基于Simulink软件的通信原理教学改革探讨

2018-07-31谢文娣

科技视界 2018年11期

关键词：通信原理教学改革

谢文娣

【摘要】本文阐述以Simulink软件为核心的通信原理课程教学改革，通过采取多种措施实现从纯理论教学到多样化教学的过渡，激发学生的学习积极性，有效地提高课堂教学质量，达到良好的教学效果。

【关键词】Simulink；通信原理；教学改革

中图分类号： TN911-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.060

【Abstract】this paper deals with Simulink software as the core of communication principle curriculum teaching reform， through a variety of measures to realize the transition from the pure theoretical teaching to diversified teaching， stimulate students' learning enthusiasm， effectively improve the quality of classroom teaching， to achieve good teaching effect.

【Key words】Simulink； Communication principle； The teaching reform

1 教學现状

《通信原理》课程是电子信息类、通信类、物联网专业必修的专业核心课程，也是众多高校考研的重要专业课程之一，它是多门课程相互连接的桥梁和纽带，承上启下，上接《信号与系统》、《数字信号处理》，下启《光纤通信》、《移动通信》、《宽带通信》、《LTE原理及关键技术》，在培养学生通信相关理论分析和应用设计方面发挥重要作用。通信原理是当今通信信息技术蓬勃发展的基础，是培养信息学科优秀人才的重要步骤。它在课程体系的地位和作用，决定了本课程在电子信息、通信类、物联网专业人才培养中的地位和作用。

通信原理概念性强，理论知识抽象，公式多，推导过程繁杂。很容易导致课堂授课方式变成“填鸭式”的以教为主的教学模式。教材内容多而繁琐，教师授课时如果不能够合理安排授课内容，在授课过程中往往感觉学时不够，造成课堂上满堂灌，学生抓不住重点，学习上费时费力，兴趣不大。

在实践教学方面，传统的通信原理课程的实践教学以硬件实验箱为主，所能开发的基本都是验证性实验，不能充分调动学生的积极性，更不利于学生创造性的发挥，从而造成虽然学校花费了昂贵的费用建立了通信实验室，购买了实验设备，但往往并没有起到很好的教学效果。学生甚至在实验时仍旧概念模糊，原理不清楚，甚至操作出现了相应的实验结果，却并不能很好地利用所学的理论知识进行解释，使得理论与实践脱节，理论未能很好地指导实践，实践也没能帮助学生最大程度地掌握概念及其他理论知识。通信原理课程教学内容如图1所示。

其教学内容涵盖了通信基础知识、模拟通信系统和数字通信系统，其中随机过程、调制和编码理论，非常难懂，理论性强。通信原理实验课是该课程理论联系实践的基础环节，通过实验学生学习并掌握常用电子设备的使用，从而在一定程度上提高学生的动手能力。然而，由于硬件条件受限问题包括设备不方便携带、教室空间有限等原因，在实际授课过程中，教师更多的是讲授原理和方法，理论教学与实践应用无法紧密结合，导致理论与实践相分离，学生的学习兴趣和积极性相应得不到提高。

2 Simulink软件

Simulink是可以为一个动态系统提供集建模、仿真和综合分析平台于一体的MATLAB软件中最重要组件之一，具有仿真与可视化仿真功能的软件包，它适用范围广，结构和流程清晰及仿真精确度高、与实际应用比较贴近且高效灵活，被广泛应用于线性系统，非线性系统的建模仿真、数字信号处理和数字控制仿真。

2.1 界面友好、易学易用

Simulink具有交互式的图形编辑器，可以组合和管理直观的模块图，提供友好的图形界面，操作简单，可以从工作界面上找到所需的元器件和测量模块。

2.2 丰富的模块库

Simulink含有多种功能模块库，能找到各种领域的虚拟器件模型，从连续系统器件到离散系统器件，从线性器件到非线性器件，从模拟器件到数字器件等等。不仅有信号源、示波器、整流器等通用仪器；还有滤波器、抽样保持器、频谱仪等实验室比较少见的硬件设备。

2.3 强大的分析功能

Simulink可访问MATLAB且提供了比较全面的系统分析方法，既有时域波形分析，又有FFT计算，频谱带宽分析，误码率分析、抗噪声性能分析等。

3 教学改革研究内容及目标

3.1 不同专业使用不同三纲两书选用不同教材

《通信原理》课程是通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、物联网工程等专业的必修课程，是从事电子、通信相关研究设计的重要基础，但在不同专业培养方案中地位不一。根据它在不同专业中的重要性设置不同学分和学时数，使用不同的教学大纲、实验大纲、实验指导书等，并选用不同教材。如通信工程选用樊昌信的《通信原理》第六版教材，电子信息工程、电子科学与技术、物联网工程专业选用张卫钢的《通信原理与通信技术》教材，前者理论性很强，研究较深入，适合通信类专业使用，后者实用性较强，特别适合非通信类专业使用。

3.2 在实验教学中引入Simulink软件

在实验教学环节中将Simulink软件仿真引入进去，学生自己动手将理论公式转化为图形表述通过Simulink软件其强大的图形功能。与传统的硬件实验相比，这种虚拟实验灵活多变，学生可以根据所学内容如模拟调制、数字调制、同步技术等自行设计方案、构建模型，对知识点进行仿真分析，能更好地培养学生的设计能力、分析能力和创新能力。虚拟实验一方面适用范围广，条件简单，只需要提供一台电脑和安装一款Simulink仿真软件，学生可以在任意时间任意地点完成实验任务，不存在实验室时间和空间约束的问题。另一方面不需要硬件设备的支持，也就不存在实验仪器损坏的问题，且根据教学需要可以及时更新实验项目，灵活性大；同时，在虚拟仿真中通过虚拟设备的操作练习，学生对实际硬件设备有了更好地把控，实验效率得到大大地提高。

3.3 开设课程设计

目前我校开设的通信原理实验基本是验证型实验，设计和综合型实验很少。为了使理论与实际结合更为紧密，工程实践训练能得到进一步强化，开设课程设计培养学生的创新能力及综合分析能力。通信原理课程设计是依托Simulink仿真软件平台，为学生提供更多的通信系統分析和设计机会，课程设计内容紧扣工程实践，这样使学生分析解决实际问题的能力得到进一步提高，实验教学效果随之提升。

3.4 设计知识结构图

知识结构图是指把所学内容进行归纳汇总并以具有系统完整性的知识结构图示呈现出来。对每章内容设计一张知识结构图，采用顶层式设计方法，自顶而下，一层一层分解，主线清晰明朗，学生从宏观上感知每一章的主要知识点；等一章学习完成后，再一次重现知识结构图，学生对照结构图进行复习，可以帮助学生自我检验，进一步提高通信原理课程的教学效果。如第一章绪论其知识结构图如图3所示，本章主要介绍通信的基本概念，具体包含常用的通信术语、通信系统的分类、组成、性能指标，通信的工作方式、信息度量、通信的发展简史。

图2 第一章知识结构图

3.5 引入项目式教学方法

我们将《通信原理》实践教学内容设计成数字基带系统仿真、模拟通信系统仿真、数字调制系统仿真、模拟信号的数字传输仿真和多址系统仿真共五个项目模块。

课题包括：基于Simulink的模拟通信系统、数字基带系统、数字调制系统仿真、多址系统仿真等。每个课题还可以分为多个子课题。

在每一个项目中，涉及一些理论基础，教师指导学生进行必要的理论准备。同时启发学生如何完成项目的基本要求和扩展要求，以项目由简入深的原则，通过渐进的学习逐步地提高和完善学生的知识面。

4 结束语

本文探究的教学改革具有以下特色：

（1）针对不同专业的各自特点，不同专业不同学生开课学时不一，使用不同教材，采用不同三纲两书，真正做到因材施教。

（2）实验中引入Simulink仿真软件，对抽象定义、复杂公式、大量原理框图的动态模拟仿真，实现系统波形分析和结果的可视化直观表现，避免繁琐复杂的数学推演，提高学习效率和学习兴趣。

（3）构建“理论+实验+课程设计”为一体的课程体系，突破了传统的理论教学和实验教学相分离的现状，将理论与实践有机结合。对于课程设计结合真实的工程实践项目，侧重于理论联系实际，培养学生的工程实践能力。

（4）引入项目教学法，其项目教学仿真平台采用模块化设计思路，使其具备很强的可移植性和可扩展性，在教学和学习过程中随着教学内容的更新和发展并结合企业需求可增补项目内容，可以对各功能模块进行增添、更改，使其更好服务于教学，作用于教学，提高教学质量。

【参考文献】