现代通信原理实验教学改革初探
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摘要：文章针对传统通信原理实验教学存在着内容较少、教学手段落后等问题，提出了采用新型的“现代通信原理综合实验系统”和二次开发以及增加开放性设计实验的改革方法，使通信原理教学质量得到了提高。
关键词：通信原理；开放性设计实验； 实验教学改革
通信原理实验是通信原理理论课程的重要实践教学环节，目的是通过通信原理实验教学，使学生在通信原理理论课程学习的基础上，进一步加深对通信原理基本概念的理解和基本理论的掌握，培养学生的基本技能和综合运用所学知识分析、解决问题的能力，提高学生的专业素质。但是我校通信原理课程的实验教学一直存在着内容偏少、教学手段落后等问题。因此我们对通信原理实验教学进行了以下几方面探索改革：
一、教学内容探索改革
通信原理理论课理论性强，数学公式推导多，抽象概念多，同时要求学生掌握通信系统的基本原理，特别是数字通信的基本理论；牢固掌握通信系统的原理图及各系统输入、输出信号间的关系，因此理论课方面要提高讲课质量，同时需要相应的实验配合，并不断加强实践教学环节，改革实验教学内容，让学生加深对理论课程内容的理解和掌握，但是，以前我们实验内容较少，只有五个：（PAM）抽样定理与脉冲调幅实验、（PSK）移相键控实验、（FSK）移频键控实验、（PCM）编译码系统实验、循环码编译码系统实验，不能满足教学大纲的要求。于是，我们更新采用新型的“现代通信原理综合实验系统”，调整充实实验内容，新增加充实的实验项目十个：振幅调制传输系统实验、单边带调制实验、双边带调制实验、频率调制传输系统实验、QPSK传输系统实验、π/4DQPSK传输系统实验、MSK传输系统实验、GMSK传输系统实验、、16QAM传输系统实验和CDMA传输系统实验。为提高学生的动手能力，掌握常用通信系统的设计方法，再新增加二次开发的实验项目七个：可变分频器实验、m序列产生实验、噪声信号的产生实验、复接实验、帧同步实验、CMI编译码实验、CMDA扩频调制解调实验等。这样可使实践教学与理论教学内容更好地结合起来，为提高教学质量创造条件。教学内容的调整改革在精、用、新三个方面进行：
1.精，就是在实验中用精选的理论知识作指导，在讲清实验原理的基础上，以定性分析为主，辅以必要的定量计算。例如：在PCM实验中，只要求学生了解PCM编译码器内部结构及原理，而重点是能定性分析和熟悉它的逻辑功能、电路外引脚的使用，以及掌握怎样用PCM编译码器设计一个脉冲编码调制解调系统，并能在一定信噪比下，其动态范围满足CCITT建议的样板值要求。
2.用，教学注重学生实践中能力的培养，提高学生分析问题、解决问题的能力，例如：在PCM实验基础上，可以带领学生组成团队，设计一个小型程控交换机系统，使学生进一步熟悉脉冲编码调制解调电路原理，同时还可学到程控交换技术的原理，拓宽学生的知识面，丰富和发展专业理论知识。
3.新，通信技术日新月异，通信系统不断趋向于数字化、智能化、大规模集成化。通信原理实验的教学应尽可能跟上通信技术的发展，引入新的知识点。例如，我们采用的新型“现代通信原理综合实验系统”不仅涵盖了通信原理的主要知识点，而且引入了新的通信技术（数字信号处理DSP技术FPGA技术等），该系统具有的优点是：（1）采用软件无线电技术的通信原理综合实验系统中FSK、BOSK、DBPSK调制解调器采用同一硬件平台（DPS+FPA），易使学生牢固建立软件无线电的概念。（2）该系统中用数字门电路实现全数字锁相环，通过与模拟锁相环各项指标比较，使学生加深数字锁相环的概念、性能指标和使用场合。引入新内容，有助于突出学生的探索精神和创新思想，培养学生在通信技术及相关领域中的创新精神。
二、教学方法改革
以前的实验内容主要以验证为主，实验手段较为单调，学生处于被动学习状态，实验积极性不高，为此，我们对教学方法进行了以下改革：
（一）学生为主体仿真实验教学法
强调理论与实践相结合，在以现代通信原理综合实验系统的实验基础上，增加仿真实验。因为仿真软件可以方便、直观、形象地构建通信系统，提供丰富的部件资源，强大的分析功能，可对硬件开发提供方案论证和实践指导。仿真实验主要以学生自行设计为主，学生可以任意改变实验参数，甚至可以根据需求改变功能模块及其连接，进行各种环境下的仿真实验，可以作为考查学生动手能力、设计能力的重要手段。
（二）问题探索教学法
在实验教学中，不但要求学生掌握实验原理，同时教师还设计提出思考问题，引导学生积极讨论、分析和提出解决问题的方案，并最终解决问题。例如：在做FSK实验时，正常情况下，发送基带数字信号的速率为500bps，传号载波频率为22KHz，空号载波频率为9KHz，这时可解调还原发送的基带数字信号。但传号和空号载波频率不变时，发送基带数字信号的速率改为32Kbps后，会出现什么情况？让学生讨论、分析，并经过实验去证明，得出结论是：发送基带数字信号的速率大于载波频率时，不能正确解调基带数字信号，解调端出现乱码。
（三）归纳总结教学法
把实验中的重要概念、基本原理进行归纳总结，并作出结论教给学生，以利学生掌握和应用。例如：在循环码编译码系统实验中，归纳总结编码规则为三步：1．用xn-k乘以信息多项式m(x)；2．用生成多项式g(x)除xn-km(x)，得到余式r1(x)；3．把余式r1(x)的系数作为监督元附加在m(x)的后面，就得到一个能被g(x)除尽的发送码c(x)。归纳总结译码规则为三步：1．用接收码R（x）除以生成多项式g(x)，得到余式r2(x)，当r2(x)=0时，表示接收无错码，否则有错码；2．按余式r2(x)通过运算得错误图样E（x）; 3．从R（x）中减去E（x），可得到已纠正的原发送码c(x)。
同时根据新的教学大纲要求，结合新型的“现代通信原理综合实验系统”，我们改编有自己特色的实验指导书，提出了预习要求，扼要介绍了实验仪器及所用芯片工作原理、实验内容和注意事项，以及实验讨论思考题等。在教材改编时，注重分析系统电路原理，熟悉实验过程，重视实验数据的分析。如在改编FSK调制与解调实验时，其解调电路给出两种，一种是鉴频解调，另一种是过零解调，而指导书只对前一种解调方法的工作原理进行详细分析，将后一种解调方法放在讨论和思考上，然后独立完成实验。同时结合实验课的特点，按“由浅到深，由单元到系统”的原则改编实验内容，使学生循序渐进地完成各项通信原理实验。
三、增设开放性设计实验
开放性实验设计是培养学生创新思维的一条行之有效的途径，有利于培养学生分析问题的能力，有利于培养学生的探索能力，有利于培养创新人才。在老师指导下，学生组成团队，参加具体的课题或项目的研究，学生通过查找资料，对所研究开发系统有一个较为准确、简洁的描述，并提出自已所开发的系统功能、性能指标及与系统中其它模块之间的连接关系、特征、输入、输出特性。合作设计出初步的设计方案，计算实验参数，充分利用仿真软件对开发的系统仿真，根据仿真结果画出PCB电路板图，然后制作电路板，进行元器件的焊接和硬件的调试以及相应软件的编写、系统参数的测试，使系统功能、性能指标达到设计要求，并能能正常运行。增设开放性实验，让学生充分利用实验室实验资源，同时学生可有更多机会理论联系实际，培养掌握科学研究的方法。
四、改革使实验教学水平得到提高
（一）建立了较完整的教学体系
我们在原通信原理课的实验教学中增加了许多新的内容，建立了较完整的教学体系。过去我们只能开出五项实验，而现在则能开出二十二项实验，和开放性设计实验，内容覆盖面较广，实验教师可根据专业要求和不同层次的学生布置必做、选做内容，使得教学内容更加符合实际需要。
（二）提高了教学效率和教学质量
改革实验教学后，教学效率和教学效果大大提高，现在用较少的学时就可完成较多实验。这样，在基本不增加学时的前提下，可增加实验内容。由于新型的“现代通信原理综合实验系统”采用较多新器件与新技术，不仅使学生学到许多新的知识，而且对于提高分析和解决问题的能力具有明显的促进作用。另外，该综合实验系统各实验模块除可单独开设实验外，同时每个实验模块可串入到不同的系统中去，构成从信号输入、编码、调制、发送，到接收、解调、译码输出等完整的综合通信系统，系统概念强，使学生能充分了解各模块在系统中发挥的作用和其性能变化对系统的影响。改革后教学实践证明，能够提高学生的动手能力、综合能力和创新能力。
【参考文献】
[1]薛峰．浅谈电子技术课程的优化教学改革[J]．现代教育化，2001，(12)．
[2]杨海平，唐修连，陈宪钜．运用综合实验系统改革通信原理实验[J]．实验室研究与探索，1999，(2)．
[3]曹志刚，钱亚生．现代通信原理[M]．北京：清华大学出版社，2004．
【作者简介】白运新（1958- ），男，广东汕头大学高级工程师。
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