石慶蘭

中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 100083

改變單一的實驗?zāi)Ｊ?，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

石慶蘭

中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 100083

文章分析了通信原理實驗課程的現(xiàn)狀及不足，提出了改變傳統(tǒng)單一的實驗?zāi)Ｊ?，采用傳統(tǒng)的硬件實驗與基于SystemView的仿真實驗相結(jié)合的改革新思路，并闡明了該方法的優(yōu)越性。

實驗教學(xué)；教學(xué)改革；仿真技術(shù)

由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展推動了全球科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，同時也影響著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，引發(fā)了全球范圍內(nèi)各行各業(yè)科學(xué)技術(shù)的變革。教育事業(yè)也同樣經(jīng)歷著這樣一種迅猛的變革。從1995年開始，國家教委實施“面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃”，這是我國高等教育教學(xué)改革的一項重要工程，其中教學(xué)方法的改革便是順應(yīng)這種變革的要求。而處在紛繁復(fù)雜、日新月異的信息時代，通信專業(yè)更應(yīng)走在時代的前沿，同時也正面臨著更多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及實驗手段已不能適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展要求，迫切需要在教材內(nèi)容及實驗技術(shù)等方面更新。筆者根據(jù)多年從事通信原理的教學(xué)經(jīng)驗談?wù)勍ㄐ旁韺嶒炚n的改革思路。

通信原理課程是電子信息專業(yè)、通信工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)理論課，理論性和實踐性都很強。其實踐性表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都可以通過實驗驗證其理論,并通過實驗對理論進(jìn)行分析。為了鞏固學(xué)生在課堂教學(xué)過程中所掌握的理論知識，深刻認(rèn)識通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其工作原理，依據(jù)通信原理教學(xué)大綱，在開設(shè)通信原理理論課的同時，應(yīng)同步開設(shè)通信原理實驗課。

傳統(tǒng)的通信原理實驗課一般是以硬件通信實驗設(shè)備為主體，采用示波器、信號源、雜音計、頻率計等儀器進(jìn)行測試、記錄系統(tǒng)的性能指標(biāo)。學(xué)生在這種實驗環(huán)境里做實驗，通過對實際電路進(jìn)行各種操作能夠提高動手能力，加深對理論的理解，收到良好的效果。但隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信原理實驗課的教學(xué)目前也存在一些問題。(1)由于硬件實驗設(shè)備成本高，且研發(fā)周期長，設(shè)備更新較慢。(2)實驗內(nèi)容基本固定不變。為了提高實驗系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，每個實驗的硬件電路都是固化、封裝在實驗箱里。因此，實驗的內(nèi)容及主要系統(tǒng)參數(shù)一般也是固定不變的。此外，傳統(tǒng)的硬件實驗設(shè)備無法為實驗者提供一個可供實驗者進(jìn)行創(chuàng)新實驗的平臺。然而，隨著通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的不斷融合，各種新的通信技術(shù)、層出不窮。顯然，傳統(tǒng)的硬件實驗設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的要求。因此，通信原理實驗課的教學(xué)迫切需要一個開放的實驗平臺，該平臺能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的各種模塊、算法進(jìn)行仿真設(shè)計、分析及進(jìn)行仿真實驗。我們對目前比較流行的MATLAB及SystemView做了比較，決定采用當(dāng)前國際上最流行也是最優(yōu)秀的適合通信系統(tǒng)設(shè)計、仿真及實驗的大型軟件SystemView軟件作為仿真實驗平臺。SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊去描述程序，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用編寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)，訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時域和頻域分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。

采用SystemView仿真平臺作為硬件實驗的補充使學(xué)生既可以完成實驗室中用硬件難以實現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計，又可使學(xué)生在實踐中提高綜合設(shè)計的能力，加強系統(tǒng)性和工程性的訓(xùn)練。同時也使通信系統(tǒng)理論教學(xué)與實驗教學(xué)兩個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，使實驗教學(xué)不僅僅是理論教學(xué)的輔助和補充，同時也是理論教學(xué)的延伸，以及創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。采用SystemView仿真軟件與硬件實驗相結(jié)合具有以下優(yōu)點：

第一，能夠適應(yīng)通信新技術(shù)不斷發(fā)展的要求。對于基本實驗采用以硬件實驗方法為主，能夠培養(yǎng)實驗者的實際動手能力，掌握基本實驗技能。而對發(fā)展較快的新技術(shù)采用以仿真實驗為主。由于SystemView仿真軟件為實驗者提供了一個開放的實驗平臺，對于通信系統(tǒng)中出現(xiàn)的新理論、新方法和新技術(shù)都可以利用該平臺進(jìn)行仿真實驗。因此，利用該平臺可以為實驗者設(shè)計出更多更新的實驗，使學(xué)生能夠很快地適應(yīng)新技術(shù)不斷發(fā)展不斷變化的潮流。

第二，培養(yǎng)學(xué)生的再學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。近些年，通信技術(shù)發(fā)展之快是顯而易見的。若是盲目地跟隨潮流而忽略了基本理論的學(xué)習(xí)，知識掌握也不會牢固，同樣也不能適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和知識更新的要求。SystemView為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信技術(shù)已日趨成熟和完善。利用SystemView帶有的CDMA、DVB等擴(kuò)展庫即可十分方便地完成這些系統(tǒng)的設(shè)計和仿真等。在這樣一個功能強大、性能優(yōu)越、可視化效果非常好的仿真環(huán)境下，學(xué)生可以充分發(fā)揮主動性不斷地學(xué)習(xí)、鞏固基礎(chǔ)理論知識，同時，還可以充分發(fā)揮其創(chuàng)造力不斷地拓展、吸收新知識。

第三，設(shè)備成本低，易于維護(hù)。我們知道傳統(tǒng)的硬件實驗不僅需要硬件系統(tǒng)本身，還需要穩(wěn)壓電源、信號源、示波器及其它測量設(shè)備。這些設(shè)備成本高，維護(hù)起來困難。特別是由于實驗者操作不當(dāng)經(jīng)常容易造成實驗設(shè)備和儀器的損壞，增加了設(shè)備的維護(hù)成本。而仿真實驗平臺給實驗者提供了一個虛擬的實驗環(huán)境，免除了實驗者的許多顧慮，可以大膽地在上面做各種實驗。同時，該仿真平臺還可以為實驗者提供更多的實驗儀器和實驗方法。

通過2年的教學(xué)改革實踐證明，在傳統(tǒng)的硬件實驗基礎(chǔ)上增加仿真實驗極大地激發(fā)了學(xué)生動手實踐的興趣，提高了學(xué)生的動手能力，而且也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。同時，也加快了通信原理的課程建設(shè)及實驗室建設(shè)。

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[3]曹志剛，錢亞生.現(xiàn)代通信原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008

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[6]張志涌. MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版，2006

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Abstract：The paper analyses the status of the course of Experimenting on communication System Principles. The paper also points out tits problems . A new reform approach is proposed ,which combines traditional hardware experiments and simulation experiments based on SYSTEMVIEW. Its advantages have also been clarified.

Key words：experimental course；teaching reform；simulation technique.

By changing the single experimental model to cultivate the student’s awareness of creativity

Shi Qinglan
China agricultural university,Beijing，100083, China

2009-09-18

石慶蘭，副教授。