《通信原理》实验实践教学的分层分类“3+3”模式*

冯良　白文乐　曹淑琴（北方工业大学电子信息工程学院，北京100144）



《通信原理》实验实践教学的分层分类“3+3”模式*

冯良白文乐曹淑琴
（北方工业大学电子信息工程学院，北京100144）

摘要：文章对《通信原理》的实验教学改革和实践模式进行了探讨，提出了课程实验教学分三层、实践教学分三类的“3+3”培养模式。以学生为本，实施个性化教学，多层次、多形式培养学生，提高学生的学习兴趣，提高学生的实践和创新能力。

关键词：通信原理；实验分层；实践分类

Abstract:In this paper, "Principles of Communication" experiment teaching reform and practice modes are discussed, and a new training model of "3 + 3" is proposed that the experiment teaching is divided into three layers and practice teaching is divided into three categories. As the center of students in the process of teaching, teachers implement personal teaching for students, which cultivates the students using multi-level and multiform teaching method, and improves creative ability of students.

Keywords:principles of communication; stratification experiment; classification practice

一、概述

《通信原理》是高等院校通信、电子、信息类等学科必修的专业课程，主要介绍通信系统和通信技术的基础知识。作为一个实际系统，本专业是为了满足社会与个人的需求而设置的，目的是传送消息，包括数据、语音和图像等。通信技术已有了长足的发展，特别是近30年来形成了通信原理的主要理论体系，包括信息论基础、编码理论、调制与解调理论、同步和信道复用等。本课程教学的重点是介绍数字通信系统中各种通信信号的产生、传输和解调的基本理论和方法，使学生掌握和熟悉通信系统的基本理论和分析方法，为后续课程打下良好的基础，因此在学生的本专业其他相关课程学习中是极为重要的基础性课程。然而由于该课程知识覆盖面广，内容抽象，公式复杂，对工程数学的要求较高，导致学生学习的难度偏大，学习兴趣不高，甚至有了畏难情绪。

通信原理的实验教学是通信原理课程教学的重要组成部分，通过实验有助于学生理论知识的学习，加深学生对基本理论知识和基本概念的理解，并且提高学生的学习兴趣，锻炼学生理论联系实践的能力。

为此，文章对通信原理的实验教学进行了初步探讨，针对培养方案和教学大纲的相关要求，构建了“3+3”的实验分层、实践分类教学模式，即3个层次的实验教学内容和3种类型的实践分类形式。3个层次是将实验内容设为验证性、设计性、综合性三个层次；3种类型是将实践形式分为课内认知实践、课外创新实践、企业工程实践三种类型。

二、实验教学内容改革

针对当前所面临的问题，实验教学内容的改革已迫在眉睫。对实验教学内容的改革以学生为本，实施个性化教学，将实验内容分为了验证性实验、设计性实验、综合性实验三个层次，在难度上循序渐进，逐级提高。验证性实验是学生通过实验来验证在课堂上所学的知识点，达到巩固课内知识的目的；设计性实验是在验证性实验的基础上增加提高性内容的实验，以实现通过已知知识的学习解决新的问题，举一反三；综合性实验是由多个知识点综合构成的系统性实验，激发学生的创新能力，提高学生的动手能力，为学生毕业后从事相关的工作或进行更深层次的科研工作奠定良好的基础。

文章以“数字调制与解调”实验为例，介绍三种层次的实验如何开展，以期对相关教学有所助益。

（一）验证性实验

验证实试验是通过实验来验证对研究对象形成的一种认识，强调通过演示来证明科学的知识内容。验证性实验内容是能够在现有的实验设备上观察2FSK、2ASK、2PSK三种调制信号的波形特点，以及了解调制、解调过程中的中间信号特点，从而理解调制与解调原理。目前我校使用华中科技大学的TX-6通信原理实验箱，该实验箱平台是通信原理课程的传统实验方式，信源模块、调制模块、同步模块、解调模块各部分电路已经搭建好，学生通过实验可以达到以下目的：

1.结合课堂教学，观察实验结果，对实验现象进行分析，巩固课堂所学的理论知识；

2.掌握基本测试仪器的使用，如直流稳压电源、双踪示波器、信号源、万用表等。

3.为进行下一步的设计性实验打下坚实的基础。

验证性实验通常采用的是“告知——验证——运用”的教学模式，学生可以通过自己做实验来验证自己已经掌握的科学原理，可以说这种形式是十分固定化的。

（二）设计性实验

设计性实验内容是能够设计出FSK、ASK、PSK三种信号的调制方法和解调方法，这就要求学生对理论知识有更高的理解。设计性实验可在Simulink平台上进行。Simulink是MATLAB仿真软件中的一种可视化仿真平台，提供系统建模、仿真、综合分析的集成环境。在该环境中采用模块化方式，允许用户使用模块框图来搭建系统，并能直接明了的看到仿真结果。通过设计性实验，学生既能加深对知识的理解又能提高编程的能力，对课内知识如何在实际问题中得到运用有了更为深刻的认识。

（三）综合性实验

近年来，许多高校都开始重视培养学生的实践操作能力、创新能力和思维能力，尤其是理科类的高校，更应该注重这几方面的培养。对于《通信原理》实验来说，综合性实验内容是能够将FSK、ASK、PSK的调制与解调在软件或硬件平台上实现。综合性实验同样可在Simulink平台上进行，也可在嵌入式平台上实现。

完成综合性实验，学生必须在充分掌握理论知识的基础上编写程序，进行仿真或者调试电路。不同于验证性实验，学生只需要按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验，综合性实验要求学生对软硬件平台也要比较熟悉。这将大大调动学生的创造性和主观能动性，促进学生独立进行思考，综合运用所学方法及创新方法提高学生的实践动手能力。

三、实践教学类型探讨

实践教学类型根据侧重点的不同分为课内认知实践、课外创新实践、企业工程实践三种类型。课内认知实践侧重基本知识的理解；课外创新实践侧重理论知识的应用；企业工程实践侧重学生工作能力的锻炼。

（一）课内认知实践

课内认知实践包括通信原理课内实验和课外开放实验，根据培养方案，设置具体的学时和学分要求，要求所有学生都能够完成。目的在于加深学生对基本理论知识的理解。

我校通信原理课程的课内实验根据教学大纲的要求为16学时，包括了AMI和HDB3编解码、PCM编译码、FSK、ASK、PSK调制与解调、锁相环、载波同步等；开放实验一般设为32学时，由专业老师每学期开学前设定好实验内容和选课人数，学生自由选择，通过开放实验，学生最后以提交研究报告或者发表论文等形式获得1学分。

（二）课外创新实践

在长时间的对高素质的人才培养的过程中，许多高校都认识到了课外创新实践教育的重要作用。目前，创新型实践已经成为我校人才培养工作的独特思路并且取得了良好的效果。课外创新实践依托我校大学生科技活动和大学生科学研究与创业两个项目。一般由3-6名同学为一组，每人负责某一方面，在专业老师辅导下，在1-2学期内完成一个系统性的项目，目的在于提高学生创新研究能力，实践动手能力。

由于每年项目数量的限制，该类实践不能保证所有学生都能参与，课外创新实践适合理论基础好，动手能力强，在专业学习上有更高要求的学生。

（三）企业工程实践

近年来，随着经济的加速发展，高校培养的人才远不能满足企业的要求，针对这个问题，越来越多的而高校都在重视企业工程实践。企业工程实践是人才培养模式中培养学生创新能力和实践操作能力的重要环节。企业工程实践面向所有学生，包括企业实训和通信工程竞赛等，通过去通信相关企业参观、实习，参加通信工程竞赛，让学生接触到通信专业的最新技术，提高理论理解能力和工程实践能力，有助于学生的就业与深造。

目前我校通信工程专业与中兴、华为、大唐、中国移动、讯方通信等企业均有合作，实验室配备有程控交换设备、光传输设备、软交换设备、3G/4G设备；通信工程专业还与大唐集团联合组织了北京市移动通信工程技术大赛。

四、结束语

文章针对通信原理的课程性质，对实验教学模式进行了探讨，提出了实验分层、实践分类的“3+3”培养模式。通过实验、实践改革，已经取得了一些显著的成果：近年来开设了“数字基带编码与解码”、“数字调制与解调”、“数字滤波器设计”等开放实验；完成了“数字信号发生器设计”、“基于FPGA的通信原理实验平台”、“基于Simulink的通信原理实验平台”等大学生科技活动项目，并且在2015年“大唐杯”移动通信工程技术大赛中获得优异成绩，获奖优秀学生直接与企业签约。

通过实验与实践改革，不仅使学生深刻理解通信原理的理论知识，为通信原理的课程学习起到了很好的辅助作用，还锻炼了学生的实践能力、创新能力、应用能力，为培养本专业合格人才起到了很好的作用。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]孙屹.Simulink通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

[3]潘松，黄继业.EDA技术与VHDL（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2009.

[4]安静，康琦，汪镭，等.面向卓越工程师培养的“通信原理”教学改革与实践[J].微型电脑应用，2014，30（11）.

[5]白文乐，冯良，张永梅.通信原理课程实验教学模式探讨[C]. 2011年全国电子信息技术与应用学术会议论文集，2011.

[6]李菊琪，李林.中美理工科研究型大学课程价值取向比较研究[J].高等理科教育，2006（4）：30-33.

作者简介：冯良（1980-），男，汉，河北衡水人，硕士，北方工业大学电子信息工程学院实验师，研究方向：无线通信及嵌入式系统设计。白文乐（1967-），男，汉，山西运城人，博士，北方工业大学电子信息工程学院主任、副教授，研究方向：无线通信及移动互联网应用。曹淑琴（1963-），女，汉，辽宁大连人，硕士，北方工业大学电子信息工程学院副院长、副教授，研究方向：电子信息技术及应用。

*基金项目：教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会2015年度“重大、热点、难点问题”研究课题（项目编号：2015-Z1）；北京市教育教学改革立项项目（项目编号：2014-ms146）；2015北京市教育科学“十二五”规划年度立项一般课题（项目编号：DDB15181）；2015北方工业大学课程与专业建设项目（项目编号：XN001）；2015北方工业大学通信工厂创新实践基地项目（项目编号：XN009）；2015北京高校电子信息类专业群建设项目（项目编号：PXM2015_014212_000017）。

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）09-0011-02