現代通信原理實驗教學改革初探論文

現代通信原理實驗教學改革初探論文

　　通信原理實驗是通信原理理論課程的重要實踐教學環節，目的是通過通信原理實驗教學，使學生在通信原理理論課程學習的基礎上，進一步加深對通信原理基本概念的理解和基本理論的掌握，培養學生的基本技能和綜合運用所學知識分析、解決問題的能力，提高學生的專業素質。但是我校通信原理課程的實驗教學一直存在著內容偏少、教學手段落后等問題。因此我們對通信原理實驗教學進行了以下幾方面探索改革：

　　一、教學內容探索改革

　　通信原理理論課理論性強，數學公式推導多，抽象概念多，同時要求學生掌握通信系統的基本原理，特別是數字通信的基本理論；牢固掌握通信系統的原理圖及各系統輸入、輸出信號間的關系，因此理論課方面要提高講課質量，同時需要相應的實驗配合，并不斷加強實踐教學環節，改革實驗教學內容，讓學生加深對理論課程內容的理解和掌握，但是，以前我們實驗內容較少，只有五個：（PAM）抽樣定理與脈沖調幅實驗、（PSK）移相鍵控實驗、（FSK）移頻鍵控實驗、（PCM）編譯碼系統實驗、循環碼編譯碼系統實驗，不能滿足教學大綱的要求。于是，我們更新采用新型的“現代通信原理綜合實驗系統”，調整充實實驗內容，新增加充實的實驗項目十個：振幅調制傳輸系統實驗、單邊帶調制實驗、雙邊帶調制實驗、頻率調制傳輸系統實驗、QPSK傳輸系統實驗、π/4DQPSK傳輸系統實驗、MSK傳輸系統實驗、GMSK傳輸系統實驗、、16QAM傳輸系統實驗和CDMA傳輸系統實驗。為提高學生的動手能力，掌握常用通信系統的設計方法，再新增加二次開發的實驗項目七個：可變分頻器實驗、m序列產生實驗、噪聲信號的產生實驗、復接實驗、幀同步實驗、CMI編譯碼實驗、CMDA擴頻調制解調實驗等。這樣可使實踐教學與理論教學內容更好地結合起來，為提高教學質量創造條件。教學內容的調整改革在精、用、新三個方面進行：

　　1.精，就是在實驗中用精選的理論知識作指導，在講清實驗原理的基礎上，以定性分析為主，輔以必要的定量計算。例如：在PCM實驗中，只要求學生了解PCM編譯碼器內部結構及原理，而重點是能定性分析和熟悉它的邏輯功能、電路外引腳的使用，以及掌握怎樣用PCM編譯碼器設計一個脈沖編碼調制解調系統，并能在一定信噪比下，其動態范圍滿足CCITT建議的樣板值要求。

　　2.用，教學注重學生實踐中能力的培養，提高學生分析問題、解決問題的能力，例如：在PCM實驗基礎上，可以帶領學生組成團隊，設計一個小型程控交換機系統，使學生進一步熟悉脈沖編碼調制解調電路原理，同時還可學到程控交換技術的原理，拓寬學生的知識面，豐富和發展專業理論知識。

　　3.新，通信技術日新月異，通信系統不斷趨向于數字化、智能化、大規模集成化。通信原理實驗的教學應盡可能跟上通信技術的發展，引入新的知識點。例如，我們采用的新型“現代通信原理綜合實驗系統”不僅涵蓋了通信原理的主要知識點，而且引入了新的通信技術（數字信號處理DSP技術FPGA技術等），該系統具有的優點是：（1）采用軟件無線電技術的通信原理綜合實驗系統中FSK、BOSK、DBPSK調制解調器采用同一硬件平臺（DPS+FPA），易使學生牢固建立軟件無線電的概念。（2）該系統中用數字門電路實現全數字鎖相環，通過與模擬鎖相環各項指標比較，使學生加深數字鎖相環的概念、性能指標和使用場合。引入新內容，有助于突出學生的探索精神和創新思想，培養學生在通信技術及相關領域中的創新精神。

　　二、教學方法改革

　　以前的實驗內容主要以驗證為主，實驗手段較為單調，學生處于被動學習狀態，實驗積極性不高，為此，我們對教學方法進行了以下改革：

　　（一）學生為主體仿真實驗教學法

　　強調理論與實踐相結合，在以現代通信原理綜合實驗系統的實驗基礎上，增加仿真實驗。因為仿真軟件可以方便、直觀、形象地構建通信系統，提供豐富的部件資源，強大的分析功能，可對硬件開發提供方案論證和實踐指導。仿真實驗主要以學生自行設計為主，學生可以任意改變實驗參數，甚至可以根據需求改變功能模塊及其連接，進行各種環境下的仿真實驗，可以作為考查學生動手能力、設計能力的重要手段。

　　（二）問題探索教學法

　　在實驗教學中，不但要求學生掌握實驗原理，同時教師還設計提出思考問題，引導學生積極討論、分析和提出解決問題的方案，并最終解決問題。例如：在做FSK實驗時，正常情況下，發送基帶數字信號的速率為500bps，傳號載波頻率為22KHz，空號載波頻率為9KHz，這時可解調還原發送的基帶數字信號。但傳號和空號載波頻率不變時，發送基帶數字信號的速率改為32Kbps后，會出現什么情況？讓學生討論、分析，并經過實驗去證明，得出結論是：發送基帶數字信號的速率大于載波頻率時，不能正確解調基帶數字信號，解調端出現亂碼。

　　（三）歸納總結教學法

　　把實驗中的重要概念、基本原理進行歸納總結，并作出結論教給學生，以利學生掌握和應用。例如：在循環碼編譯碼系統實驗中，歸納總結編碼規則為三步：1．用xn-k乘以信息多項式m(x)；2．用生成多項式g(x)除xn-km(x)，得到余式r1(x)；3．把余式r1(x)的系數作為監督元附加在m(x)的后面，就得到一個能被g(x)除盡的發送碼c(x)。歸納總結譯碼規則為三步：1．用接收碼R（x）除以生成多項式g(x)，得到余式r2(x)，當r2(x)=0時，表示接收無錯碼，否則有錯碼；2．按余式r2(x)通過運算得錯誤圖樣E（x）；3．從R（x）中減去E（x），可得到已糾正的原發送碼c(x)。

　　同時根據新的教學大綱要求，結合新型的“現代通信原理綜合實驗系統”，我們改編有自己特色的實驗指導書，提出了預習要求，扼要介紹了實驗儀器及所用芯片工作原理、實驗內容和注意事項，以及實驗討論思考題等。在教材改編時，注重分析系統電路原理，熟悉實驗過程，重視實驗數據的分析。如在改編FSK調制與解調實驗時，其解調電路給出兩種，一種是鑒頻解調，另一種是過零解調，而指導書只對前一種解調方法的工作原理進行詳細分析，將后一種解調方法放在討論和思考上，然后獨立完成實驗。同時結合實驗課的特點，按“由淺到深，由單元到系統”的原則改編實驗內容，使學生循序漸進地完成各項通信原理實驗。

　　三、增設開放性設計實驗

　　開放性實驗設計是培養學生創新思維的一條行之有效的途徑，有利于培養學生分析問題的能力，有利于培養學生的探索能力，有利于培養創新人才。在老師指導下，學生組成團隊，參加具體的課題或項目的研究，學生通過查找資料，對所研究開發系統有一個較為準確、簡潔的描述，并提出自已所開發的系統功能、性能指標及與系統中其它模塊之間的連接關系、特征、輸入、輸出特性。合作設計出初步的設計方案，計算實驗參數，充分利用仿真軟件對開發的系統仿真，根據仿真結果畫出PCB電路板圖，然后制作電路板，進行元器件的焊接和硬件的調試以及相應軟件的編寫、系統參數的測試，使系統功能、性能指標達到設計要求，并能能正常運行。增設開放性實驗，讓學生充分利用實驗室實驗資源，同時學生可有更多機會理論聯系實際，培養掌握科學研究的方法。

　　四、改革使實驗教學水平得到提高

　　（一）建立了較完整的教學體系

　　我們在原通信原理課的實驗教學中增加了許多新的內容，建立了較完整的教學體系。過去我們只能開出五項實驗，而現在則能開出二十二項實驗，和開放性設計實驗，內容覆蓋面較廣，實驗教師可根據專業要求和不同層次的學生布置必做、選做內容，使得教學內容更加符合實際需要。

　　（二）提高了教學效率和教學質量

　　改革實驗教學后，教學效率和教學效果大大提高，現在用較少的學時就可完成較多實驗。這樣，在基本不增加學時的前提下，可增加實驗內容。由于新型的“現代通信原理綜合實驗系統”采用較多新器件與新技術，不僅使學生學到許多新的知識，而且對于提高分析和解決問題的能力具有明顯的促進作用。另外，該綜合實驗系統各實驗模塊除可單獨開設實驗外，同時每個實驗模塊可串入到不同的系統中去，構成從信號輸入、編碼、調制、發送，到接收、解調、譯碼輸出等完整的綜合通信系統，系統概念強，使學生能充分了解各模塊在系統中發揮的作用和其性能變化對系統的影響。改革后教學實踐證明，能夠提高學生的動手能力、綜合能力和創新能力。

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