大型儀器應(yīng)用于移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

應(yīng)祥岳， 徐鐵峰， 劉太君， 文化鋒， 王曉東

(寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 寧波 315211)

0 引 言

精密、貴重大型儀器是高校開展科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的物質(zhì)條件[1], 是高等學(xué)校教學(xué)、科研實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在一定程度上體現(xiàn)出學(xué)校綜合實(shí)力和教學(xué)、科研的水平[2]。借助先進(jìn)儀器的水平優(yōu)勢(shì)，利用其最新技術(shù)手段，創(chuàng)出教學(xué)特色，推進(jìn)學(xué)科建設(shè)是當(dāng)今高校的重要工作之一[3-4]。

但是，大型儀器因價(jià)格高、專業(yè)性強(qiáng)，操作復(fù)雜，主要用于科研，普遍忽視其在教學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手操作。與此同時(shí)，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)所使用的儀器設(shè)備都比較落后，傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)常常會(huì)讓學(xué)生覺得枯燥，認(rèn)為內(nèi)容簡(jiǎn)單、儀器陳舊[5]。這些因素制約了學(xué)生基本科技實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，導(dǎo)致了培養(yǎng)出來(lái)的工科學(xué)生動(dòng)手能力及科技創(chuàng)新能力普遍不強(qiáng)。如何將大型儀器應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中，充分發(fā)揮其效能，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是工科教育應(yīng)普遍關(guān)注的重要課題[6]。

1 大型儀器現(xiàn)狀分析

中國(guó)高等教育自“科教興國(guó)”戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)，經(jīng)費(fèi)總投入有了很大增長(zhǎng)。隨著“國(guó)家十二五教育發(fā)展規(guī)劃綱要”的公布實(shí)施，高等教育經(jīng)費(fèi)的投入還將持續(xù)增長(zhǎng)。其中，很大一部分經(jīng)費(fèi)將用于購(gòu)買先進(jìn)儀器設(shè)備，改善教學(xué)條件，提升辦學(xué)層次與水平。隨著教育經(jīng)費(fèi)的不斷投入，如何充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，提高儀器設(shè)備利用率，也已成為一個(gè)突出問題[7]。作為儀器的管理使用人員，應(yīng)該管好用好儀器，積極進(jìn)行功能開發(fā)和技術(shù)改造[8]，加強(qiáng)開放與服務(wù)，提高大型儀器的應(yīng)用水平與使用效益，為科學(xué)研究和學(xué)生培養(yǎng)作出貢獻(xiàn)，使固定資產(chǎn)更好地保值、增值，發(fā)揮更大的效能[9-11]。

以寧波大學(xué)為例，僅2011年，全校共入庫(kù)10萬(wàn)元以上的設(shè)備107臺(tái)(件)，共4 000萬(wàn)元。我?！靶畔⑴c通信工程”學(xué)科借浙江省“重中之重”學(xué)科建設(shè)的契機(jī)，采購(gòu)了一系列美國(guó)安捷倫科技有限公司的高性能精密儀器，包括：光波元件分析儀N4373C、頻譜分析儀E4448A、E4443A、矢量信號(hào)分析軟件89600、模擬信號(hào)發(fā)生器E8257D、寬帶示波器86100C、矢量信號(hào)發(fā)生器N5182A、E4438C、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C等，其價(jià)值達(dá)800萬(wàn)元，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備達(dá)到國(guó)際一流水平。在此基礎(chǔ)上，我們與安捷倫公司聯(lián)合成立了“寧波大學(xué)-安捷倫聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。為開展無(wú)線通信技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。

但是目前這些高性能儀器主要是為我院科研服務(wù)的，很少或者基本不對(duì)教學(xué)開放。這一方面固然是因?yàn)檫@些儀器比較精貴，怕學(xué)生操作不當(dāng)引起損壞；另一方面是因?yàn)槲覀儧]有針對(duì)教學(xué)開發(fā)出合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。將這些大型儀器用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，既能達(dá)到儀器的充分利用，又能促進(jìn)教學(xué)的發(fā)展，一舉兩得。

2 移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，學(xué)生在學(xué)校不僅要學(xué)習(xí)經(jīng)典的基礎(chǔ)理論，更應(yīng)該汲取新知識(shí)的營(yíng)養(yǎng)，了解學(xué)科最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，開拓視野。而這些高性能儀器恰恰能提供這樣一種途徑與平臺(tái)，能夠?qū)⒖茖W(xué)研究和課堂教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，將經(jīng)典理論與學(xué)術(shù)前沿相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生成才。這對(duì)于從整體上提高本科教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平具有非常重要的意義[12-13]。

目前移動(dòng)通信市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，技術(shù)日新月異，3G、B3G、4G等網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)如火如荼。移動(dòng)通信教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，以能力培養(yǎng)為核心，將移動(dòng)通信領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)新技術(shù)新概念融入到教學(xué)當(dāng)中，使學(xué)生能夠抓住產(chǎn)業(yè)發(fā)展的脈搏[14]。

當(dāng)前移動(dòng)通信課程教學(xué)普遍存在如下問題：

(1) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏重某種具體技術(shù)或算法的演示或驗(yàn)證(如：正交調(diào)制與解調(diào)、MSK調(diào)制與解調(diào)、信道編譯碼、交織與解交織、FDD/TDMA原理等)，缺乏宏觀與整體觀念，缺少綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

(2) 各個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、功能與模塊相互獨(dú)立，缺乏靈活性，較少涉及移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)，缺乏系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)。

(3) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)、低端、陳舊，學(xué)生無(wú)法針對(duì)移動(dòng)通信新技術(shù)新概念開展實(shí)驗(yàn)。

3 將大型儀器引入移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)

將安捷倫高性能儀器引入到移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，充分發(fā)揮世界一流的安捷倫高性能儀器的魅力，加強(qiáng)本科實(shí)驗(yàn)的研究性與探索性，使理論學(xué)習(xí)與研究探索相結(jié)合，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，開拓學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。還有助于將科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，將部分優(yōu)秀的本科生吸引到科學(xué)研究上來(lái)。

(1) 基于安捷倫高性能儀器開發(fā)出一套適合于本科生的移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，供高年級(jí)本科生選修。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以綜合性、設(shè)計(jì)性為主，改變我院通信專業(yè)學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容陳舊的問題與現(xiàn)狀，使我院通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)緊跟學(xué)術(shù)前沿，全面提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：①移動(dòng)通信信號(hào)頻譜測(cè)量與EVM分析；②放大器噪聲系數(shù)測(cè)量；③白噪聲信道特性測(cè)試；④無(wú)線通信器件S參數(shù)測(cè)量；⑤GSM信號(hào)生成與分析；⑥CDMA2000信號(hào)生成與分析；⑦WCDMA信號(hào)生成與分析；⑧TD-SCDMA信號(hào)生成與分析；⑨移動(dòng)通信信號(hào)抗干擾性能測(cè)試。

(2) 開放實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)一定數(shù)量的創(chuàng)新型開放綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，供優(yōu)秀學(xué)生申請(qǐng)，以項(xiàng)目為引導(dǎo)，以實(shí)驗(yàn)室為依托，對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐能力訓(xùn)練。還可將實(shí)驗(yàn)室向本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開放，讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的高性能儀器完成本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，有利于開拓學(xué)生的視野，了解學(xué)科發(fā)展的前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和良好的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：①GSM無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)；②CDMA2000無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)；③WCDMA無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)；④TD-SCDMA無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)；⑤TD-LTE無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)；⑥WiMAX無(wú)線收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)。

(3) 將科研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合、相互促進(jìn)。在科學(xué)研究過程中提煉實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)本專業(yè)學(xué)生的科研能力。以研究生帶動(dòng)本科生，本科生協(xié)助研究生，共同進(jìn)步。以本碩合作為主體，指導(dǎo)教師為輔助，組成創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)，鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)創(chuàng)新科研項(xiàng)目。根據(jù)團(tuán)隊(duì)中各成員的知識(shí)背景和特長(zhǎng)分配不同的任務(wù)，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)成員的優(yōu)勢(shì)，完成自主立項(xiàng)的科研任務(wù)。

4 大型儀器的管理

大型儀器用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及到方方面面的問題，尤其是管理、維護(hù)、與安全。大型儀器價(jià)格昂貴，學(xué)生若操作失當(dāng)將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。在將大型儀器應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，必須先制定一套切實(shí)可行的規(guī)章制度，在滿足教學(xué)和科研的需求的情況下，保障大型儀器的安全運(yùn)行[15]。

(1) 大型儀器承擔(dān)著繁重的科研任務(wù)，為避免對(duì)科研產(chǎn)生影響，安排了相對(duì)固定的時(shí)間段開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，科研人員可提前安排好實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，避免沖突。開放時(shí)間視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而定，短則一節(jié)課，長(zhǎng)則半天。

(2) 建立了“上崗資格證”制度，只有具有上崗資格的同學(xué)才可以獨(dú)立操作大型儀器。每學(xué)期開學(xué)時(shí)集中進(jìn)行儀器操作培訓(xùn)，參加者包括所有將要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的本科生和研究生，培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行考核?？己撕细癫拍塥?dú)立操作大型儀器。

(3) 建立專職教師的值班制度，保證實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)至少有一名教師，隨時(shí)為本科生和低年級(jí)研究生提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)并監(jiān)督，保證大型儀器的安全運(yùn)行。

(4) 所有大型儀器聯(lián)網(wǎng)，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過網(wǎng)絡(luò)傳送，避免使用U盤帶來(lái)的病毒交叉感染。

5 結(jié) 語(yǔ)

將大型儀器設(shè)備向本科生開發(fā)是工科院校人才培養(yǎng)的迫切要求。學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)使用大型儀器設(shè)備的熱情很高，只要合理安排時(shí)間，在保證科研工作順利開展的情況下，將大型儀器用于教學(xué)不僅培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)，也進(jìn)一步提高了大型儀器的使用率。實(shí)踐證明，大型儀器向教學(xué)開放是提高本科教學(xué)水平的重要手段。當(dāng)然，這同時(shí)加大了大型儀器管理和維護(hù)的難度，需要完善各種規(guī)章制度，用制度規(guī)范管理工作的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保大型儀器的正常運(yùn)行，使得科研與教學(xué)雙豐收。

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