《现代通信原理》实验教学改革探析
摘要：本文以培养学员通信系统分析和设计的能力，为部队输送具有实践能力和创新精神的应用型通信技术人才为培养目标，从教学方法改革、教学内容改革和实验室环境建设等三方面对《现代通信原理》实验教学进行了探索分析。
关键词：现代通信原理；教学改革；自主实验；开放性实验室
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）45-0047-03
一、引言
《现代通信原理》是信息与通信工程专业的核心基础课程，是学员将来从事军队信息化建设工作的重要知识储备。在现代信息化作战模式中，通信作为信息传递的重要工具发挥着巨大作用，它是保障军队指挥的基本手段，是衡量军队战斗力的要素之一。现代通信原理课程的主要特点是理论性强、数学公式推导多，在教学过程中，学员普遍反映课堂教学内容抽象、理论性强、难以理解和掌握，而实验作为一个最简单有效的途径，可以达到使通信原理抽象内容具体化的目的。现代通信原理实验课程以全面提升学员通信素养为根本，以实验教学内容和教学方法改革为重点，以培养学员实践能力、创新能力和一丝不苟的科研作风为核心，依托现代通信原理实验室建设为保障，体现实验教学与理论讲授的有机融合。
二、教学内容改革
1.充足教学体系，优化课程结构。基于实验箱的实体实验，是通信原理实验的传统形式。实体实验课程以信息传输为核心，主要学习通信系统主要部件工作原理，重点研究部件各种理论实现的可行性，比较其性能的优劣，但不讨论具体实现电路。
实体实验相比较于抽样理论知识的学习，更加形象具体，对学员充分理解通信系统各个层面、各部分的结构及工作原理有着重要的作用。实体实验的具体操作过程是在实际电路上得出实际信号，高度近似实际通信工程测试，因此实体实验能够培养学员对实际通信电路及信号的认识，熟悉经典通信电路的设计与组成。另外，实体实验是对理论知识的具体应用，加快理论知识向应用能力的转换速度。示波器等通信仪器仪表常作为必备的辅助工具被应用到通信原理实体实验中，通过实验可以使学员掌握这类仪器仪表的使用，为在通信系统的分析测试中的应用打好基础。目前的实体实验项目中，多以验证性实验和综合类实验为主，实验的设计性差，抑制了学员的创新意识、创新能力，实体通信原理实验箱由于方便观察波形，多用于调制解调等原理，而编解码、同步等过程不易体现。另外，实体实验受实验地点、实验时间和实验设备的限制，不利于开放性实验教学的开展。仿真实验的引入，很好地弥补实体实验的缺陷，极大地提高实验的设计性和创新性，增长学员学习兴趣和热情，实现通信基础理论与计算机仿真技术相结合的实践教学。但是，仿真实验教学的引入，并不代表要抛弃或减少实体实验。因为实体实验得到的是真实的信号波形，是参数设置及多种外界因素共同影响的结果，只有实体实验才能反映通信原理的实战性和工程性。
因此，在实际的通信原理实验教学中，采用基于实验箱的实体实验与基于软件开发平台的仿真实验相结合的手段，充实实验教学体系、优化课程结构，充分利用现有的实验条件，将多种类型的实验平台进行整合，使实验内容合理配合理论课程的教学。
2.增加实验学时，合理设定比例。《现代通信原理》实验为8个学时，《通信原理》实验为6个学时，要通过短短几个学时锻炼学员动手实践能力，提高通信系统分析设计能力是远远不够的。这就需要增加实验学时，延长实验室开放时间以满足学员的自主实验要求，同时对实验室的日常管理维护，实验室规范制定等方面提出新的要求。依据培养学员通信系统分析能力的基本目标和通信系统设计能力的根本目标，现代通信原理实验室应以实体实验项目为基础，重点建设仿真实验项目。我室已有的TLS-T301型通信原理实训平台可完成实体实验20项，包括基础知识实验、模拟信号数字化实验、数字基带传输实验、数字频带传输实验、同步技术实验及综合设计实验六大类，开设信道、模拟调制系统、模拟信号数字化、数字频带传输、数字基带传输、差错控制编码、同步原理及扩频通信原理等基于SystemView平台的仿真实验，共计34项。与同水平高等院校实验室开设的实验项目相比，我室开设实验项目数目多、内容丰富。在常用通信理论实验基础上，开设新型通信技术实验，有助于提高学员兴趣，扩展视野。
3.配合装备需要，研讨热门技术。作为军队院校课程，现代通信原理的实验教学内容应适应指挥装备教学的需要，突出军味。例如，某型炮兵射击指挥系统中的有线通信方式采用2FSK和2PSK两种，通过实验加强这两种数字调制方式的理解，有利于后续指挥装备课程的学习。其次减少过于简单和应用较少的通信技术类的实验项目，加强通信技术热门研究方向类的实验，例如基于移动通信中应用的主流技术CDMA码分多址的收发系统设计，基于卫星信道的QAM传输系统设计以及基于IEEE802.16d物理层采用的OFDM调制解调系统仿真等。同时对这方面实验的侧重也有利于学校教学水平与科技力量的提高。
三、教学方法改革
1.从按部就班到自主实验。目前实验教学多是“一条龙”式的教学模式，从实验目的、实验内容到实验步骤和实验注意事项都清楚地写在实验指导书上，学员只要按照实验步骤按部就班地在实训平台上接线、测试，遇到问题翻一下注意事项就能轻松解决问题。这种教学模式不利于调动学员的主动性和积极性，更谈不上培养创新意识了。在现代通信原理的实验教学改革中，必须逐渐摒弃这种做法，只把“实验题目”发给学生，从实验方案的拟定、实验器材的选取、实验过程的实现到实验分析报告的撰写，全过程都是学员自主完成。这种教学模式才能真正锻炼学员解决实际问题的能力，开拓视野，真正做到学以致用、教学相长。
2.从“固定”实验到实战竞赛。利用开放性设计实验室，吸收学员参加科研和实验改革，培养学员分析问题的能力、探索能力和创新能力。开放性实验设计是培养学生创造思维的一条有效途径，对于求知欲强、实验兴趣浓、动手能力强的学员，教员应鼓励他们做自己爱好的项目或组成团队参加具体的课题或项目的研究。利用开放性实验室，鼓励学员参加电子设计大赛、机械电子设计大赛等实战竞赛，使学员真正参与实战较量，通过比赛中的讨论交流，不仅可以锻炼学员的实际操作能力、拓展思路、学习新知识，而且还可以培养创新意识和创新思维，增强集体荣誉感和自信心。
3.从实验结果到过程分析。在实验分析总结报告中，大部分学员注重答案的“准确性”，利用课上所学的知识推导出实验要求的信号波形或数值，否认实验结果的突发性和多因素性。教员在评定分数时，应该改变根据理论推导得出的“理想状态”作为标准的模式，转为注重实验结论的分析，从注重“是什么”转变为分析“为什么”的思维方式，将学员课上表现力作为评定的主要依据。学员进行实验分析时，遇到不明白的问题，可以分组进行讨论，或者查阅相关文献和资料，学习新知识，这样有助于培养善于思考、主动探索的良好习惯。
4.从完成实验到问题思考。在完成要求实验的基础上，精心设计实验思考题可以帮助学员对所学知识产生深层次的理解，提高学习兴趣。例如，在增量调制实验中，理论上要求编码器和译码器的时钟保持一致，译码器输出信号波形才与编码器输入模拟信号一致。如果同步改变发码时钟和收码时钟频率，对译码器输出波形会有什么影响呢？看到这个问题，学员的回答往往是输出波形失真，怎样失真却不得而解。只有通过实验，从实验结果中总结规律才会发现：当收码时钟频率是发码时钟频率的整数倍或因数时，译码输出波形在变化趋势上与编码输入模拟信号是一致的，只是幅度相应的增大或减小，而收码时钟频率远小于发码时钟频率时，译码输出波形才会产生严重失真，这与增量调制的原理有关。通过思考题不仅帮助学员回忆增量调制的编译码原理，还激发了学员动手和思考能力，增强解决实际问题的自信心。
四、实验条件和环境的改善
1.利用现代化教学手段。理论授课的教学手段丰富，多数教室都配备投影仪、计算机、扩音器、网络等现代化软硬辅教设施，而专业课实验室往往是教学手段缺失，教员讲解实验只能通过黑板板书、挂图等传统形式进行展示，不利于学员产生生动直观的印象。在实验室改革中，应增加现代化的教学辅助设施，利用多媒体教学方便各种实验原理的示图、流程展示，有利于对理论知识的复习回顾，给学员留下深刻的印象，加深理解。增加网络教学使学员在课堂上就可完成仿真实验报告并上交，方便教员与学员探讨交流。为实现网络实验教学，需对实验室配置教学网络，采用一对多的布局，一方面方便教员检查学员实验进展情况，利于学员与教员的交流，另一方面防止学员剽窃他人实验报告。
2.购置先进仪器设备。实验设备是实验教学的重中之重，一流的实验室必须依托先进的实验设备和仪器。在教育资金有限的情况下，一种有效的办法是购置为学科多层次、多方向共享的研究平台。欲购进的程控交换实验平台可以同时满足本科现代通信原理实验和研究生通信课程的教学要求，另外该平台二次开发的功能可为拓展兴趣、深入研究的学员提供方便。
3.提升教员整体素质。人才是教育的核心力量，要充分发挥实验室的效能，就必须有一支学术造诣深、思想稳定的团队。提高教员的学术水平是提高教学水平的基础，一条可行之路是吸引教员开展科研开发和教育研究。科研工作不仅能给实验室建设积累经费，更能调动青年教员的工作积极性，使实验室建设乃至学科建设进入良性发展阶段。
五、结语
现代通信原理实验教学要突出“以学员为主体”的指导理念，一切从提高学员实践操作能力、激发学习主动性、培养一丝不苟科研作风的目的出发，采取自主式、启发式、诱导式和师生共同讨论等方式指导学员实验，充分发掘学员的创新能力，为部队输送创新型通信技术人才提供有力支持。
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作者简介：王文娟（1984-），女，中国人民解放军军械工程学院助教。