通信原理課程實驗教學模式研究

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通信原理是普通專業中連接專業課和基礎課的重要部分，主要將基礎理論應用到實際中。通信原理屬于電子信息中不可替代的核心理論課程。它對于學生的綜合應用能力以及通信理論分析能力的培養起著不可替代的作用。由于通信原理相應的數學推導比較復雜，理論性強，大多數原理概念十分籠統。為了使原本抽象的概念形象化，教師在理論教學時，必須以合理有效的方式代入實驗環節。只有如此，學生才能更好地掌握理論，提升他們的學習興趣和實踐能力。

一、通信原理課程實驗教學中的不足

1.實驗箱教學。實驗箱教學是現階段通信原理課程中最常采用的一種實驗教學模式。這種實驗方式操作簡易，直觀形象地讓學生觀察到實驗結果，對于理論有著更深的理解。實驗操作時，學生只需要按照相關知識找到電路板模板，進行電路連接以及撥動開關即可。這種實驗簡單不復雜，能夠直觀地觀察結果數據，提升學生對理論知識的掌握。不過，對于學生的創新能力以及動手能力的培養，實驗箱模式發揮的作用并不理想。首先，學生經常不做電路分析，也不思考實驗原理，僅僅是按部就班地進行電路板的連接，在測試點查看數據，更有甚者可能連對錯都無法判斷。實驗結束后，實驗報告基本完全一致，因為都是按照實驗指導書上的步驟做成實驗結果報告。另外，該種實驗缺乏一定的復雜性，動手操作太少，通過幾次實驗，一般學生不會對這種觀察波形的實驗有熱情，學習主動性減弱，而對通信原理知識的掌握同樣也不具效果。2.計算機仿真實驗教學模式。一般來說，為了滿足實驗教學需要，以往采用試驗箱教學模式，學校至少需要20套設備才能滿足學生的實驗課程。一套設備主要包含通信原理綜合實驗箱、萬用表以及示波器和函數信號發生器等，價格昂貴。總體來說，仿真實驗是一個具有多項優勢的教學模式，不僅解決成本經費問題，而且開設簡單方便。Matlab的SIMULINK仿真平臺和SystemView軟件，是通信原理課程實驗運用的兩種仿真軟件。SystemView軟件在實行系統設計時，僅僅只要從配置的圖符中調出相關圖符，并執行多個圖符間的參數設置以及連接，便可得出相關結果。Matlab的SIMULINK仿真平臺能夠進行交互動態仿真，通過模塊框圖設計出仿真模型，操作方便，不用設計模塊中的硬件和軟件，仿真結果直觀形象。計算機仿真教學模式類似實驗箱模式，雖然仿真實驗教學開設較為方便，能夠在多媒體教學中進行講授以及讓學生在課后進行練習，對于學生掌握理論知識確實有幫助。不過，它僅僅只是為學生給予直觀波形顯示，對通信系統的模塊組成有一個充分了解，但學生對于模塊功能是怎樣實現的并不了解，這就對學生的能力提升有所限制。

二、通信原理三級實驗教學模式

結合筆者多年的實驗教學經驗，以及通信原理實驗教學中存在的不足，總結出一套逐步提升的實驗教學模式，分別為驗證型實驗教學模式、仿真實現型實驗教學模式以及綜合設計型實驗模式。1.驗證型實驗教學。讓學生充分了解各通信系統的模塊組成和各模塊處理后通信信號波形的改變，是驗證型實驗教學的主要目的，與此同時，還能夠讓學證型實驗能夠通過運用傳統試驗箱進行。本文以SIMULINK平臺為例，通過模塊庫查找到需要的DS-BAM調制模塊、DSBAM解調模塊和波形顯示模塊以及信號發生器、高斯信道模塊，最后進行模塊參數設置連接。但因實驗時間受到限制，為了能夠讓學生多做一些較為典型的通信系統，可以將本實驗分為課程實驗、課堂演示、課后實驗三部分。2.仿真實現型實驗教學。由于學生對模塊結構的理解和掌握不夠，初級驗證型實驗只能對理論知識進行簡單演示，所以不能讓學生對理論知識有一個足夠的理解。在此基礎上，讓學生獨立實現模塊功能，從仿真軟件模塊中分離，不僅可以提升對專業理論的掌握，也能提升算法技巧，建立良好的綜合設計實驗基礎。例如，采用已調信號以及高斯噪聲信號的加法實現高斯信道模塊；DSBAM調制模塊主要探求載波信號與調制信號的乘積運算；DSBAM解調模塊還要設計低通濾波器對乘積信號進行低通濾波處理。因此，從上述內容能夠得出，要想有針對性地設計出仿真性算法，需要熟悉掌握DSBAM調制解調系統的原理。另外，根據提出的驗證型實驗，非常方便地確認波形結果。顯而易見，這種實驗方法能夠讓學生對通信原理的理論知識有一個更深的理解。3.綜合設計型實驗教學。EDA技術屬于現代電子設計的重要核心技術，一般來說，學習通信原理課程之前，學生就已經學習了相關的EDA技術課程。EDA技術主要以EDA軟件工具為開發環境，采用可編程器件作為實驗載體，從而達到自動邏輯編譯、邏輯綜合以及布局布線和邏輯優化等目的。此外，ASIC和SOC芯片是基于電子系統的設計技術。因此，在綜合設計型實驗中采用EDA技術，是對學生培養硬件以及軟件全方面能力的有效途徑。例如，較為簡易的振幅鍵控（ASK）解調系統。解調器主要包含計數器和判決器以及分頻器、寄存器等。寄存器指的是將數字ASK信號送到寄存器。分頻器主要是將時鐘信號分頻處理，獲取和發端數字載波一樣的載波信號。計數器主要是將分頻器輸出的信號當作時鐘信號，隨后對ASK載波個數進行計數，M值大于3時輸出1，反之輸出0。判決器主要是對計數器輸出信號給予采樣判定，輸出基帶信號。按照以上進行語言編程，編譯以及時序仿真之后，下載到FPGA目標器件上，達到硬件設計的目的。綜合設計型實驗的重點是以課程設計模式進行的，也能以科技創新活動的方式進行。學生能夠有足夠的時間查找信息，演示設計方案并對結果進行驗證，有效提高學生分析以及解決問題的能力，為學生在往后的工作中打下良好的實踐基礎。

三、三級實驗模式教學成效

近年來，筆者根據學生的學習反饋，并考慮學生的學習興趣以及理論教學需求，逐漸調整各級實驗項目，并得到不錯的效果。第一，提高學生對通信原理課程的學習積極性，不及格概率慢慢降低。第二，對電子通信系統設計中的興趣有了顯著提高，參與電子設計大賽的人隨之增加，成績也十分理想。第三，通信專業的考研學生漸漸提升，以通信系統設計為方向的畢業論文有顯著提高。

四、結語

以上三級實驗教學模式，對通信系統的設計從簡單到復雜，培養學生的學習興趣，幫助學生克服困難，同時讓學生更深入地掌握理解通信原理的理論知識，為以后的課程和工作打下扎實基礎。

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作者:楊丞 單位:長沙學院