現代通信原理實(shí)驗教學(xué)改革初探論文
通信原理實(shí)驗是通信原理理論課程的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，目的是通過(guò)通信原理實(shí)驗教學(xué)，使學(xué)生在通信原理理論課程學(xué)習的基礎上，進(jìn)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(xué)生的基本技能和綜合運用所學(xué)知識分析、解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。但是我校通信原理課程的實(shí)驗教學(xué)一直存在著(zhù)內容偏少、教學(xué)手段落后等問(wèn)題。因此我們對通信原理實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了以下幾方面探索改革：
一、教學(xué)內容探索改革
通信原理理論課理論性強，數學(xué)公式推導多，抽象概念多，同時(shí)要求學(xué)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(guān)系，因此理論課方面要提高講課質(zhì)量，同時(shí)需要相應的實(shí)驗配合，并不斷加強實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，改革實(shí)驗教學(xué)內容，讓學(xué)生加深對理論課程內容的理解和掌握，但是，以前我們實(shí)驗內容較少，只有五個(gè)：（PAM）抽樣定理與脈沖調幅實(shí)驗、（PSK）移相鍵控實(shí)驗、（FSK）移頻鍵控實(shí)驗、（PCM）編譯碼系統實(shí)驗、循環(huán)碼編譯碼系統實(shí)驗，不能滿(mǎn)足教學(xué)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(shí)驗系統”，調整充實(shí)實(shí)驗內容，新增加充實(shí)的實(shí)驗項目十個(gè)：振幅調制傳輸系統實(shí)驗、單邊帶調制實(shí)驗、雙邊帶調制實(shí)驗、頻率調制傳輸系統實(shí)驗、QPSK傳輸系統實(shí)驗、π/4DQPSK傳輸系統實(shí)驗、MSK傳輸系統實(shí)驗、GMSK傳輸系統實(shí)驗、、16QAM傳輸系統實(shí)驗和CDMA傳輸系統實(shí)驗。為提高學(xué)生的動(dòng)手能力，掌握常用通信系統的設計方法，再新增加二次開(kāi)發(fā)的實(shí)驗項目七個(gè)：可變分頻器實(shí)驗、m序列產(chǎn)生實(shí)驗、噪聲信號的產(chǎn)生實(shí)驗、復接實(shí)驗、幀同步實(shí)驗、CMI編譯碼實(shí)驗、CMDA擴頻調制解調實(shí)驗等。這樣可使實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)內容更好地結合起來(lái)，為提高教學(xué)質(zhì)量創(chuàng )造條件。教學(xué)內容的調整改革在精、用、新三個(gè)方面進(jìn)行：
1.精，就是在實(shí)驗中用精選的理論知識作指導，在講清實(shí)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(shí)驗中，只要求學(xué)生了解PCM編譯碼器內部結構及原理，而重點(diǎn)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(gè)脈沖編碼調制解調系統，并能在一定信噪比下，其動(dòng)態(tài)范圍滿(mǎn)足CCITT建議的樣板值要求。
2.用，教學(xué)注重學(xué)生實(shí)踐中能力的培養，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，例如：在PCM實(shí)驗基礎上，可以帶領(lǐng)學(xué)生組成團隊，設計一個(gè)小型程控交換機系統，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉脈沖編碼調制解調電路原理，同時(shí)還可學(xué)到程控交換技術(shù)的原理，拓寬學(xué)生的知識面，豐富和發(fā)展專(zhuān)業(yè)理論知識。
3.新，通信技術(shù)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(shí)驗的教學(xué)應盡可能跟上通信技術(shù)的發(fā)展，引入新的知識點(diǎn)。例如，我們采用的新型“現代通信原理綜合實(shí)驗系統”不僅涵蓋了通信原理的主要知識點(diǎn)，而且引入了新的通信技術(shù)（數字信號處理DSP技術(shù)FPGA技術(shù)等），該系統具有的優(yōu)點(diǎn)是：（1）采用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的通信原理綜合實(shí)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(xué)生牢固建立軟件無(wú)線(xiàn)電的概念。（2）該系統中用數字門(mén)電路實(shí)現全數字鎖相環(huán)，通過(guò)與模擬鎖相環(huán)各項指標比較，使學(xué)生加深數字鎖相環(huán)的概念、性能指標和使用場(chǎng)合。引入新內容，有助于突出學(xué)生的探索精神和創(chuàng )新思想，培養學(xué)生在通信技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域中的創(chuàng )新精神。
二、教學(xué)方法改革
以前的實(shí)驗內容主要以驗證為主，實(shí)驗手段較為單調，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習狀態(tài)，實(shí)驗積極性不高，為此，我們對教學(xué)方法進(jìn)行了以下改革：
�。ㄒ唬⿲W(xué)生為主體仿真實(shí)驗教學(xué)法
強調理論與實(shí)踐相結合，在以現代通信原理綜合實(shí)驗系統的實(shí)驗基礎上，增加仿真實(shí)驗。因為仿真軟件可以方便、直觀(guān)、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(kāi)發(fā)提供方案論證和實(shí)踐指導。仿真實(shí)驗主要以學(xué)生自行設計為主，學(xué)生可以任意改變實(shí)驗參數，甚至可以根據需求改變功能模塊及其連接，進(jìn)行各種環(huán)境下的仿真實(shí)驗，可以作為考查學(xué)生動(dòng)手能力、設計能力的重要手段。
�。ǘ﹩�(wèn)題探索教學(xué)法
在實(shí)驗教學(xué)中，不但要求學(xué)生掌握實(shí)驗原理，同時(shí)教師還設計提出思考問(wèn)題，引導學(xué)生積極討論、分析和提出解決問(wèn)題的方案，并最終解決問(wèn)題。例如：在做FSK實(shí)驗時(shí)，正常情況下，發(fā)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(shí)可解調還原發(fā)送的基帶數字信號。但傳號和空號載波頻率不變時(shí)，發(fā)送基帶數字信號的速率改為32Kbps后，會(huì )出現什么情況？讓學(xué)生討論、分析，并經(jīng)過(guò)實(shí)驗去證明，得出結論是：發(fā)送基帶數字信號的速率大于載波頻率時(shí)，不能正確解調基帶數字信號，解調端出現亂碼。
�。ㄈw納總結教學(xué)法
把實(shí)驗中的重要概念、基本原理進(jìn)行歸納總結，并作出結論教給學(xué)生，以利學(xué)生掌握和應用。例如：在循環(huán)碼編譯碼系統實(shí)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(gè)能被g(x)除盡的發(fā)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(shí)，表示接收無(wú)錯碼，否則有錯碼；2．按余式r2(x)通過(guò)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(fā)送碼c(x)。
同時(shí)根據新的教學(xué)大綱要求，結合新型的“現代通信原理綜合實(shí)驗系統”，我們改編有自己特色的實(shí)驗指導書(shū)，提出了預習要求，扼要介紹了實(shí)驗儀器及所用芯片工作原理、實(shí)驗內容和注意事項，以及實(shí)驗討論思考題等。在教材改編時(shí)，注重分析系統電路原理，熟悉實(shí)驗過(guò)程，重視實(shí)驗數據的分析。如在改編FSK調制與解調實(shí)驗時(shí)，其解調電路給出兩種，一種是鑒頻解調，另一種是過(guò)零解調，而指導書(shū)只對前一種解調方法的工作原理進(jìn)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(shí)驗。同時(shí)結合實(shí)驗課的特點(diǎn)，按“由淺到深，由單元到系統”的原則改編實(shí)驗內容，使學(xué)生循序漸進(jìn)地完成各項通信原理實(shí)驗。
三、增設開(kāi)放性設計實(shí)驗
開(kāi)放性實(shí)驗設計是培養學(xué)生創(chuàng )新思維的一條行之有效的途徑，有利于培養學(xué)生分析問(wèn)題的能力，有利于培養學(xué)生的探索能力，有利于培養創(chuàng )新人才。在老師指導下，學(xué)生組成團隊，參加具體的課題或項目的研究，學(xué)生通過(guò)查找資料，對所研究開(kāi)發(fā)系統有一個(gè)較為準確、簡(jiǎn)潔的描述，并提出自已所開(kāi)發(fā)的系統功能、性能指標及與系統中其它模塊之間的連接關(guān)系、特征、輸入、輸出特性。合作設計出初步的設計方案，計算實(shí)驗參數，充分利用仿真軟件對開(kāi)發(fā)的系統仿真，根據仿真結果畫(huà)出PCB電路板圖，然后制作電路板，進(jìn)行元器件的焊接和硬件的調試以及相應軟件的編寫(xiě)、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(kāi)放性實(shí)驗，讓學(xué)生充分利用實(shí)驗室實(shí)驗資源，同時(shí)學(xué)生可有更多機會(huì )理論聯(lián)系實(shí)際，培養掌握科學(xué)研究的方法。
四、改革使實(shí)驗教學(xué)水平得到提高
�。ㄒ唬┙⒘溯^完整的教學(xué)體系
我們在原通信原理課的實(shí)驗教學(xué)中增加了許多新的內容，建立了較完整的教學(xué)體系。過(guò)去我們只能開(kāi)出五項實(shí)驗，而現在則能開(kāi)出二十二項實(shí)驗，和開(kāi)放性設計實(shí)驗，內容覆蓋面較廣，實(shí)驗教師可根據專(zhuān)業(yè)要求和不同層次的學(xué)生布置必做、選做內容，使得教學(xué)內容更加符合實(shí)際需要。
�。ǘ┨岣吡私虒W(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量
改革實(shí)驗教學(xué)后，教學(xué)效率和教學(xué)效果大大提高，現在用較少的學(xué)時(shí)就可完成較多實(shí)驗。這樣，在基本不增加學(xué)時(shí)的前提下，可增加實(shí)驗內容。由于新型的“現代通信原理綜合實(shí)驗系統”采用較多新器件與新技術(shù)，不僅使學(xué)生學(xué)到許多新的知識，而且對于提高分析和解決問(wèn)題的能力具有明顯的促進(jìn)作用。另外，該綜合實(shí)驗系統各實(shí)驗模塊除可單獨開(kāi)設實(shí)驗外，同時(shí)每個(gè)實(shí)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(fā)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(xué)生能充分了解各模塊在系統中發(fā)揮的作用和其性能變化對系統的影響。改革后教學(xué)實(shí)踐證明，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合能力和創(chuàng )新能力。
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