通信原理课程实验教学模式的研究与实践

杨丞

摘要：文章主要简述传统的计算机仿真模式和实验箱模式在通信原理实验教学中的现状以及不足，研究出三种逐层提高的教学模式，即进行模块化验证、模块功能自主实现的仿真设计实验、硬件平台与硬件描绘语言相结合的设计实验。实践显示，要想发展学生的学习兴趣，必须对教学方法进行改革创新，从而达到提升学生创新以及实践能力的目的。

关键词：实验教学；通信原理；教学改革

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0279-02

通信原理是普通专业中连接专业课和基础课的重要部分，主要将基础理论应用到实际中。通信原理属于电子信息中不可替代的核心理论课程。它对于学生的综合应用能力以及通信理论分析能力的培养起着不可替代的作用。由于通信原理相应的数学推导比较复杂，理论性强，大多数原理概念十分笼统。为了使原本抽象的概念形象化，教师在理论教学时，必须以合理有效的方式代入实验环节。只有如此，学生才能更好地掌握理论，提升他们的学习兴趣和实践能力。

一、通信原理课程实验教学中的不足

1.实验箱教学。实验箱教学是现阶段通信原理课程中最常采用的一种实验教学模式。这种实验方式操作简易，直观形象地让学生观察到实验结果，对于理论有着更深的理解。实验操作时，学生只需要按照相关知识找到电路板模板，进行电路连接以及拨动开关即可。这种实验简单不复杂，能够直观地观察结果数据，提升学生对理论知识的掌握。不过，对于学生的创新能力以及动手能力的培养，实验箱模式发挥的作用并不理想。首先，学生经常不做电路分析，也不思考实验原理，仅仅是按部就班地进行电路板的连接，在测试点查看数据，更有甚者可能连对错都无法判断。实验结束后，实验报告基本完全一致，因为都是按照实验指导书上的步骤做成实验结果报告。另外，该种实验缺乏一定的复杂性，动手操作太少，通过几次实验，一般学生不会对这种观察波形的实验有热情，学习主动性减弱，而对通信原理知识的掌握同样也不具效果。

2.计算机仿真实验教学模式。一般来说，为了满足实验教学需要，以往采用试验箱教学模式，学校至少需要20套设备才能满足学生的实验课程。一套设备主要包含通信原理综合实验箱、万用表以及示波器和函数信号发生器等，价格昂贵。总体来说，仿真实验是一个具有多项优势的教学模式，不仅解决成本经费问题，而且开设简单方便。

Matlab的SIMULINK仿真平台和System View软件，是通信原理课程实验运用的两种仿真软件。System View软件在实行系统设计时，仅仅只要从配置的图符中调出相关图符，并执行多个图符间的参数设置以及连接，便可得出相关结果。Matlab的SIMULINK仿真平台能够进行交互动态仿真，通过模块框图设计出仿真模型，操作方便，不用设计模块中的硬件和软件，仿真结果直观形象。

计算机仿真教学模式类似实验箱模式，虽然仿真实验教学开设较为方便，能够在多媒体教学中进行讲授以及让学生在课后进行练习，对于学生掌握理论知识确实有帮助。不过，它仅仅只是为学生给予直观波形显示，对通信系统的模块组成有一个充分了解，但学生对于模块功能是怎样实现的并不了解，这就对学生的能力提升有所限制。

二、通信原理三级实验教学模式

结合笔者多年的实验教学经验，以及通信原理实验教学中存在的不足，总结出一套逐步提升的实验教学模式，分别为验证型实验教学模式、仿真实现型实验教学模式以及综合设计型实验模式。

1.验证型实验教学。让学生充分了解各通信系统的模块组成和各模块处理后通信信号波形的改变，是验证型实验教学的主要目的，与此同时，还能够让学生对那些模糊的理论知识有一个更加清晰的了解。验证型实验能够通过运用传统试验箱进行。本文以SIMULINK平台为例，通过模块库查找到需要的DSBAM调制模块、DSBAM解调模块和波形显示模块以及信号发生器、高斯信道模块，最后进行模块参数设置连接。但因实验时间受到限制，为了能够让学生多做一些较为典型的通信系统，可以将本实验分为课程实验、课堂演示、课后实验三部分。

2.仿真实现型实验教学。由于学生对模块结构的理解和掌握不够，初级验证型实验只能对理论知识进行简单演示，所以不能让学生对理论知识有一个足够的理解。在此基础上，让学生独立实现模块功能，从仿真软件模块中分离，不仅可以提升对专业理论的掌握，也能提升算法技巧，建立良好的综合设计实验基础。例如，采用已调信号以及高斯噪声信号的加法实现高斯信道模块；DSBAM调制模块主要探求载波信号与调制信号的乘积运算；DSBAM解调模块还要设计低通滤波器对乘积信号进行低通滤波处理。因此，从上述内容能够得出，要想有针对性地设计出仿真性算法，需要熟悉掌握DSBAM调制解调系统的原理。另外，根据提出的验证型实验，非常方便地确认波形结果。显而易见，这种实验方法能够让学生对通信原理的理论知识有一个更深的理解。

3.综合设计型实验教学。EDA技术属于现代电子设计的重要核心技术，一般来说，学习通信原理课程之前，学生就已经学习了相关的EDA技术课程。EDA技术主要以EDA软件工具为开发环境，采用可编程器件作为实验载体，从而达到自动逻辑编译、逻辑综合以及布局布线和逻辑优化等目的。此外，ASIC和SOC芯片是基于电子系统的设计技术。因此，在综合设计型实验中采用EDA技术，是对學生培养硬件以及软件全方面能力的有效途径。

例如，较为简易的振幅键控（ASK）解调系统。解调器主要包含计数器和判决器以及分频器、寄存器等。寄存器指的是将数字ASK信号送到寄存器。分频器主要是将时钟信号分频处理，获取和发端数字载波一样的载波信号。计数器主要是将分频器输出的信号当作时钟信号，随后对ASK载波个数进行计数，M值大于3时输出1，反之输出0。判决器主要是对计数器输出信号给予采样判定，输出基带信号。按照以上进行语言编程，编译以及时序仿真之后，下载到FPGA目标器件上，达到硬件设计的目的。

综合设计型实验的重点是以课程设计模式进行的，也能以科技创新活动的方式进行。学生能够有足够的时间查找信息，演示设计方案并对结果进行验证，有效提高学生分析以及解决问题的能力，为学生在往后的工作中打下良好的实践基础。

三、三级实验模式教学成效

近年来，笔者根据学生的学习反馈，并考虑学生的学习兴趣以及理论教学需求，逐渐调整各级实验项目，并得到不错的效果。第一，提高学生对通信原理课程的学习积极性，不及格概率慢慢降低。第二，对电子通信系统设计中的兴趣有了显著提高，参与电子设计大赛的人随之增加，成绩也十分理想。第三，通信专业的考研学生渐渐提升，以通信系统设计为方向的毕业论文有显著提高。

四、结语

以上三级实验教学模式，对通信系统的设计从简单到复杂，培养学生的学习兴趣，帮助学生克服困难，同时让学生更深入地掌握理解通信原理的理论知识，为以后的课程和工作打下扎实基础。

参考文献：

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