對于通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)的思考與體會

張　欣

[摘 要]通信原理實(shí)驗(yàn)是一門重要的實(shí)驗(yàn)課程，目的在于讓學(xué)生對通信系統(tǒng)建立系統(tǒng)性概念，加深對通信基本理論的認(rèn)知，加強(qiáng)動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。當(dāng)前的通信原理實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，存在實(shí)驗(yàn)效果不理想的問題，本文結(jié)合工作實(shí)際就如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提出一些改進(jìn)的思路與做法。

[關(guān)鍵詞]通信原理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)效果 改進(jìn)

通信技術(shù)的快速發(fā)展，要求通信專業(yè)的學(xué)生和科技人員不但要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還應(yīng)具有較強(qiáng)的工程概念和動手能力及開拓創(chuàng)新和快速適應(yīng)工作的綜合能力。《通信原理》是通信工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容廣、難度大，為保證課堂教學(xué)效果，讓學(xué)生牢固掌握基礎(chǔ)理論，扎實(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析解決通信基本問題的能力和積累一定的方法，配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。傳統(tǒng)的本科通信原理實(shí)驗(yàn)課程多以實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，只需學(xué)生在相應(yīng)的接口中插入導(dǎo)線，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟正確連接即可實(shí)現(xiàn)，使得學(xué)生的實(shí)踐動手能力得不到充分的鍛煉，也起不到通過實(shí)驗(yàn)加深理論的作用。針對這個問題，有部分高校進(jìn)行了改革，如采用EDA平臺進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真設(shè)計[1]和FPGA平臺+單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計[2]，但由于學(xué)時、條件等方面的限制，往往不能在通信原理實(shí)驗(yàn)課程中實(shí)現(xiàn)，而只能在通信專業(yè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)中完成這方面的教學(xué)工作，對實(shí)驗(yàn)課程的效果改進(jìn)幫助不大。

通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的基本思路

通信原理實(shí)驗(yàn)的學(xué)時數(shù)多為16-20學(xué)時，實(shí)驗(yàn)時間是在課堂教的相關(guān)內(nèi)容結(jié)束以后交叉進(jìn)行，能夠進(jìn)行8個驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和1個綜合性實(shí)驗(yàn)，典型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為PAM調(diào)制與解調(diào)、PCM調(diào)制與解調(diào)、FSK調(diào)制等項目，由通信原理實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)。

我們在通信原理實(shí)驗(yàn)課程中選用的實(shí)驗(yàn)箱是南京恒締公司的HDB621B，該實(shí)驗(yàn)箱能夠滿足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基本要求。為了進(jìn)一步提高通信原理實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)學(xué)時的條件下，需要挖掘原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的潛力。HDB621B實(shí)驗(yàn)箱采用模塊化的結(jié)構(gòu)，單次實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只能使用其中某一部分，還不能模擬設(shè)計一個接近真實(shí)的通信系統(tǒng)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)側(cè)重在數(shù)字技術(shù)，對一些常用的模擬技術(shù)并不涉及，這跟現(xiàn)在的通信原理教學(xué)大綱不是很相符，也欠缺對學(xué)生的綜合設(shè)計能力的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生按照該實(shí)驗(yàn)箱配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的步驟，可以完成一系列通信原理實(shí)驗(yàn)。由于眾所周知的原因，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是擴(kuò)展性、操作性不強(qiáng)，學(xué)生除了按照事先規(guī)定好的步驟完成實(shí)驗(yàn)外，并不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)現(xiàn)額外的操作，只能被動地實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果是完成實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生可能記錄了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形，但是對這些數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原理和目的，卻沒有一個深入的理解，實(shí)驗(yàn)效果也就無從談起。

針對上述問題，在不額外購置新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下，較好的作法是深入挖掘原有實(shí)驗(yàn)箱的潛力，結(jié)合通信原理課程的特色，對實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行改進(jìn)。例如，實(shí)驗(yàn)箱原有的各種載波信號都是固定不變的，而這些載波信號是由高頻振蕩電路生成并引入各個模塊，于是可以將原有的高頻振蕩電路中的電容由固定電容替換成可變電容，以此來獲取各種不同的載波信號，學(xué)生可以自己改變可變電容的值，獲得各種欠調(diào)節(jié)或過調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過與理想調(diào)制信號相比較，能夠有一個更加深入的實(shí)驗(yàn)效果。在每次實(shí)驗(yàn)之前，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，將改進(jìn)之處的電路結(jié)構(gòu)和原理解釋清楚，并要求學(xué)生著重加強(qiáng)在改進(jìn)步驟處的實(shí)驗(yàn)，同時，指導(dǎo)教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)報告中對這部分內(nèi)容的總結(jié)，以達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。

對PAM實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

PAM(Pulse Amplitude Modulation脈沖幅度調(diào)制)實(shí)驗(yàn)是通信原理實(shí)驗(yàn)的第一個系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，下面將以這個實(shí)驗(yàn)為例說明本文所提及的對實(shí)驗(yàn)電路改進(jìn)的方法。該實(shí)驗(yàn)的原理是利用抽樣脈沖去調(diào)制基帶信號，將幅度連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成幅度離散的已調(diào)信號，奈奎斯特低通抽樣規(guī)定當(dāng)抽樣頻率大于等于兩倍的信號最高頻率時，可以實(shí)現(xiàn)無失真抽樣。在實(shí)驗(yàn)箱中，由555定時器生成了16kHz的方波信號作為抽樣脈沖，但由于振蕩電容固定，此方波信號的頻率不可變。學(xué)生在做這部分實(shí)驗(yàn)的時候，只能得到一個16kHz的已調(diào)信號，過程和結(jié)果比較單調(diào)，不會產(chǎn)生很大的實(shí)驗(yàn)興趣。

為了加深實(shí)驗(yàn)效果，可以將電路進(jìn)行如下改進(jìn)，將圖1中CA601處的電容焊下，引出兩個觸點(diǎn)，在做PAM實(shí)驗(yàn)的時候提供一個可變電容箱給學(xué)生，要求他們在實(shí)驗(yàn)中將電容箱接入CA601對應(yīng)的觸點(diǎn)，并調(diào)節(jié)電容箱輸出電容的大小，因?yàn)镃A601電容是555定時器的輸入振蕩電容，就可獲取多個不同頻率的抽樣脈沖，例如小于信號頻率、約等于2倍信號頻率和遠(yuǎn)大于兩倍信號頻率這3種信號，以這些抽樣脈沖去調(diào)制原始信號，會產(chǎn)生過調(diào)、欠調(diào)和正好匹配的三種情況。于是，學(xué)生可以從實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形(圖2)明顯感受到低通抽樣定理的作用，實(shí)驗(yàn)效果良好。

圖1 555定時器生成抽樣脈沖電路圖

（1）欠調(diào)信號 （2）過調(diào)信號 （3）適調(diào)信號

圖2 PAM實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形

在上述改進(jìn)方法中，電路的改進(jìn)只是一個方面，更為重要的一個環(huán)節(jié)是對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，任課教師在每次開始實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)將改進(jìn)的原因結(jié)合實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的通信基本原理進(jìn)行詳細(xì)說明，并要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)原理自己設(shè)計頻率范圍，做到在實(shí)驗(yàn)的時候心中有數(shù)，而不是老師說什么學(xué)生就做什么，只有這樣，才能更好的將實(shí)驗(yàn)與課程內(nèi)容相結(jié)合，提高做實(shí)驗(yàn)的效果。

總結(jié)

本文主要論述了對通信原理實(shí)驗(yàn)的一些改進(jìn)思路，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)：(1)綜合考慮實(shí)驗(yàn)學(xué)時和設(shè)備的限制，在不對原有系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模更新的條件之下，對已有實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行簡單改造，成本低、見效快。(2)在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中依托通信原理的基本內(nèi)容引入部分設(shè)計性元素，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的操作性。(3)起到了良好的互動作用，可以部分地解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺點(diǎn)，充分調(diào)動學(xué)生的主動能動性，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之后主動去理解實(shí)驗(yàn)原理的熱情。實(shí)踐證明，在對通信原理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)之后，學(xué)生對通信原理實(shí)驗(yàn)的積極性和興趣性都很高，從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)反饋到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的收獲也有所提高，實(shí)驗(yàn)效果顯著改善。

項目基金：貴州省科技基金(黔科合J字[2007]2201號),貴州省精品課程項目（2007）。

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[3]樊昌信，等.通信原理(第6版) [M]. 北京:國防工業(yè)出版社,2008.

作者單位:貴州大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院通信工程系