通信原理实验教学的改革和探索

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摘要:为了提高教学质量, 提升教学效果, 针对通信原理实验课程实施了教学改革探索与尝试, 在原有几个通信原理实验项目的基础上,提出了一些新的想法,并付诸实施,在实践中取得较好效果。提高了教学质量, 激发了学生的研究兴趣和创新能力, 培养了学生科学思维方式和研究方法, 取得了良好的教学效果和实践成效。

关键词:教学改革;通信原理实验;创新能力

通信原理是信息与通信学科的主干专业基础课, 在本科教学中占有重要地位, 通信原理实验课程是联系理论与实践的纽带,起到巩固理论知识和培养学生感性认知的重要作用。

1.实验课程现状及不足

我院现阶段通信工程、电子信息工程、电子信息与科学技术等专业均开设有通信原理及现代通信技术课程,目前通信原理实验主要包括脉冲幅度调制(PAM)、脉冲编码调制(PCM)、增量调制、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),且所有的实验均在固定的实验箱上面完成。以前的实验教学主要是教师讲授实验原理,学生通过实验箱等实验设备验证实验原理和观测实验结果及波形,学生很少自己动手、动脑分析电路。学生通过实验也只是对书本知识的一个理论重复,对动手实践能力没有什么提高。这样就把学生的认识局限于某个或某几个实验现象,阻碍他们对整体的认识。

2.实验教学改革的方向和方法

实验教学作为理论教学的补充,它在整个教学环节中具有重要作用和地位。针对目前实验存在的问题,教学思路应从“以教为主”向“以学为主”转变,充分调动学生的主观能动性,培养学生自己动手、动脑的能力,使他们学会学习,主动学习。

以前的脉冲幅度调制(PAM)实验主要是在实验箱上面测试抽样信号和还原信号,脉冲编码调制(PCM)实验主要是在实验箱上面测试编码和还原信号。在两个课时的实验中,学生一般情况下只需要十多分钟就可以完成对相应波形的测量。他们只是对书本上理论知识的验证,对结果的简单的感性认识,达不到对课堂教学的延伸和拓展,而对自身的动手能力也没有太大的提高。现在,我们对这两个实验实行了改革。以脉冲幅度调制(PAM)实验为例,我们尝试让学生通过教师讲解自行制作完成该系统调制解调电路部分。该系统总体分为两大部分,第一部分是信号源及电源部分,提供PAM调制时所需的频率为2K的正弦波信号和频率为2K、4K、8K、16K等方波采样信号,以及提供电路所需的±5V和±12V电压源。第二部分是PAM调制解调电路部分,如图1所示:

图1PAM调制解调电路图

该部分由集成块4066和TL084为主体构成,通过4066对输入2K正弦波信号进行不同频率采样,完成PAM系统的调制过程,在调制输出中观测不同频率采样时的自然采样信号;通过TL084及电路构建以2K为中心频率的带通滤波器,对输入的采样信号进行滤波处理,完成PAM系统的解调,可在还原输出端观测不同采样频率下的还原信号。

在实验课程中,首先把实验原理图和元器件发给学生,用一个实验学时讲解实验原理及电路原理,让学生充分了解和熟悉课本理论知识和构建实验系统的各部分电路及元件的功能作用。课后学生利用课余时间自己根据原理图或者查询相关资料构建相似电路系统,使用面包板插接电路系统或者自行制板焊接系统。然后用三个实验学时将学生自己制作好的电路在实验室进行系统调试及各点原理波形信号的测试。教师通过系统构建、调试及原理波形测试情况进行实验成绩评定。

3.实验教学改革的意义和目标

首先,实验课程教学是为理论教学服务的。通过实验教学环节不仅要巩固学生的理论知识,还要提高学生的动手实践能力,拓展学生的专业基础知识,培养初步的科研能力。学生在实验中,不仅能对书本上的理论原理有感性认识,并且通过对实验系统电路的构建,提高了学生的动手能力,增加了学生对通信系统构成的初步了解,增强了学生电路制作的信心,可为今后相关行业工作实习提供较好的前期铺垫。

其次,实验室也是教师科研研究,特别是青年教师提升自身水平的重要场所。教师除了具备较高的理论水平外, 还必须具备足够强的科研与技术开发能力。在该实验中,青年教师可以通过指导学生完成实验调试过程,锻炼自身的工程实践能力,不断更新和完善实验电路系统,以至对通信系统进行深入了解和研究,开发出具有新的功能、特点的通信系统,从而提高自身专业技术层次,为今后发展做好准备。

第三,实验室设备电器元件老化较快,请厂家维修维护费时费财,更新一套实验设备更是动辄几千上万元。而通过对实验形式的改变,让学生和教师都参与到实验系统的制作中来,普通实验完成后,元器件均可再次利用,从而大大的节约了实验的成本。

4.实验改革效果

通过近一年的实验改革实施,学生对该类型实验具有浓厚的兴趣。理论知识和动手能力较强的同学在完成实验基本要求的基础上,能通过查阅资料对实验电路进行扩展和完善,如PCM系统中所采用的8K帧同步信号,不使用CPLD编程产生,而是用计数器和译码器产生。而普通同学则除了观测传统实验的原理波形外,还在电路的制作,特别是电路调试过程中得到了极大的提高,使自身分析问题,解决问题的能力得到了增强。

也有同学提出实验系统调试时,三个实验学时时间较为紧张,部分同学不能在规定时间内将电路系统调试完成。针对这个问题,我们在课余时间进行开放性实验,让同学们在课余时间到实验室来进行调试,完成实验。

5.结束语

当今世界,通信技术的发展极为迅速,第三代移动通信技术、超宽带等技术的发展,对通信类专业人才的知识结构和应用能力提出了更高的要求。而高校教育就是要针对社会的发展现状和需求,培养更加具有专业技术竞争能力的人才。实验室是高校学生将理论知识运用于实践的一个重要场所,实验教学改革则是高校教学改革中的重点,通过我们不断的改革和完善,相信能使实验教学能上升到一个新的层次,使实验室起到大学教育奠基石的重要作用。

参考文献:

[1] 樊昌信,曹丽娜. 通信原理[M]. 6版. 北京: 国防工业出版社,2006.

[2] 邓小芳,田克纯.“通信原理”课程教改探索与实践[J]. 桂林电子科技大学学报,2007

[3] 周红鸥.《通信原理》实验中的教改[J].西南民族大学学报・自然科学版,2004