教学演示系统在通信技术教学中的应用

【摘要】通信技术课程理论教学中，由于课程内容繁多，涉及概念抽象，学生感到枯燥，对课程内容难以理解和掌握。针对该课程纯理论和抽象的特点，设计了一个教学演示系统。使用该系统，可将教学过程中抽象的概念和系统进行实际演示，学生通过观察和动手试验，能够更好掌握所学内容，提高学习的主动性和积极性。该演示系统拉近了理论教学和实践教学的距离，将理论讲解和实际应用紧密结合起来，加深了学生对理论知识的理解和应用方法的掌握，提高了课堂教学质量。

【关键词】通信技术 教学演示系统 理论教学 实践教学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）39-0248-03

The application of teaching demonstration system in communication technology teaching Yang Jian.

（Department of Communication Engineering， Zhejiang Post and Telecommunication College， Shaoxing Zhejiang 312016， China ）

【Abstract】In communications technology course theory teaching， the course content is various， involving abstract concept， and the students feel boring， difficult to understand and grasp the course material. According to the characteristics of the course of pure theory and abstract， designed a teaching demonstration system. Using the system， can make actual demonstration about the abstract concepts and system， in the teaching process， students through the observation and practical experiment， can better grasp the learning content， and improve the learning initiative and enthusiasm. The demo system shortens the distance of theory teaching and practice teaching， combining theory explanation and practical application， deepen students' understanding of theoretical knowledge and mastering application method， to improve the quality of classroom teaching.

【Key words】Communication technology； Teaching demonstration system； Theory teaching； Practice teaching

一、通信技術课程教学的基本情况

通信技术课程是工科院校通信工程、电子信息工程等专业的专业基础必修课程，同时也是非电类理工科专业的重要专业基础选修课。该课程以通信中信号的分析转换为基础，介绍了从电话通信到数据通信，以及移动、微波、卫星通信的整个技术发展和其中的关键技术。是学生深入学习移动通信、传输接入、室内分布等专业课的先修课程。通信技术课程在整个通信专业课程体系中起着承上启下的作用，为学生构建起一个整体的电信网络。

我院的通信技术课程于2009年成为市级精品课程，是我校通信电源、通信线路、移动通信、计算机通信等专业的必修专业基础课。它是一门抽象、理论性强的学科，涵盖高等数学、信号与系统、电路等理论知识，其中有大量的原理、概念和公式。传统的教学模式是采用板书及PPT课件的方法进行各类原理、系统的讲解，给学生灌输大量的概念，定理。学生只能通过识记、课后习题来理解巩固教学内容，对其中大量的抽象性、应用性较强的内容掌握效果欠佳。学生普片反应学习该门课程概念抽象，对其中的基本理论和分析方法不能真正理解和掌握。

针对该门课程概念性强、抽象的特点，如果能在教学中，通过一个实际的演示系统，来进行演示和分析教学中的原理在实际中的应用，则能将抽象的概念实际化[1]。通过教学演示系统让学生观察实际的原理应用过程，来进一步学习消化所学的知识理论，将取得更好的教学效果。

二、教学演示系统的设计

本文设计的演示系统主要用于在通信技术理论教学中进行演示，通过课程分析和学生调研，重要而难以理解的通信基础概念包括：音频、脉冲编码调制过程、串并行通信、光通信、硬切换、软切换、接力切换等内容。

为了获得更好的演示效果，需要充分应用声光电等媒介，让学生获得更好的感知。例如在讲解语音信号主要集中在4KHz左右[2]，学生对于该频段的信号没有直观感受，则可以使用该系统产生一个实际的4KHz信号，通过蜂鸣器让学生听到该频率的信号声音特征。系统的整体设计框图如图1所示。

系统采用模块化设计，接入不同的功能模块，即可完成不同功能的演示操作。系统的主控制器模块用于完成整个系统的控制与运算，处理器采用意法半导体新近推出的增强型8位STM8S[3]单片机。STM8S具有优越的性能，基于哈佛架构，采用CISC指令集，具有高达20MIPS的运行速度，而传统51单片机最高运行速度只有1.33MIPS。STM8S具有丰富的外设，若干个16位、8位高级定时器、10位ADC、SPI、I2C接口等，充分应用这些资源，能够设计出丰富的演示功能。按键输入模块用于各项功能参数信息的输入，液晶显示模块（LCD）用于实时显示演示信息，便于学生观察演示效果。

制作完成的主控系统及PCM[4]（脉冲编码调制）演示模块如图2所示。

三、教学演示系统应用示例

在通信技术教学中遇到的第一个重要的难点原理即是PCM（脉冲编码调制）的过程。PCM是将语音、图像等模拟信号进行数字化的常用方法，由A. 里弗斯于1937年提出，用于数字系统中的信息处理。PCM的基本过程包括采样、量化和编码，处理过程如图3所示。

采样的目的为了获取模拟信号的样值。通过采样，获得离散化的模拟信号，为数字化处理提供基础。

量化是将时间离散，幅度连续的采样信号转换为时间和幅度均离散的信号，经过该步骤，信号将由模拟信号转换为数字信号。量化根据量化间隔是否相等可分为均匀量化和非均匀量化[5]，在本系统中使用均匀量化。

编码是将量化后的信号进行编码，形成数字系统可识别的二进制码组。通过这三个步骤，即完成了模拟信号到数字信号的PCM转换。

本文以PCM的演示过程来说明该系统在实际教学中的应用。

系统的PCM演示部分的模拟信号为通过主控单元产生一个10KHz，占空比为0%～45%的方波信号，用于驱动一个红色指示灯（LED），电压范围为0V到1.5V进行持续变化。学生通过指示灯由暗变亮的过程可直观感受到模拟信号的连续性特点。

采样由主控板模数转换（ADC）单元完成，系统可通过按键设置采集的样点数量。量化、和编码过程由系统运算完成，整个过程通过液晶屏进行同步显示，便于学生观察，实验。

本系统PCM演示的参数为：

（1）采样值范围：（0.00～1.50），采样精度：0.01

（2）量化值范围：（0.0～1.5）， 量化间隔0.1

（3）编码位数：4，编码范围：0000～1111

在主菜单选择“PCM 演示”项后点击ENTER键进入PCM演示子菜单，如图4所示。

LCD第一行以高亮的方式显示了当前所处的PCM阶段，当前为采样阶段。通过按键可以设置采样的点数，例如输入“6”，采集6个样值，按ENTER键确定，系统即进行样值采集，并显示在LCD上，如图5所示。

图5显示了系统从红色小灯处采集的6个模拟驱动电压信号，完成了采样的过程。按ENTER键进入PCM的量化阶段，如图6所示。

在量化阶段，系统首先显示出采样阶段的原始样值，三秒钟后，LCD上显示出经系统运算过后的量化值，如图7所示，通过图6、图7的对比，能够很清晰地向学生说明量化的原理与目的，此处使用了0.1的量化间隔进行均匀量化。

按ENTER键进入PCM的编码阶段，如图8所示。

图8显示了PCM编码阶段采用的参数，编码范围为0.0～1.5，编码位数为4位，按ENTER键即可显示出编码结果，如图9所示。图9以上下行的方式进行展示，上行显示的为量化值，在下行以高亮的方式显示每一个量化值对应的编码结果，以空格为间隔。

教師对以上步骤在课程中进行的演示讲解，学生观察并可实际动手操作。由电驱动灯的亮灭到将电压值以PCM的方式进行采集处理，获得最终的编码值，将复杂原理形象化，学生可以清晰了解PCM原理在实际的运用过程，结合理论讲解，可较好掌握PCM这一抽象概念。

以上以“PCM演示”功能为例，说明了该教学演示系统在实际通信技术教学中的应用。本文设计的演示系统已能够对语音、PCM、串并行通信、切换进行演示，并将不断完善，以期能够满足大多数常用原理概念的演示使用。

四、结束语

在通信技术这一理论课程教学中使用教学演示系统，对抽象、复杂的原理系统进行实际演示，可以让学生直观地观察并实际动手操作运用这些晦涩的原理，帮助学生理解和领会这些抽象内容，有利于提高学生学习的兴趣和积极性。本文设计的系统，使用方便，应用输入按键和液晶显示屏达到良好的人机交互效果。同时系统便携性良好，便于教师在课堂教学中随堂进行演示讲解，从而有效提高课程的教学质量，拉近了理论教学与实际实验教学的距离，达到改善教学效果的目的。

参考文献：

[1] 关多娇，李廷玉，宋乐忠，张哲. 融合理论教学和实验教学的教学方法改革与实践. 课程教育研究[J].2015，13：223.

[2] 梁晓辉，周权. 语音信号处理方法的可靠性研究. 电声技术[J]. 2010.34（4）：9-10.

[3] 张俊贺，殳国华，李永鹤. 基于STM8S的直流无刷电机控制系统的设计. 实验室研究与探索[J].2014.33（6）：123-124.

[4] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2001：207-215

[5] 程国才，尹亚兰，时统业. C语言实现模拟信源编码最优量化的数值计算. 通信技术[J].2009.42（1）：288-289.

基金项目：浙江邮电职业技术学院课改项目（01.YB2015002）； 绍兴市高等教育课堂教学改革研究项目（01.16.012）。

作者简介：杨健（1988.02-），男，籍贯：福建将乐单位：浙江邮电职业技术学院，职称：讲师，学历：硕士研究生，研究方向：通信技术，教学方法改革。