曾海燕 鄭鑫

摘 要：移動(dòng)通信原理課程專業(yè)性很強(qiáng)，概念十分抽象且難以理解，在學(xué)校規(guī)定的課時(shí)內(nèi)要求學(xué)生掌握課程的相關(guān)知識內(nèi)容十分困難，課堂效果差。針對這些問題，本文將e-Labsim仿真平臺(tái)引入到該理論課程的教學(xué)實(shí)踐中，通過現(xiàn)場演示幫助學(xué)生理解比較抽象的內(nèi)容。該軟件還具備二次開發(fā)功能，學(xué)生可以根據(jù)所掌握的知識設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)不同功能的創(chuàng)新系統(tǒng)。通過改革教學(xué)方法有助于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高自主學(xué)習(xí)技能和挖掘?qū)W生的自我探索能力。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)通信原理;e-Labsim仿真;改革探究

文章編號： 2095-2163（2019）03-0306-03 中圖分類號： TP301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

0 引 言

移動(dòng)通信原理課程涉及的教學(xué)內(nèi)容和知識點(diǎn)很多，尤其是該學(xué)科復(fù)雜深?yuàn)W的理論推導(dǎo)過程即給該門課程的教學(xué)實(shí)踐帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)，傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式單一，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門專業(yè)性強(qiáng)、且兼具抽象性的理論課程的時(shí)候積極性不高。針對這一問題，也為了提高專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量，本文提出將e-Labsim仿真平臺(tái)引入理論課堂的教學(xué)改革方法。教師授課過程以講授方式為主，以e-Labsim平臺(tái)的仿真分析為輔，構(gòu)建了理論結(jié)合實(shí)踐的課堂學(xué)習(xí)空間，獲得了令人滿意的學(xué)習(xí)效果。

本文從介紹e-Labsim仿真平臺(tái)出發(fā)，將該仿真軟件融進(jìn)傳統(tǒng)理論課程教學(xué)，而后擬立足于傳統(tǒng)理論課程與該平臺(tái)相結(jié)合后的課堂效果進(jìn)行對比分析并展開討論。e-Labsim仿真軟件具有很強(qiáng)的實(shí)操性和實(shí)際意義，能夠?qū)⒊橄蠖鴱?fù)雜的理論推導(dǎo)過程經(jīng)由學(xué)生自己動(dòng)手操作生動(dòng)形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，直觀的操作畫面亦能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生深入鉆研，該仿真平臺(tái)的二次開發(fā)模塊也為學(xué)生提供良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。對此本文將給出如下研究論述。

1 傳統(tǒng)理論課程現(xiàn)狀與分析

（1） 課程內(nèi)容多且難，教學(xué)課時(shí)少。移動(dòng)通信原理課程章節(jié)眾多，知識要點(diǎn)豐富，概念推導(dǎo)繁復(fù)龐雜，學(xué)生學(xué)起來也頗為困難。這門核心專業(yè)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)少，加上學(xué)生的接受能力有限，使教師無法按照原本的計(jì)劃進(jìn)行授課，授課過程容易陷入顧此失彼的被動(dòng)境地。

（2）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)難度大。若要學(xué)好移動(dòng)通信原理這門專業(yè)性強(qiáng)、且概念又抽象的核心課程，就需要學(xué)生以扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識作為鋪墊。但是部分學(xué)生在研修該門課程前并沒有認(rèn)真地學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程，以至于未能深入領(lǐng)會(huì)并掌握一些相關(guān)的專業(yè)知識內(nèi)容，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)移動(dòng)通信原理這門理論課程時(shí)學(xué)習(xí)效果欠佳，給教師的教學(xué)進(jìn)度帶來很大的影響。

綜上分析可知，面對移動(dòng)通信原理課程教學(xué)過程中所遇到的種種問題，深入研究該門課程的教學(xué)方式并對其加以改進(jìn)是很有必要的。在傳統(tǒng)的理論教學(xué)過程中結(jié)合e-Labsim仿真平臺(tái)操作過程及仿真結(jié)果可以幫助學(xué)生理解復(fù)雜多變的公式推導(dǎo)過程，增加了該門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)趣味性，從而使教師在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。

2 教學(xué)改革探討

2.1 e-Labsim仿真平臺(tái)

e-Labsim是一款針對現(xiàn)代通信系統(tǒng)既可做到靈活擴(kuò)展、又可以提供深層二次開發(fā)的仿真軟件。該軟件可進(jìn)行遠(yuǎn)程信號傳輸，模塊操作方式簡便、易行，通過拖動(dòng)鼠標(biāo)或鍵盤就可以實(shí)現(xiàn)對基本模塊的放大和縮小處理，并對參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。該仿真軟件支持多種虛擬測量的儀器，可以幫助學(xué)生有效地分析各種輸出信號含義，是一款備受師生青睞的通信系統(tǒng)仿真軟件。

2.2 改革教學(xué)方法

傳統(tǒng)的理論課程的教學(xué)方式中，教師講解的“教”與學(xué)生靜態(tài)吸收的“學(xué)”的過程偏于枯燥乏味，加上該門專業(yè)理論課程抽象難懂，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，為了有效地激發(fā)學(xué)生對此課程的自主學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的自覺能動(dòng)性和探索性，對移動(dòng)通信原理課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革是很有意義的。

本文以這門課程中的QPSK（四相調(diào)制）相位跳變?yōu)槔?，探究將仿真平臺(tái)引入這部分內(nèi)容授課的教學(xué)效果。在授課過程中，詳細(xì)地分析QPSK信號相位跳變情況，QPSK是采用4種不同的載波相位來表示不同的雙比特碼元ak和bk。相位和碼元的對應(yīng)關(guān)系，將其稱為相位邏輯關(guān)系，這里將闡釋一種比較常用的QPSK信號的相位邏輯關(guān)系，比如（1，1）對應(yīng)的是45°，（-1，1）對應(yīng)的是135°，而（-1，-1）對應(yīng)的是225°，（1，-1）對應(yīng)的是315°。具體見表1。

研究可知，由QPSK相位邏輯關(guān)系推出的相位變化情況見表2。當(dāng)碼元從（ak，bk）轉(zhuǎn)換到（ak+1，bk+1）時(shí)，QPSK相位也發(fā)生了相應(yīng)的變化。當(dāng)只有一個(gè)碼元發(fā)生變化，則相位跳變是90°，比如雙比特碼元從（1，1）變成（-1，1）。在碼元轉(zhuǎn)換的時(shí)刻2個(gè)都發(fā)生了變化，如從（1，1）變成（-1，-1）或者從（1，-1）變成（-1，1）時(shí)，相位跳變是180°。通過理論分析即可繪制得到QPSK信號相位跳變在星座圖上的路徑如圖1所示，如從①到②路徑過原點(diǎn)，相位發(fā)生180°的跳變，路徑從②到③相位發(fā)生了90°的跳變。

在前文示例分析基礎(chǔ)上，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)知識點(diǎn)的推導(dǎo)演繹比較復(fù)雜，為了幫助學(xué)生更好地理解以上內(nèi)容，將e-Labsim仿真平臺(tái)用于這一部分的教學(xué)過程中，有利于學(xué)生更加直觀地理解QPSK在星座圖上的變化路徑。本實(shí)驗(yàn)的搭建過程相對簡單，主要由基帶成行模塊和示波器構(gòu)成，仿真星座圖如圖2所示。從圖2的仿真結(jié)果顯示的QPSK星座圖可以更加清晰地觀察相位的變化情況。將仿真和理論分析的結(jié)果進(jìn)行對比，可知兩者的結(jié)論是一致的。因此，將該平臺(tái)引入理論課堂，既可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，又可以幫助學(xué)生深入地理解有關(guān)的課程知識，學(xué)習(xí)效果顯著提升。

2.3 改革效果分析

本課程的主要教學(xué)目的是學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以了解到移動(dòng)通信技術(shù)的最新發(fā)展方向，掌握移動(dòng)通信的核心技術(shù)，并具備移動(dòng)通信系統(tǒng)一定程度上的設(shè)計(jì)能力。本文通過引入e-Labsim仿真平臺(tái)到理論課堂中，不僅可以幫助學(xué)生更好地理解領(lǐng)會(huì)抽象難懂的知識點(diǎn)，而且該仿真平臺(tái)的二次開發(fā)模塊可以使學(xué)生學(xué)會(huì)自行設(shè)計(jì)和分析電路。e-Labsim仿真平臺(tái)是一個(gè)虛擬的仿真軟件，在仿真過程中只要進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)，相對于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)操作來說，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)間也得以大幅縮減。在課程教學(xué)學(xué)時(shí)有限的情況下，實(shí)踐證明將該仿真平臺(tái)引入到移動(dòng)通信原理課程的理論課堂則是有效的教學(xué)改革策略。

針對移動(dòng)通信原理知識點(diǎn)多且抽象難懂的問題，在授課過程中采用不同的教學(xué)方法、比如講授到衰落現(xiàn)象知識點(diǎn)時(shí)可以與實(shí)際生活聯(lián)系，在講解分集技術(shù)時(shí)可以通過比喻方式進(jìn)行闡發(fā)，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，但是有很多知識點(diǎn)專業(yè)性較強(qiáng)，難于同實(shí)際生活中的實(shí)例相結(jié)合，面對這種境況，需要在授課過程中先對核心知識點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析推導(dǎo)，再后續(xù)引入e-Labsim通信系統(tǒng)仿真軟件，在課堂中現(xiàn)場給學(xué)生演示相關(guān)的通信系統(tǒng)以及核心的技術(shù)，通過結(jié)合仿真平臺(tái)深化學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)識，并引導(dǎo)學(xué)生對核心知識進(jìn)行系統(tǒng)性的歸納總結(jié)。比如在講述QPSK信號的相位跳變時(shí)，理論分析較為枯燥、難懂，借助仿真后學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)理論分析和仿真結(jié)果是一樣的，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生再次去剖析探尋星座圖是怎么畫出來的。再比如說明調(diào)制技術(shù)中的相干解調(diào)時(shí)，可以強(qiáng)調(diào)在接收端對信號進(jìn)行解調(diào)時(shí)，乘法器需要外接的是同頻同相的載波，在授課過程中隨即需要引入載波同步相關(guān)的知識，用e-Labsim仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真展示，當(dāng)載波不滿足同步要求時(shí)，數(shù)字信號接收分支就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，解調(diào)出來的波形就會(huì)出現(xiàn)失真的情況，通過現(xiàn)場仿真演示的過程可以幫助學(xué)生更深刻地領(lǐng)會(huì)載波同步等相關(guān)內(nèi)容的基本原理。對移動(dòng)通信原理的教學(xué)方法進(jìn)行改革，一些重要的知識點(diǎn)可采取先評述、再引出一個(gè)例子，最后用e-Labsim仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真的方法，通過比較分析理論推導(dǎo)過程和現(xiàn)場演示結(jié)果，促進(jìn)學(xué)生更好地掌握專業(yè)技術(shù)。

3 結(jié)束語

作者學(xué)院實(shí)驗(yàn)室已配置e-Labsim仿真軟件，將該仿真軟件引入到傳統(tǒng)理論課堂，既可以節(jié)省資源，又可以達(dá)到和使用硬件操作的同等效果。本文采用該仿真平臺(tái)對移動(dòng)通信原理課程進(jìn)行探索性和實(shí)踐性的改革。通過舉例分析，結(jié)果驗(yàn)證，可以讓學(xué)生在理解抽象概念的同時(shí)，又能在授課教師的引領(lǐng)下把抽象的內(nèi)容具體化地引入到該仿真平臺(tái)，讓學(xué)生在理論課程上推導(dǎo)演算出來的理論成果通過虛擬仿真平臺(tái)得到真實(shí)的推演及展示。因而本文提出的教學(xué)改革策略從根本上改變了授課教師的傳統(tǒng)教學(xué)理念，讓授課教師從傳統(tǒng)的專業(yè)授課者轉(zhuǎn)變成引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索學(xué)習(xí)的組織者。e-Labsim具備二次開發(fā)模塊可供學(xué)生自主設(shè)計(jì)，一方面可以密切師生互動(dòng)交流，另一方面可以改變學(xué)生傳統(tǒng)靜態(tài)觀學(xué)的習(xí)慣，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手實(shí)踐操作技能。最終的研究應(yīng)用成果表明，在有針對性地探索本院學(xué)生的課堂組織形式的基礎(chǔ)上，對教學(xué)方法進(jìn)行有效改革，不但可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，而且還可以明顯提升理論課堂的教學(xué)質(zhì)量。

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