新冠疫情下構建基于信息化的虛擬實驗教學

謝小琴

(惠州學院，電子信息與電氣工程學院，惠州 516007)

0 引言

2020年初，一場突如其來的新冠病毒肺炎席卷全國，卒不及防地打斷我們以往正常的生活，停工、停業、停學、停市，方方面面出現前所未有的改變。為應對疫情，高校教育也面臨改變，為保障正常的教學秩序，停課不停學，特別是工科實驗教學，為此我們基于MATLAB/Simulink設計一個實驗仿真系統，并利用超星學習通平臺實現以學生“學”為中心的虛擬實驗教學。

1 基于MATLAB/Simulink設計一個實驗仿真系統

MATLAB/Simulink是一款圖形化界面，功能強大又簡單易學的仿真軟件。利用MATLAB/Simulink構建的《通信系統原理》實驗仿真系統，結合理論知識搭建各實驗項目模型，設置各模塊參數，顯示在不同條件下的實驗結果，其過程直觀明了，可操作性強。該系統總流程圖如圖1所示。

圖1 通信原理課程實驗仿真系統總流程

本文以二進制相移鍵控(2PSK)為例介紹該系統在《通信系統原理》課程實驗教學的應用。

二進制相移鍵控(2PSK)，即用兩種不同的相位來表示二進制的0和1，有A方式和B方式兩種，其中A方式它用相位0和相位π來表示，其信號的時域表達式為[1]：

S2psk(t)=Acos(ωct+θn)

(1)

由式(1)可寫成：

(2)

根據式(2)，2PSK信號的產生可采用模擬調制法，解調通常采用相干解調法，其調制與解調原理方框圖如圖2所示[2-3]。

圖2 2PSK調制/解調原理框圖

在2PSK信號的解調中，設已調信號表達式為S(t)=A1cos(ωct+θn)(A1為調制信號的幅值)，經與載波信號A2cosωct(A2為載波的幅值)相乘，得：

再經低通濾波器(LPF)除去高頻成分cos(2ωct+θn)，得到包含基帶信號的低頻信號，經抽樣判決后還原為輸入的基帶信號。根據上述原理分析，基于MATLAB/Simulink的仿真參考模型如圖3所示。

圖3 2PSK調制解調參考模型

各點的參考波形及2PSK功率譜如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 2PSK解調各點參考波形

圖5 2PSK調制輸入與解調輸出比較波形

圖6 2PSK功率譜

2 超星學習通平臺實現線上實驗教學

超星學習通是超星公司著力打造的通識教育平臺，用戶界面友好，簡單易學，非常適合線上教學。我們基于超星學習通搭建實驗仿真平臺，實現實驗任務的在線發布、指導、驗收，如圖7、圖8所示。

圖7 超星學習通界面

圖8 2PSK實驗項目的部分截圖

3 結語

基于MATLAB/Simulink的虛擬實驗教學系統，與超星學習通的有機結合，是信息化條件下工科實驗教學的有效探索，改變了以往類似《通信系統原理》等課程實驗更多是驗證性實驗，實驗單一，枯燥難理解且實驗時間受限的現狀。既有效鍛煉了學生的動手能力，又充分調動了學生學習興趣，提高學習的積極性、主動性，提高教學效果，真正實現在新冠疫情下停課不停學。