劉云飛+田華明+黃子革+王鼎

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)的重要組成部分，對(duì)學(xué)員綜合能力培養(yǎng)有重要作用。海軍航空大學(xué)在構(gòu)建通信專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)體系、精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、加強(qiáng)開(kāi)放管理和革新教學(xué)方法等方面進(jìn)行了積極探索。通過(guò)大膽實(shí)踐，豐富了多層次實(shí)驗(yàn)新內(nèi)容，形成了全面開(kāi)放的新模式，探索出一條創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新途徑。

關(guān)鍵詞：通信專(zhuān)業(yè)；實(shí)驗(yàn)體系；虛實(shí)結(jié)合；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

0引言

通信專(zhuān)業(yè)是很多高等院校開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通信專(zhuān)業(yè)不可或缺的重要組成部分。通信專(zhuān)業(yè)一般要開(kāi)設(shè)的《通信原理》、《通信系統(tǒng)》等課程，都需要理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過(guò)實(shí)踐，加深對(duì)理論的理解，培養(yǎng)學(xué)員分析解決問(wèn)題的能力，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才和加強(qiáng)學(xué)科專(zhuān)業(yè)建設(shè)的重要途徑。如何更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，需要構(gòu)建完善合理的實(shí)驗(yàn)體系，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展與培養(yǎng)創(chuàng)新人才相結(jié)合。海軍航空大學(xué)經(jīng)過(guò)多年的研究建設(shè)，在通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)方面取得了較好的效果。

1構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)體系

通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。以海軍航空大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)為例，該專(zhuān)業(yè)所需開(kāi)設(shè)的課程包括《通信原理》、《通信技術(shù)》等專(zhuān)業(yè)課程，內(nèi)容涉及面較廣，因此不可能面面俱到，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮，重點(diǎn)建設(shè)。

1.1資源共享，創(chuàng)造良好實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)室所需的儀器設(shè)備較多。學(xué)校對(duì)所購(gòu)儀器設(shè)備按平臺(tái)化、通用化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化思路進(jìn)行籌劃，將整個(gè)電子系的儀器設(shè)備進(jìn)行資源共享。比如示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表等通用儀器設(shè)備，建立儀器設(shè)備資源共享庫(kù)，打破教研室界限，各教研室共享儀器設(shè)備配置，提高了儀器設(shè)備利用率。對(duì)通信專(zhuān)業(yè)所特需的儀器設(shè)備，則集中財(cái)力，利用2110建設(shè)項(xiàng)目等先后購(gòu)置了RZ9681型現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱和DS02902型多功能綜合虛擬測(cè)試儀。利用科研項(xiàng)目建設(shè)，自主研制開(kāi)發(fā)了基于PXI總線(xiàn)的通用軟件無(wú)線(xiàn)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和短波寬帶信道模擬器。協(xié)調(diào)機(jī)關(guān)，結(jié)合軍隊(duì)院校學(xué)院崗位實(shí)際，調(diào)撥了部隊(duì)現(xiàn)役通信電臺(tái)，形成從通信基本模塊到實(shí)裝的全層次覆蓋。

1.2軟硬結(jié)合，構(gòu)建綜合化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

通信專(zhuān)業(yè)學(xué)員人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)科目也多。所購(gòu)?fù)ㄐ偶夹g(shù)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)量不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。為此設(shè)計(jì)了開(kāi)發(fā)基于Matlab、Systemview和LabVIEW軟件的虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有功能全、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，與硬件平臺(tái)互為補(bǔ)充，使硬件平臺(tái)不能提供的實(shí)驗(yàn)得以通過(guò)虛擬軟件來(lái)完成。學(xué)員通過(guò)軟件模塊搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮其想象力，拓展其思維，提高其編程實(shí)踐能力。

虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建充分利用三種軟件的不同特點(diǎn)，偏于理論分析的應(yīng)用Maflab，偏于直觀信號(hào)分析的應(yīng)用LabVIEW，偏于軟件模塊搭建的應(yīng)用svstemview。硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用多功能綜合虛擬儀器與計(jì)算機(jī)結(jié)合可以替代傳統(tǒng)的示波器、邏輯分析儀和頻譜分析儀的功能，更為直觀、方便、節(jié)省空間，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的成本；現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱由模塊化構(gòu)成，可以獨(dú)立使用也可以方便的組合成各種通信系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱之間還可以通過(guò)組合構(gòu)成大的通信系統(tǒng)：軟件無(wú)線(xiàn)電平臺(tái)的引入可以方便地通過(guò)軟件定義的方式產(chǎn)生各種通信信號(hào)與調(diào)制方式，可以涵蓋通信系統(tǒng)級(jí)與信號(hào)級(jí)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：自主研發(fā)的信道模擬器可以給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和通信實(shí)裝方便地提供信道環(huán)境，可以很容易地制造出各種典型信道特性環(huán)境和電磁環(huán)境；能夠模擬的地域跨度非常廣闊，不受氣候條件限制，可隨時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。

這種綜合性實(shí)驗(yàn)新平臺(tái)的構(gòu)建符合當(dāng)今通信裝備的發(fā)展趨勢(shì)，使得學(xué)員和教員可以針對(duì)不同情況選擇不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，很好地解決了實(shí)驗(yàn)室投入有限與保障完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的問(wèn)題。

2精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

目前學(xué)員思維比較活躍，不喜歡單純性的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，感覺(jué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)沒(méi)有挑戰(zhàn)性。為此需要根據(jù)課程需要，結(jié)合學(xué)員思維特點(diǎn)，精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)三部分，盡量減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在相應(yīng)理論課講解完之后進(jìn)行，教員將部分實(shí)驗(yàn)在課堂作演示后再安排學(xué)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)相得益彰的效果：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)安排在某段固定實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完成，以布置作業(yè)的形式給出，要求學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器設(shè)備自己完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)安排部分成績(jī)優(yōu)秀、學(xué)有余力的學(xué)員進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由以往的簡(jiǎn)單的硬件模塊的原理性驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)展到了軟件仿真、基本硬件模塊實(shí)現(xiàn)、構(gòu)建小的通信系統(tǒng)、通信系統(tǒng)之間的系統(tǒng)以及部隊(duì)實(shí)裝的操作使用多個(gè)層次，使學(xué)員能夠多層次、全方位、多角度地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

3加強(qiáng)開(kāi)放管理

很多院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入巨大，但是利用率很低，其原因在于管理不夠。海軍航空大學(xué)采取全面開(kāi)放嚴(yán)格管理的措施，提高實(shí)驗(yàn)室利用效率。

3.1全面開(kāi)放，提高利用率

由于RZ9681型現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱和虛擬軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)驗(yàn)，因此可以由學(xué)員根據(jù)自己學(xué)習(xí)進(jìn)度，在宿舍或計(jì)算機(jī)房，通過(guò)向管理員申請(qǐng)的形式，遠(yuǎn)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)體系采用模塊化設(shè)計(jì)，學(xué)員可以結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)或科研課題，提出創(chuàng)新性研究性科目，自主搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教員起到監(jiān)督輔導(dǎo)的作用。

全面開(kāi)放包含三個(gè)層次：一是教學(xué)時(shí)間上的開(kāi)放，由以往的“固定時(shí)間”的課程實(shí)驗(yàn)發(fā)展到“自主預(yù)約試驗(yàn)”和“固定課堂實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的模式：二是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上的開(kāi)放，由原理的“固定實(shí)驗(yàn)科目”發(fā)展到“自主設(shè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”和“固定課程實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的新模式：三是教學(xué)地點(diǎn)的開(kāi)放，由以前的“固定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)教學(xué)”發(fā)展到“野外通信”與“實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的模式。

3.2嚴(yán)格管理，規(guī)范制度

實(shí)驗(yàn)室屬于管理就會(huì)降低其使用效率。實(shí)驗(yàn)室采取專(zhuān)人負(fù)責(zé)的方式，由一名教員專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)管理。嚴(yán)格落實(shí)登記，維護(hù)保養(yǎng)制度，指定切合實(shí)際的管理規(guī)則。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備損耗情況，及時(shí)補(bǔ)充儀器設(shè)備，同時(shí)升級(jí)老舊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

4革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教員講解示范，學(xué)員操作練習(xí)，學(xué)員的實(shí)踐興趣不高。海軍航空大學(xué)大力推行教學(xué)改革，在通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，大膽嘗試了多種新的教學(xué)方法。

4.1任務(wù)驅(qū)動(dòng)式

采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為多個(gè)教學(xué)任務(wù)。采取設(shè)置任務(wù)卡的形式，由教員課前布置任務(wù)，由學(xué)員預(yù)習(xí)。課上進(jìn)行分組，結(jié)合限時(shí)競(jìng)賽，引導(dǎo)學(xué)員完成一系列實(shí)驗(yàn)任務(wù)。任務(wù)設(shè)置由易到難，讓學(xué)員能夠體驗(yàn)到完成任務(wù)的成就感，增強(qiáng)自信心。

4.2翻轉(zhuǎn)課堂式

翻轉(zhuǎn)課堂是目前很熱的一種教學(xué)模式，應(yīng)用于通信專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)是一種很好的選擇。采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，首先由教員將實(shí)驗(yàn)科目錄制教學(xué)微視頻供學(xué)員課前自學(xué)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程與學(xué)員互動(dòng)交流，然后教員要為學(xué)員提供相關(guān)學(xué)術(shù)論文供學(xué)員研討。在課堂上，改變傳統(tǒng)的教員教，學(xué)員學(xué)的模式，改為由學(xué)員講解操作實(shí)驗(yàn)科目，教員來(lái)觀察學(xué)員，指出學(xué)員不足。同時(shí)設(shè)置問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)員思考，進(jìn)一步根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，解決疑難問(wèn)題。翻轉(zhuǎn)課堂模式能給最大限度提高課堂利用率，讓學(xué)員在教員幫助引導(dǎo)下，提高自主學(xué)習(xí)的能力。

4.3項(xiàng)目研究式

采用由學(xué)員自主提出研究項(xiàng)目與教員布置研究項(xiàng)目?jī)烧呦嘟Y(jié)合的方法，將學(xué)員分成若干研究小組，每組三到五人。每個(gè)小組承擔(dān)一個(gè)小的研究課題，引導(dǎo)學(xué)員利用實(shí)驗(yàn)條件，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成項(xiàng)目研究。通過(guò)這樣的形式，鍛煉學(xué)員科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)員勇于創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)協(xié)作，大膽實(shí)踐的能力。

5結(jié)語(yǔ)

海軍航空大學(xué)通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)完成后，實(shí)驗(yàn)保障能力能覆蓋全部通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)員實(shí)驗(yàn)興趣增加，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。多名本科生和研究生利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)課題研究，開(kāi)展自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)，在非正弦波通信、非平穩(wěn)信號(hào)通信理論和認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電通信領(lǐng)域取得了較大的理論突破和技術(shù)進(jìn)步。實(shí)驗(yàn)室還為課題組承擔(dān)的國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)課題提供理論技術(shù)支撐，取得了一批科研成果。在通信專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的支持下，海軍航空大學(xué)《通信原理》課程被評(píng)為海軍院校第八次優(yōu)秀課程評(píng)選二等獎(jiǎng)；《通信原理課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索》獲得院校級(jí)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)；《通信原理》課程獲學(xué)院首屆精品課程。endprint