生認真地做實驗。

四、結(jié)束語

當今，信息通信技術(shù)應(yīng)用在不同領(lǐng)域，尤其是機器與機器通信、數(shù)據(jù)管理、數(shù)字服務(wù)平臺以及數(shù)據(jù)和通信安全等，畢業(yè)生要想在這些行業(yè)有一席之地，我們的教學總目標就應(yīng)該設(shè)定為讓學生能夠真正學到知識，成為這些行業(yè)所需的高級工程技術(shù)人才。因此，教師在實際教學過程中要不斷地根據(jù)實際情況對教學內(nèi)容和教學方法做一些修改，這樣才能提高學生的問題分析能力、問題解決的能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。通過教學實踐，對通信系統(tǒng)原理實驗課程中的實驗內(nèi)容進行一些修改和探索，可以發(fā)現(xiàn)學生的反饋也比較好，取得了一定成效。但是，課程教學改革需要長期不懈的堅持，所做的探索正處在實踐階段，還有不完善的地方，需要在今后的教學實踐中不斷地加以學習、總結(jié)和完善。

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