談通信原理實(shí)驗教學(xué)改革
論文關(guān)鍵詞：原理實(shí)驗 教學(xué)改革 教學(xué)方法 設計性實(shí)驗
論文摘要：針對DSP原理與應用課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)踐教學(xué)方面對DSP原理與應用課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實(shí)踐。通過(guò)改革，提升了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng )新能力，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事DSP相關(guān)的工作奠定了良好的基礎。
受高校擴招的影響，大學(xué)生就業(yè)成了各高校普遍面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。相對地，3G、物聯(lián)網(wǎng)等通信相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有巨大的人才缺口。通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，科技大學(xué)實(shí)驗課程必然要緊密結合當今的科技發(fā)展。要抓住機遇，培養具有競爭力的專(zhuān)業(yè)人才，就要在專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中著(zhù)重培養學(xué)生的實(shí)踐能力，成為市場(chǎng)所需要的人才。
實(shí)驗教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，對培養學(xué)生的動(dòng)手能力、分析解決問(wèn)題的能力、正確的思維方法及嚴謹的工作作風(fēng)等方面起著(zhù)不可替代的作用，它是培養實(shí)踐型人才的重要途徑�；谏鲜稣J識，實(shí)驗課程應與現代科技同步發(fā)展，從而制訂出實(shí)驗課教學(xué)改革的具體實(shí)施方案。
1通信原理實(shí)驗課程特點(diǎn)
通信原理是通信、電子工程等專(zhuān)業(yè)的主干課程之一，是移動(dòng)通信、光纖通信、衛星通信、通信等后繼專(zhuān)業(yè)課程的基礎，也是許多高校研究生入學(xué)考試的課程之一。課程主要講述信號傳輸的基本原理、方法和性能，結合實(shí)際的有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)通信系統的工作原理，使學(xué)生系統地了解和掌握現代通信的基礎理論和設計思想。該課程內容豐富、理論抽象，對工程及其應用能力要求高，從而導致學(xué)生學(xué)習的難度偏大，很容易“畏難而退”。通過(guò)開(kāi)設通信原理實(shí)驗課程，使理論與實(shí)踐的結合，既有助于提高學(xué)生的學(xué)習興趣，加強理論知識的掌握，又可以培養學(xué)生的動(dòng)手能力，將大大提升通信工程專(zhuān)業(yè)人才的培養質(zhì)量。
鑒于目前通信原理實(shí)驗課程的內容單一，以驗證性實(shí)驗為主，效果一般，重新規劃通信原理實(shí)驗課程，從教學(xué)資源和教學(xué)方法兩個(gè)方面進(jìn)行整合改革。
2多種實(shí)驗平臺的整合
基于通信原理課程的特點(diǎn)以及實(shí)驗設計的目的，實(shí)驗平臺的選擇是至關(guān)重要的。在現有條件下，適合應用在通信原理實(shí)驗當中的平臺主要有通信原理實(shí)驗箱、計算機仿真平臺以及設計平臺。在操作不同類(lèi)型的通信原理實(shí)驗過(guò)程中, 這些平臺各有優(yōu)缺點(diǎn)，應針對各種實(shí)驗方式的特點(diǎn)進(jìn)行設計，達到最佳效果。
2.1 實(shí)驗箱平臺
實(shí)驗箱平臺一直是通信原理實(shí)驗使用的傳統教學(xué)方式，這種平臺對驗證性實(shí)驗比較適用，有利于加深通信原理單個(gè)知識點(diǎn)的理解。對實(shí)驗箱的使用，需著(zhù)重考慮實(shí)驗課和理論課的協(xié)調配合，避免出現實(shí)驗內容與理論內容脫節，超前或滯后的方式，針對這一問(wèn)題，在具體教學(xué)中可采用課程組長(cháng)負責制，由課程組長(cháng)整體協(xié)調理論課和實(shí)驗課內容，以達到最佳實(shí)驗效果。
2.2 軟件仿真平臺
可用于通信原理實(shí)驗的仿真軟件主要有兩款：Systemview和Matlab。這兩款軟件都可進(jìn)行通信系統的仿真設計與分析，有助于學(xué)生構建系統整體概念，是對理論課所學(xué)知識的一種綜合應用�？勺寣W(xué)生自己動(dòng)手，對常用的模塊自己編寫(xiě)文件，從具體模塊的實(shí)現到整體系統的架構，可很好的加強學(xué)生對知識的掌握，有助于培養綜合思維能力。
2.3 EDA的實(shí)驗平臺
EDA實(shí)驗平臺相對于傳統的通過(guò)一些專(zhuān)用集成芯片搭建通信系統的實(shí)驗方式，可以避免使用種類(lèi)繁多的專(zhuān)用集成芯片，從而簡(jiǎn)化了電路。學(xué)生用硬件描述編寫(xiě)程序，可以在同一可編程器件上完成各種不同的通信技術(shù)，避免了連線(xiàn)的繁瑣。并且可以在一個(gè)通用的基于EDA的硬件平臺上，來(lái)實(shí)現所有的實(shí)驗內容。而且要采用EDA技術(shù)，學(xué)生必須自己在充分掌握實(shí)驗理論的基礎上自己編寫(xiě)程序，這有別于傳統實(shí)驗中學(xué)生只需按照實(shí)驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實(shí)驗。這將大大調動(dòng)學(xué)生的創(chuàng )造性和主觀(guān)能動(dòng)性，對提高學(xué)生的實(shí)驗興趣也有很大的幫助。
總體而言，實(shí)驗平臺的選擇主要是充分利用學(xué)�，F有的教學(xué)條件，盡量在現有條件下為學(xué)生提供更多的實(shí)驗機會(huì )，充分培養學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的競爭力。
3教學(xué)方法和內容的改革
實(shí)驗開(kāi)設是否成功和教學(xué)方法是分不開(kāi)的。因此，為了融多種實(shí)驗平臺于通信原理的實(shí)驗教學(xué)中，必須對傳統的實(shí)驗教學(xué)方法及內容進(jìn)行相應的改革。從單一的驗證性實(shí)驗向多種實(shí)驗模式相結合轉變，從僅1個(gè)學(xué)期的單一通信原理實(shí)驗，向穿插于整個(gè)大學(xué)時(shí)期的多種方式的混合實(shí)驗課程轉變。充分利用現有實(shí)驗條件，將通信原理實(shí)驗內容調整為驗證性、綜合性和創(chuàng )新性實(shí)驗3部分。
3.1 驗證性實(shí)驗
驗證性實(shí)驗的關(guān)鍵是與理論知識的緊密結合，輔助學(xué)生理解掌握理論知識，因此從實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗方式、實(shí)驗內容的安排上都應與理論課相協(xié)調，才能達到最好的實(shí)驗效果。因此在驗證性實(shí)驗的改革調整中應貫穿這一原則，以期找到最佳的實(shí)驗方案。針對這一情況，對驗證性實(shí)驗的教學(xué)內容以及實(shí)驗方式進(jìn)行改革。
(1)實(shí)驗內容：驗證性實(shí)驗課應與理論課同步進(jìn)行，緊密結合，實(shí)驗時(shí)間應與理論課的主講教師協(xié)調，靈活調整。實(shí)驗內容應配合理論課的教學(xué)需要，著(zhù)重對理論理解中的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗，通過(guò)實(shí)驗加強學(xué)生對理論知識的理解掌握。
(2)實(shí)驗方法：可以采用學(xué)生動(dòng)手和教師演示相結合的方式進(jìn)行。學(xué)生以實(shí)驗箱進(jìn)行仿真實(shí)驗為主，教師上課的過(guò)程可輔助以Matlab仿真結果，以加強學(xué)生對理論知識的理解掌握。實(shí)驗箱除了驗證通信原理理論知識外，還和通信原理知識的實(shí)際應用結合起來(lái)，譬如它還會(huì )要求學(xué)生對通信信號的時(shí)延和同步等問(wèn)題進(jìn)行分析，為實(shí)際通信電路的設計奠定較好的基礎。
3.2 綜合性實(shí)驗
綜合性實(shí)驗的關(guān)鍵是讓學(xué)生構建完整的系統概念，能將所學(xué)知識連貫起來(lái)，綜合應用。因此在綜合性實(shí)驗的改革調整中應貫穿這一原則，以期找到最佳的實(shí)驗方案。
(1)實(shí)驗內容：綜合性實(shí)驗強調對通信系統整體的掌握。學(xué)生在理論課和驗證性實(shí)驗課上學(xué)習了通信系統各組成模塊的內容，通過(guò)綜合性實(shí)驗，將信號的調制解調、編碼解碼、復用解復用、信道、濾波等多個(gè)環(huán)節結合在一起，構架一個(gè)完整的通信系統，完成信號的傳輸，培養綜合運用能力。
(2)實(shí)驗方法：以實(shí)驗箱和仿真實(shí)驗相結合的方式進(jìn)行。對于一些簡(jiǎn)單的綜合系統，可以利用實(shí)驗箱完成，讓學(xué)生利用之前做過(guò)驗證性實(shí)驗的模塊，搭建一些簡(jiǎn)單的通信系統。對于大型通信系統，實(shí)驗箱無(wú)法完成就可以采用軟件仿真的方式進(jìn)行。其中Systemview軟件平臺對設計綜合性實(shí)驗具有操作簡(jiǎn)單、貼切實(shí)際的硬件實(shí)現。因此，對大型的難度較大的通信系統，可以建議學(xué)生采用這個(gè)平臺。但是對系統架構較簡(jiǎn)單的數字通信系統，建議學(xué)生采取Matlab的模塊仿真加EDA設計進(jìn)行操作，EDA實(shí)驗平臺對數字通信系統有很好的優(yōu)勢，也是結合實(shí)際工程設計的要求來(lái)進(jìn)行。
3.3 設計性實(shí)驗
通信原理課程的設計性實(shí)驗主要目的是將理論與實(shí)際相結合，讓學(xué)生根據給定的技術(shù)要求實(shí)現一些簡(jiǎn)單的通信模塊，為以后的實(shí)際工作預演。
(1)實(shí)驗內容：主要是按照要求的技術(shù)指標，設計實(shí)現具有一定功能的通信模塊，比如實(shí)現一個(gè)用于普通電話(huà)機的話(huà)音信號編碼器，或者實(shí)現一個(gè)具有一定增益要求的放大器等。
(2)實(shí)驗方法：模塊仿真和EDA設計相結合。當前在實(shí)際通信模塊產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大多采用Matlab仿真加EDA或DSP設計工具實(shí)施，其中DSP工具對普通高等學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大，因此一般可考慮采用EDA設計工具，條件允許的情況下可為學(xué)生提供EDA和DSP兩種平臺，學(xué)生可以按照個(gè)人的興趣自愿選擇設計手段。譬如卷積編碼模塊的設計性實(shí)驗，可以采用Matlab對確定的卷積編碼器進(jìn)行功能仿真，如果仿真和理論分析結果一致，則說(shuō)明設計思路正確。在這基礎上，再采用EDA開(kāi)發(fā)系統或DSP開(kāi)發(fā)系統對卷積編碼器進(jìn)行系統選型、實(shí)驗和測試，并對其運行速率等性能進(jìn)行分析，以便重新設置參數，進(jìn)一步提高它的性能等。該實(shí)驗過(guò)程可以縮短開(kāi)發(fā)流程，降低開(kāi)發(fā)，可以使學(xué)生掌握實(shí)際工程的設計方法，能更好地為今后的學(xué)習和工作做準備。
(3)教學(xué)安排：這部分實(shí)驗不在實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)內安排，目前主要以?xún)煞N形式開(kāi)展，一是作為畢業(yè)設計，二是在高年級開(kāi)設專(zhuān)門(mén)的設計性實(shí)驗課程，此時(shí)學(xué)生相關(guān)的軟硬件知識已經(jīng)學(xué)習了，通過(guò)設計性實(shí)驗可以將各種知識整合，綜合利用。在整個(gè)設計性實(shí)驗過(guò)程中，實(shí)驗室對學(xué)生全天候開(kāi)放，學(xué)生可以在課余時(shí)間來(lái)實(shí)驗室進(jìn)行設計、制作和調試。此時(shí)學(xué)生沒(méi)有其他因素干擾，可專(zhuān)心投入，收獲較大，且對后面的就業(yè)非常有利。
設計性實(shí)驗是偏重于應用的實(shí)驗，通過(guò)實(shí)驗過(guò)程，使學(xué)生具備一定的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力，使實(shí)驗教學(xué)真正成為培養學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節。
4結束語(yǔ)
針對目前通信原理實(shí)驗僅采用實(shí)驗箱進(jìn)行驗證類(lèi)實(shí)驗，實(shí)驗方式單一，效果較差，未充分利用現有的實(shí)驗條件的情況，將多種類(lèi)型的實(shí)驗平臺進(jìn)行整合,在學(xué)院及系里教學(xué)規劃和實(shí)驗經(jīng)費允許的情況下，將課程內容調整為驗證性、綜合性和創(chuàng )新性實(shí)驗3部分，使實(shí)驗內容既配合理論課程的教學(xué)，又與現代通信技術(shù)同步發(fā)展，使實(shí)驗課程的教學(xué)從內容到形式上都有較大改觀(guān)。
總之，通過(guò)采取多種實(shí)驗模式相結合的靈活教學(xué)方法，最終目的只有一個(gè)，就是希望使學(xué)生經(jīng)過(guò)大學(xué)4年的學(xué)習，成為具有扎實(shí)理論基礎、較強動(dòng)手能力的高素質(zhì)人才，同時(shí)又具有較強的競爭力。
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