謝文娣

【摘 要】本文闡述以Simulink軟件為核心的通信原理課程教學(xué)改革，通過采取多種措施實(shí)現(xiàn)從純理論教學(xué)到多樣化教學(xué)的過渡，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】Simulink；通信原理；教學(xué)改革

中圖分類號： TN911-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.060

【Abstract】this paper deals with Simulink software as the core of communication principle curriculum teaching reform， through a variety of measures to realize the transition from the pure theoretical teaching to diversified teaching， stimulate students' learning enthusiasm， effectively improve the quality of classroom teaching， to achieve good teaching effect.

【Key words】Simulink； Communication principle； The teaching reform

1 教學(xué)現(xiàn)狀

《通信原理》課程是電子信息類、通信類、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，也是眾多高校考研的重要專業(yè)課程之一，它是多門課程相互連接的橋梁和紐帶，承上啟下，上接《信號與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號處理》，下啟《光纖通信》、《移動通信》、《寬帶通信》、《LTE原理及關(guān)鍵技術(shù)》，在培養(yǎng)學(xué)生通信相關(guān)理論分析和應(yīng)用設(shè)計(jì)方面發(fā)揮重要作用。通信原理是當(dāng)今通信信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)信息學(xué)科優(yōu)秀人才的重要步驟。它在課程體系的地位和作用，決定了本課程在電子信息、通信類、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用。

通信原理概念性強(qiáng)，理論知識抽象，公式多，推導(dǎo)過程繁雜。很容易導(dǎo)致課堂授課方式變成“填鴨式”的以教為主的教學(xué)模式。教材內(nèi)容多而繁瑣，教師授課時(shí)如果不能夠合理安排授課內(nèi)容，在授課過程中往往感覺學(xué)時(shí)不夠，造成課堂上滿堂灌，學(xué)生抓不住重點(diǎn)，學(xué)習(xí)上費(fèi)時(shí)費(fèi)力，興趣不大。

在實(shí)踐教學(xué)方面，傳統(tǒng)的通信原理課程的實(shí)踐教學(xué)以硬件實(shí)驗(yàn)箱為主，所能開發(fā)的基本都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，更不利于學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮，從而造成雖然學(xué)校花費(fèi)了昂貴的費(fèi)用建立了通信實(shí)驗(yàn)室，購買了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但往往并沒有起到很好的教學(xué)效果。學(xué)生甚至在實(shí)驗(yàn)時(shí)仍舊概念模糊，原理不清楚，甚至操作出現(xiàn)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，卻并不能很好地利用所學(xué)的理論知識進(jìn)行解釋，使得理論與實(shí)踐脫節(jié)，理論未能很好地指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐也沒能幫助學(xué)生最大程度地掌握概念及其他理論知識。通信原理課程教學(xué)內(nèi)容如圖1所示。

其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了通信基礎(chǔ)知識、模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，其中隨機(jī)過程、調(diào)制和編碼理論，非常難懂，理論性強(qiáng)。通信原理實(shí)驗(yàn)課是該課程理論聯(lián)系實(shí)踐的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握常用電子設(shè)備的使用，從而在一定程度上提高學(xué)生的動手能力。然而，由于硬件條件受限問題包括設(shè)備不方便攜帶、教室空間有限等原因，在實(shí)際授課過程中，教師更多的是講授原理和方法，理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用無法緊密結(jié)合，導(dǎo)致理論與實(shí)踐相分離，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性相應(yīng)得不到提高。

2 Simulink軟件

Simulink是可以為一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)提供集建模、仿真和綜合分析平臺于一體的MATLAB軟件中最重要組件之一，具有仿真與可視化仿真功能的軟件包，它適用范圍廣，結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精確度高、與實(shí)際應(yīng)用比較貼近且高效靈活，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)的建模仿真、數(shù)字信號處理和數(shù)字控制仿真。

2.1 界面友好、易學(xué)易用

Simulink具有交互式的圖形編輯器，可以組合和管理直觀的模塊圖，提供友好的圖形界面，操作簡單，可以從工作界面上找到所需的元器件和測量模塊。

2.2 豐富的模塊庫

Simulink含有多種功能模塊庫，能找到各種領(lǐng)域的虛擬器件模型，從連續(xù)系統(tǒng)器件到離散系統(tǒng)器件，從線性器件到非線性器件，從模擬器件到數(shù)字器件等等。不僅有信號源、示波器、整流器等通用儀器；還有濾波器、抽樣保持器、頻譜儀等實(shí)驗(yàn)室比較少見的硬件設(shè)備。

2.3 強(qiáng)大的分析功能

Simulink可訪問MATLAB且提供了比較全面的系統(tǒng)分析方法，既有時(shí)域波形分析，又有FFT計(jì)算，頻譜帶寬分析，誤碼率分析、抗噪聲性能分析等。

3 教學(xué)改革研究內(nèi)容及目標(biāo)

3.1 不同專業(yè)使用不同三綱兩書選用不同教材

《通信原理》課程是通信工程、電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)的必修課程，是從事電子、通信相關(guān)研究設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，但在不同專業(yè)培養(yǎng)方案中地位不一。根據(jù)它在不同專業(yè)中的重要性設(shè)置不同學(xué)分和學(xué)時(shí)數(shù)，使用不同的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等，并選用不同教材。如通信工程選用樊昌信的《通信原理》第六版教材，電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)選用張衛(wèi)鋼的《通信原理與通信技術(shù)》教材，前者理論性很強(qiáng)，研究較深入，適合通信類專業(yè)使用，后者實(shí)用性較強(qiáng)，特別適合非通信類專業(yè)使用。

3.2 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入Simulink軟件

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中將Simulink軟件仿真引入進(jìn)去，學(xué)生自己動手將理論公式轉(zhuǎn)化為圖形表述通過Simulink軟件其強(qiáng)大的圖形功能。與傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相比，這種虛擬實(shí)驗(yàn)靈活多變，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)內(nèi)容如模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、同步技術(shù)等自行設(shè)計(jì)方案、構(gòu)建模型，對知識點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、分析能力和創(chuàng)新能力。虛擬實(shí)驗(yàn)一方面適用范圍廣，條件簡單，只需要提供一臺電腦和安裝一款Simulink仿真軟件，學(xué)生可以在任意時(shí)間任意地點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，不存在實(shí)驗(yàn)室時(shí)間和空間約束的問題。另一方面不需要硬件設(shè)備的支持，也就不存在實(shí)驗(yàn)儀器損壞的問題，且根據(jù)教學(xué)需要可以及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，靈活性大；同時(shí)，在虛擬仿真中通過虛擬設(shè)備的操作練習(xí)，學(xué)生對實(shí)際硬件設(shè)備有了更好地把控，實(shí)驗(yàn)效率得到大大地提高。

3.3 開設(shè)課程設(shè)計(jì)

目前我校開設(shè)的通信原理實(shí)驗(yàn)基本是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和綜合型實(shí)驗(yàn)很少。為了使理論與實(shí)際結(jié)合更為緊密，工程實(shí)踐訓(xùn)練能得到進(jìn)一步強(qiáng)化，開設(shè)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及綜合分析能力。通信原理課程設(shè)計(jì)是依托Simulink仿真軟件平臺，為學(xué)生提供更多的通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)機(jī)會，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容緊扣工程實(shí)踐，這樣使學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力得到進(jìn)一步提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果隨之提升。

3.4 設(shè)計(jì)知識結(jié)構(gòu)圖

知識結(jié)構(gòu)圖是指把所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納匯總并以具有系統(tǒng)完整性的知識結(jié)構(gòu)圖示呈現(xiàn)出來。對每章內(nèi)容設(shè)計(jì)一張知識結(jié)構(gòu)圖，采用頂層式設(shè)計(jì)方法，自頂而下，一層一層分解，主線清晰明朗，學(xué)生從宏觀上感知每一章的主要知識點(diǎn)；等一章學(xué)習(xí)完成后，再一次重現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生對照結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行復(fù)習(xí)，可以幫助學(xué)生自我檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高通信原理課程的教學(xué)效果。如第一章緒論其知識結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，本章主要介紹通信的基本概念，具體包含常用的通信術(shù)語、通信系統(tǒng)的分類、組成、性能指標(biāo)，通信的工作方式、信息度量、通信的發(fā)展簡史。

圖2 第一章知識結(jié)構(gòu)圖

3.5 引入項(xiàng)目式教學(xué)方法

我們將《通信原理》實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成數(shù)字基帶系統(tǒng)仿真、模擬通信系統(tǒng)仿真、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真、模擬信號的數(shù)字傳輸仿真和多址系統(tǒng)仿真共五個(gè)項(xiàng)目模塊。

課題包括：基于Simulink的模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶系統(tǒng)、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真、多址系統(tǒng)仿真等。每個(gè)課題還可以分為多個(gè)子課題。

在每一個(gè)項(xiàng)目中，涉及一些理論基礎(chǔ)，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行必要的理論準(zhǔn)備。同時(shí)啟發(fā)學(xué)生如何完成項(xiàng)目的基本要求和擴(kuò)展要求，以項(xiàng)目由簡入深的原則，通過漸進(jìn)的學(xué)習(xí)逐步地提高和完善學(xué)生的知識面。

4 結(jié)束語

本文探究的教學(xué)改革具有以下特色：

（1）針對不同專業(yè)的各自特點(diǎn)，不同專業(yè)不同學(xué)生開課學(xué)時(shí)不一，使用不同教材，采用不同三綱兩書，真正做到因材施教。

（2）實(shí)驗(yàn)中引入Simulink仿真軟件，對抽象定義、復(fù)雜公式、大量原理框圖的動態(tài)模擬仿真，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)波形分析和結(jié)果的可視化直觀表現(xiàn)，避免繁瑣復(fù)雜的數(shù)學(xué)推演，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。

（3）構(gòu)建“理論+實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)”為一體的課程體系，突破了傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離的現(xiàn)狀，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。對于課程設(shè)計(jì)結(jié)合真實(shí)的工程實(shí)踐項(xiàng)目，側(cè)重于理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

（4）引入項(xiàng)目教學(xué)法，其項(xiàng)目教學(xué)仿真平臺采用模塊化設(shè)計(jì)思路，使其具備很強(qiáng)的可移植性和可擴(kuò)展性，在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中隨著教學(xué)內(nèi)容的更新和發(fā)展并結(jié)合企業(yè)需求可增補(bǔ)項(xiàng)目內(nèi)容，可以對各功能模塊進(jìn)行增添、更改，使其更好服務(wù)于教學(xué)，作用于教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。

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