石慶蘭

中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 100083

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

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(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀及不足，提出了改變傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，采用傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)與基于SystemView的仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的改革新思路，并闡明了該方法的優(yōu)越性。

實(shí)驗(yàn)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(dòng)了全球科學(xué)技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，同時(shí)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(shí)施“面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”，這是我國高等教育教學(xué)改革的一項(xiàng)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(shí)代，通信專業(yè)更應(yīng)走在時(shí)代的前沿，同時(shí)也正面臨著更多的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)談?wù)勍ㄐ旁韺?shí)驗(yàn)課的改革思路。

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(shí)踐性都很強(qiáng)。其實(shí)踐性表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其理論,并通過實(shí)驗(yàn)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(shí)，深刻認(rèn)識(shí)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(shí)，應(yīng)同步開設(shè)通信原理實(shí)驗(yàn)課。

傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)課一般是以硬件通信實(shí)驗(yàn)設(shè)備為主體，采用示波器、信號(hào)源、雜音計(jì)、頻率計(jì)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(shí)驗(yàn)環(huán)境里做實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)際電路進(jìn)行各種操作能夠提高動(dòng)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(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目前也存在一些問題。(1)由于硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本高，且研發(fā)周期長，設(shè)備更新較慢。(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本固定不變。為了提高實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的硬件電路都是固化、封裝在實(shí)驗(yàn)箱里。因此，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備無法為實(shí)驗(yàn)者提供一個(gè)可供實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。然而，隨著通信技術(shù)與計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課的教學(xué)迫切需要一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的各種模塊、算法進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)、分析及進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。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(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)的大型軟件SystemView軟件作為仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)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(jì)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(jì)、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(shí)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(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。

采用SystemView仿真平臺(tái)作為硬件實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充使學(xué)生既可以完成實(shí)驗(yàn)室中用硬件難以實(shí)現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，又可使學(xué)生在實(shí)踐中提高綜合設(shè)計(jì)的能力，加強(qiáng)系統(tǒng)性和工程性的訓(xùn)練。同時(shí)也使通信系統(tǒng)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅僅是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充，同時(shí)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(shí)驗(yàn)相結(jié)合具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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(shí)驗(yàn)采用以硬件實(shí)驗(yàn)方法為主，能夠培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者的實(shí)際動(dòng)手能力，掌握基本實(shí)驗(yàn)技能。而對發(fā)展較快的新技術(shù)采用以仿真實(shí)驗(yàn)為主。由于SystemView仿真軟件為實(shí)驗(yàn)者提供了一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。因此，利用該平臺(tái)可以為實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)出更多更新的實(shí)驗(yàn)，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(shí)掌握也不會(huì)牢固，同樣也不能適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和知識(shí)更新的要求。SystemView為用戶提供了一個(gè)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)?；旌舷到y(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(jì)、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(jì)和仿真等。在這樣一個(gè)功能強(qiáng)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(dòng)性不斷地學(xué)習(xí)、鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)，還可以充分發(fā)揮其創(chuàng)造力不斷地拓展、吸收新知識(shí)。

第三，設(shè)備成本低，易于維護(hù)。我們知道傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)不僅需要硬件系統(tǒng)本身，還需要穩(wěn)壓電源、信號(hào)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(shí)驗(yàn)者操作不當(dāng)經(jīng)常容易造成實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)給實(shí)驗(yàn)者提供了一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，免除了實(shí)驗(yàn)者的許多顧慮，可以大膽地在上面做各種實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，該仿真平臺(tái)還可以為實(shí)驗(yàn)者提供更多的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法。

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

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[2]石慶蘭，常華.通信原理實(shí)驗(yàn)及仿真教程[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2006

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[7]羅衛(wèi)兵，孫樺，張捷.SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2001

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。