新冠疫情下構(gòu)建基于信息化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

謝小琴

(惠州學(xué)院，電子信息與電氣工程學(xué)院，惠州 516007)

0 引言

2020年初，一場突如其來的新冠病毒肺炎席卷全國，卒不及防地打斷我們以往正常的生活，停工、停業(yè)、停學(xué)、停市，方方面面出現(xiàn)前所未有的改變。為應(yīng)對疫情，高校教育也面臨改變，為保障正常的教學(xué)秩序，停課不停學(xué)，特別是工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為此我們基于MATLAB/Simulink設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，并利用超星學(xué)習(xí)通平臺實(shí)現(xiàn)以學(xué)生“學(xué)”為中心的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1 基于MATLAB/Simulink設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)

MATLAB/Simulink是一款圖形化界面，功能強(qiáng)大又簡單易學(xué)的仿真軟件。利用MATLAB/Simulink構(gòu)建的《通信系統(tǒng)原理》實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，結(jié)合理論知識搭建各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模型，設(shè)置各模塊參數(shù)，顯示在不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其過程直觀明了，可操作性強(qiáng)。該系統(tǒng)總流程圖如圖1所示。

圖1 通信原理課程實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)總流程

本文以二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)為例介紹該系統(tǒng)在《通信系統(tǒng)原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用。

二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)，即用兩種不同的相位來表示二進(jìn)制的0和1，有A方式和B方式兩種，其中A方式它用相位0和相位π來表示，其信號的時(shí)域表達(dá)式為[1]：

S2psk(t)=Acos(ωct+θn)

(1)

由式(1)可寫成：

(2)

根據(jù)式(2)，2PSK信號的產(chǎn)生可采用模擬調(diào)制法，解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，其調(diào)制與解調(diào)原理方框圖如圖2所示[2-3]。

圖2 2PSK調(diào)制/解調(diào)原理框圖

在2PSK信號的解調(diào)中，設(shè)已調(diào)信號表達(dá)式為S(t)=A1cos(ωct+θn)(A1為調(diào)制信號的幅值)，經(jīng)與載波信號A2cosωct(A2為載波的幅值)相乘，得：

再經(jīng)低通濾波器(LPF)除去高頻成分cos(2ωct+θn)，得到包含基帶信號的低頻信號，經(jīng)抽樣判決后還原為輸入的基帶信號。根據(jù)上述原理分析，基于MATLAB/Simulink的仿真參考模型如圖3所示。

圖3 2PSK調(diào)制解調(diào)參考模型

各點(diǎn)的參考波形及2PSK功率譜如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 2PSK解調(diào)各點(diǎn)參考波形

圖5 2PSK調(diào)制輸入與解調(diào)輸出比較波形

圖6 2PSK功率譜

2 超星學(xué)習(xí)通平臺實(shí)現(xiàn)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)

超星學(xué)習(xí)通是超星公司著力打造的通識教育平臺，用戶界面友好，簡單易學(xué)，非常適合線上教學(xué)。我們基于超星學(xué)習(xí)通搭建實(shí)驗(yàn)仿真平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的在線發(fā)布、指導(dǎo)、驗(yàn)收，如圖7、圖8所示。

圖7 超星學(xué)習(xí)通界面

圖8 2PSK實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的部分截圖

3 結(jié)語

基于MATLAB/Simulink的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，與超星學(xué)習(xí)通的有機(jī)結(jié)合，是信息化條件下工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效探索，改變了以往類似《通信系統(tǒng)原理》等課程實(shí)驗(yàn)更多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)單一，枯燥難理解且實(shí)驗(yàn)時(shí)間受限的現(xiàn)狀。既有效鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，提高教學(xué)效果，真正實(shí)現(xiàn)在新冠疫情下停課不停學(xué)。