类比教学法在通信原理课程教学中的应用

2018-03-31周彩霞

长沙航空职业技术学院学报 2018年1期

周彩霞

(长沙航空职业技术学院，湖南长沙 410124)

类比是用一个具体、熟悉、容易理解的事物，以比较的方式来说明一个形象、生疏、难懂的事物［1，2］。类比是举例和比较的综合，其依据是物理规律的相似性。巧妙运用类比法，可以降低教学难度，提升教学效果。

通信原理是通信技术专业的核心专业课程，具有逻辑性强、内容繁杂、公式繁多、概念抽象等特点，学生普遍感觉学习起来枯燥乏味，深奥难懂。教师在课堂教学中适当地运用类比法，不仅能使原本枯燥的知识兴趣化、抽象的概念形象化、深奥的理论简单化，而且有助于激发学生的学习兴趣，培养学生的想象与创造性思维能力。下面介绍类比法在通信原理教学中的典型应用。

一、类比法在通信系统性能评价中的应用

在对通信系统进行性能评价时，主要指标就是有效性与可靠性，有效性反映信息传输的频带利用率问题，可靠性反映信息传输的质量问题。而频带利用率与质量是一对矛盾体，即有效性与可靠性成反比，而有效性与可靠性是抽象的、无操作性的，使得学生很难理解两者之间的对立关系。

采用类比法：假设在橘子洲头附近的湘江两岸之间架设两条独特平行的桥，一条是没有护栏的狭窄木桥，另一条是没有护栏的宽阔铁桥，让身体、心理素质完全相同的两个人由一岸走向另一岸。在其他因素完全相同的情况下，很明显，走宽阔铁桥的人掉进江中的概率会更小，也就是可靠性更高，但铁桥比木桥宽阔，占有的资源更多，即铁桥的桥宽利用率低，有效性就低，也就是说在可靠性高时有效性偏低。该案例形象化的说明了系统的有效性和可靠性成反比，通过生活中容易理解与熟悉的事物做类比，简化了知识的理解难度，使学生更易于接受。

二、类比法于信道容量的应用

信道容量是单位时间内信道上所能传输的最大信息量，是衡量信道优劣的一个重要指标。香农公式给出了信道容量、信道带宽和信号噪比之间的关系，如公式1所示。式中C为信道容量，B为信道带宽，S是信号功率，N是噪声功率。可见，信道容量受到噪声和带宽的双重制约，但学生很难理解它们三者之间的关系。

若将一段公路类比为一个信道，用每秒通过这段公路的汽车数即交通量类比为信息量C，公路的宽度类比信道宽度B，公路上的汽车类比为信号S，公路上的行人类比为干扰信号N。显然，交通量与道路宽度成正比，路越宽，单位时间通过的车辆数就能增加；交通量还与路上车辆数与行人数之比有关系，行人越多，占据的路面就越宽，可供车辆通行的路面也就越窄，S/N就小，反之，S/N变大，交通量就大。将信道容量关系式内容与已有生活体验结合起来，帮助学生加深理解，起到了事半功倍的效果。

三、类比法在调制技术中的应用

调制是通信原理课程中一个十分重要的概念，是一种信号处理技术。通过案例分析学生很容易搞清楚为什么要对信号进行调制，但如何调制？却因看不到、摸不着、概念过于抽象使学生感到很难领会与掌握。拿生活中的远途货运做类比使学生一下子感觉豁然开朗，调制问题迎刃而解。

要把一件货物运到千里之外，就必须要借助运载工具，如汽车、火车或飞机等等，如果把货物比作调制信号，运载工具相当于载波，那把货物装到运载工具上就相当于调制，到达目的地后，从运载工具上卸下货物就相当于解调。学生通过类比不仅弄明白了什么是调制，而且也领会了调制的目的之一是为了要远程传输信号。

四、应用类比法讲解复用方式

信号的三种复用方式[3]：频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)以及码分多路复用(CDM)，如图1所示。频分多路复用是通过调制技术将多路频谱重叠的信号分别搬移到不同的频带上，使得他们的频谱不再重叠，其特点是各路信号在时间上相互重叠，而在频率上各占其位，互不干扰。时分多路复用是指在一个物理信道中，将多路频谱重叠的信号分时在信道中传输，其特点是各路信号（调制后）传输时在时间上相互不重叠，而在频率上频谱重叠。码分多路复用是利用扩频调制技术将多路时间重叠、频谱重叠的信号变为传输码型不同的信号在同一信道中传输，其特征是多路信号无论在时间上还是频谱上都重叠，但它们的码型不一样。讲解多路复用的概念时，即便是利用了复用示意图，还是会有部分学生感到困惑与不解。

采用类比的方法来解释复用技术：将校内的体育场地类比为频段，一组学生在体育馆内的体育场打篮球，另一组学生在体育馆外的体育场打排球，同一时间在不同的体育场地（即不同的频段）进行两组不同的体育活动，相当于两路信号在同一时间占用不同的频段，类似于频分多路复用；一组学生上午在体育馆内的体育场打篮球，另一组学生下午在体育馆内的体育场打篮球，这两组学生在同一体育场地(即同一频段) 占用了不同的时间段进行不同的体育训练，类似于时分多路复用；如果学校晚上在体育馆内的体育场地上举行学习交流会，多组学生用多种不同的语言参与交流，一组学生用汉语讨论电工技术，另一组学生用英语交流卫星通信，还有学生用俄语交流飞机维修，各组之间互不干扰，类似于码分多路复用。运用生活中熟知活动与多路复用的相似性，使学生理解这三个概念的本质区别，带动学生积极参与到教学活动中来[4]。

五、结束语

将生活中熟悉的事物通过形象、生动、风趣的类比，深入浅出地讲解通信中的概念与技术，使学生从相似、关联中领悟其中的道理，激发学生的学习兴趣与热情，使教学效果与教学质量得到了显著提高。由于类比法推出的结论并不一定正确与科学，类比有一定的局限性与不足。类比法的推论必须要经过实验证明才能进一步推广。因此，在通信原理教学中，应用类比法教学时要注意类比的正确性和适当性，类比是手段而不是目的，类比的运用要适度，不能盲目依赖。