《通信原理》实验教学改革再探

杨光 黄力群

摘要：针对目前通信原理实验教学不够灵活等不足问题，通过引入Quartus II软件仿真和FPGA硬件下载，克服了传统实验教学仅采用单一的硬件验证型实验所存在的弊端，使理论性强的原理和公式直观化。教学实践表明：该教学方法不仅能够很好地完成实验教学内容、提升了教学质量，同时也大大提高了学生的动手能力、激发了学生实验兴趣和理论学习积极性。

关键词：通信原理;Quartus II仿真;FPGA硬件;实验教学;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2018）24-0225-01

通信原理课程实验教学主要从以下四个方而进行改革：

一、精选实验内容

《通信原理》课程是通信领域中的一门基础课程，而通信技术发展的一个显著特点是日新月异，因此，实验内容的选择就显得尤为重要，既要注重基础知识，又要跟踪最新技术，同时还要能够提高学生动手能力。依上述原则，在内容设置上主要采取了以下措施：

通信原理实验项目内容分为两大类：验证型和设计型。验证型实验的目的是让学生对相关的基础知识进行验证，加深对知识点的理解和掌握：设计型实验的教学目的是让学生在已有的知识水平的基础上结合最新技术，独立设计实验方案，完成实验内容。设计创新性实验基于FPGA芯片，采用微机仿真和硬件相结合的方法进行实验。

实验过程如下：

首先在Quartus II平台上用电路原理图或硬件描述语言设计单元电路，然后编译仿真，验证电路的逻辑正确性，最后将电路用Altera的JTAG下载电缆下载到FPGA芯片，通过数字示波器测试设计的结果。仿真设计拓展了学生思维，发挥了学生创新能力：通过硬件实验箱测试既直观又培养了学生动手能力。验证性实验使学生对每个模块电路性能，信号波形有了初步的认识，有助于设计性实验电路的制作。那么利用FPGA设计平台，自主发挥，设计和制作单元实验电路，就有助于锻炼学生的设计能力。这主要安排在课外时间完成，学生需要到实验室验收。做FPGA电路时，规定有统一的接口，便于将自行设计的实验电路与综合性实验、系统性实验连接起来。实验有可能失败，若失败就要去分析问题的原因，寻找解决问题的办法，这一过程有利于培养学生的创新意识，提高创新能力。接着做综合性实验。再接着做系统性实验，完成模块之间的正确连接和调试，实现局部或系统的功能。综合性实验强调学生对通信系统知识的综合运用，要求学生将信号的调制解调、编码解码、复用解复用、信源、信道、滤波等多个环节结合在一起，进行组合，自主构造一个基本的通信系统。这部分实验内容以实验箱、仿真实验或虚拟实验的方式进行，有利于提高学生的综合能力，对于这部分实验，教师给出实验选题并提供指导。

二、渐进式引导教学法

教学中师生之间、学生之间互动讨论，充分调动学生的参与性，尤其在设计与综合实验中，教师引导学生讨论实验方案、方法等，增强学生的主观能动性，活跃学生思维与参与意识，提高学生的沟通与表现能力。同时也为实验基础较薄弱的学生提供一个填平补齐的机会。在实验方法中推行‘渐进式，自主式，探索式”的实验教学新模式，摆脱了过去那种注入式、填鸭式、学生完全处于被动的旧体系，实验效果明显。学生做完实验取得效果后，感到有成就感。学生每次做实验显得积极主动，遇到困难后，他们千方百计想办法去解决问题，形成理论一实验一再理论一再实验的良性循环。

三、要求学生上实验课前写预习报告

对于验证性实验的预习报告，要求学生在认真阅读和仔细推敲实验内容后写清实验目的，简述实验原理，列出实验仪器，仪表清单。最好自主拟定实验步骤，不局限于实验指导书中的步骤，画出填写实验数据的表格，设想实验结果和估计实验中可能出现的现象，拟定出决定实验成败的关键点和应该注意的问题，初步回答附在实验后的思考问题，能对实验指导书中的实验方案以及步骤提出大胆的质疑。

对于设计性实验的预习报告，关键是要求学生仔细审题后设计实验方案;画出必要的原理图，开出实验仪器、仪表和实验材料清单。拟定出实验步骤，预测实验结果和实验中可能出现的现象。

如果每個学生都能按上述要求写好实验预习报告，就能起到提高实验课效率;加深对理论课内容的理解;提高做实验的主动性和积极性;锻炼学生的自学能力;培养学生的探索和研究能力;搭建学生实施创新思维的平台等重要作用。

四、建立开放实验室

实践证明，开放实验室为学生提供了发挥主观能动性、主动展开实验的实验环境，极大地调动了学生的积极性。对学生的自我约束力、责任心、合作精神以及管理能力也是一种培养和锻炼。吸收学生参加科研和实验改革，培养学生创新能力。

对于那些求知欲强、实验兴趣浓、动手能力强的学生，老师欢迎他们到实验室来做自己爱好的项目。老师给学生安排实验任务，学生可以根据自己的时间安排，自行到开放实验室来完成相应实验，实验以综合性和设计性实验为主。这是一种培养学生综合把握和运用学科知识的能力，培养学生实践能力、团结协作能力的实践教学形式，同时可以进一步的发展多元智能理论中自我认识、人际交往和自然探索等深层次智能。