提升课程实验教学效果的方法研究

【摘 要】 课程实验是深化理论知识、提高综合素质的有效途径。笔者结合新一轮教学改革要求，以“通信原理”课程实验为依据，分析该课程实验的教学实际，提出在依托实验箱的验证性实验基础上，将多种实验方法进行融合式教学，增加综合性、设计性实验比例，利用Systemview软件进行仿真实验，提高学员应用仿真软件进行系统设计的能力，并且提出了采用自主性实验教学模式提升教学效果的方法。

【关键词】 课程实验；通信原理；仿真实验；自主性实验

【中图分类号】G424【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2013）9-00-02

课程实验作为课程教学目标的重要载体，其教学效果直接影响学员对理论知识的理解程度以及学习的兴趣。“通信原理”是通信工程、信息工程和指挥信息系统等专业的专业基础课，涉及“信号与系统”、“数字电路”、“高频电子线路”等多门先修课程，是其他后续专业课程的基础。该课程理论性强，知识面广，概念抽象，数学公式推导多，与基础课联系紧密。“通信原理”课程实验，能够实现加深学员对本课程的基本理论知识及基本概念的理解，建立起完整的通信系统概念，提高学员理论联系实际的能力，培养学员的工程应用能力、综合设计能力和实践创新能力，如何提升课程实验教学效果已成为专业实验室研究探索的目标之一。

1 目前实验教学存在的问题分析

通信原理课程实验大致可分为验证性实验、综合性实验和设计性实验。目前，通信原理实验主要是依托现有的通信原理实验箱开设相应的验证性实验，硬件实现较多，学员动手操作范围受到限制，创新性思维训练不足。综合性实验涉及本课程的综合知识及与其相关的其他课程知识，要求学员运用多方面理论、多种实验方法进行实验。设计性实验给定实验目的、实验要求和实验条件，由学员自行设计实验方案并加以实现。设计性实验不但具有基础理论和专业知识研究的性质，还具有项目（工程）设计、优化、改进等特点。增加综合性、设计性实验内容的比例是课程实验改革的主流，对全面培养学员的独立思考能力、综合运用、综合实践技能和严谨的工作作风具有重要作用。

现代理工科各专业进行科研探索和工程设计不可缺少的重要环节是系统建模与仿真。而目前的通信原理实验恰恰缺少这一环节。随着通信与信息处理专业函数库和专业工具箱的完善，仿真软件在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用更加广泛，已逐渐为广大通信技术领域专家和工程师的日常工具。目前的通信原理实验，可以满足部分设计性实验，主要是在实验箱的基础上对硬件进行编程控制，缺少对仿真应用软件的学习和使用。在实验课上掌握一种或两种仿真软件的使用方法，不仅对学员开展毕业设计、科学研究等具有帮助作用，更重要的是提高了学员的工程应用能力和信息化素养。

此外，目前的通信原理实验课均是开设在本学期理论教学的全部内容结束之后，利用10学时进行实验。而当学员着手实验时，往往对开始所学习的原理有所淡忘，实验效果不好，对原理的认识理解也不够深刻。另外，现有的课内实验学时量不能够保证设计性实验课的开出，所以，将这部分实验课开设在通信原理课程结束后的第二个学期，在“信息综合课程设计”等综合实践类课程中加入通信系统中的部分内容，进行设计性、综合性实验。这样不仅使学员的动手实践环节有了连贯性，加深了对整个通信系统的认识，而且会使学员的工程应用能力和创新思维能力有大幅提升。

2 多种实验方法的融合

为了进一步提高通信原理课程实验环节的教学效果，充分发挥专业实验室的作用，在现有的实验学时的条件下，将验证性、综合性、设计性实验进行融合，不但能够加深学员对理论知识的思考，同时有效地提高了学员的综合技能和工程基础。

在通信原理实验课程中我们选用的实验箱是南京捷辉公司的JH5001通信原理综合实验系统，该实验箱能够满足验证性实验的基本要求。验证性实验内容与课程内容结合十分紧密，在什么时候开设哪些实验，应该是与理论课同步进行的，由主讲教员根据理论课的教学的需要与实验教员共同商定。为了形象地说明理论课程中的原理，加深学员对原理的理解，主讲教员可以将部分实验在课堂作以仿真演示，然后在原理课程学习完之后，马上安排学员利用实验箱进行实验，让学员自己动手具体验证这部分原理，进一步加强学员对这部分理论课程的理解。比如用户环路接口实验、PAM编译码系统、帧成形及其传输实验、帧同步实验等，都可以安排在该课程内容讲解完相关原理之后立即安排学员着手实验，使得理论课和实验课的教学相得益彰，两方面的教学质量都有较大的提高。

在利用通信电子电路综合设计实验平台及信息通信类综合创新实践平台的综合性实验中，以实验箱和仿真实验相结合的方法进行。在实验开始前为学员提供实验目的、实验要求，以及部分实验步骤，让学员根据所学的相关理论知识综合解决实验问题，采取硬件、软件或硬软件相结合的办法实施。使学员了解FPGA/CPLD可编程开发技术、DSP数字信号处理技术、软件编程技术、电路仿真技术等，提高学员的综合开发能力。

在全部理论课内容结束之后，由教员给出实验应完成的设计指标，让学员利用实验室已有的仪器设备自行设计实验方案，完成实验任务。设计性实验不但可以激发学员生的学习兴趣和积极性，而且设计方案的实施过程是学员运用所学知识与实践结合的过程，这使学员的综合思维和实践能力有了大幅提高。学员可以利用仿真软件进行系统设计，在满足实验预期的设计指标后，选择部分仿真效果好，电路设计合理且易实现的电路独立制作成电路板，通过仪器测量，进行可变参数器件的调整，使电路达到设计要求。例如：电话机呼叫处理系统的设计、计算机数据传输通信测试以及单边带调制系统的调制、解调和抗噪声性能的仿真等，通过设计性实验这一环节，让学员独立思考、分析、判断并反复实践，促进了学员独立学习的积极性，同时极大地提高了实验教学的效果。

3 仿真教学内容的构建

在通信和电子工程领域，系统仿真技术一直是新型通信协议研发、通信体制的性能研究、通信系统设计、信号处理的重要手段。仿真软件，提供丰富的部件资源可方便、直观、形象地构建通信系统，具有强大的分析功能，可对硬件开发提供方案论证和实践指导。在通信原理实验中引入软件仿真技术，可以把系统性能和参数之间的关系形象地展现出来，而且可以将实验箱和仿真软件结合开设设计性实验和综合性实验，使学员对通信系统的原理有更深刻的认识，有利于理论教学和实践教学的融合，有利于学员创新能力和信息化素养的提高。目前，各高校用于通信原理仿真实验的软件主要有两款：Systemview和Matlab/Simulink。这两款软件都可进行通信系统的仿真设计与分析，有助于学员构建系统的整体概念，可让学员对常用的模块自己编写文件，从具体模块的实现到整体系统的架构。

以System View为例，它是美国ELANIX公司的一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化设计环境，是一个功能强大、用途多样的工具平台，提供开发各种系统的模拟和数字工具，包括数字信号处理、通信、控制以及构造通用数学模型。该软件不需要复杂的计算机编程，可以只通过点击图标和参数输入的方式来完成复杂系统的建模、设计和测试。在二进制振幅键控（2ASK）中，利用System View进行仿真实验的步骤一般为：

①根据2ASK的调制解调原理进行系统分析，画出系统框图；

②根据原理图，建立系统仿真模型；

③进行2ASK调制参数设置；

④系统仿真，分析结果，对系统进行评估和改善。

它要求学员在把课堂上讲授的抽象的理论进行消化的基础上，通过独立思考，自主设计，建立系统模型，有利于克服硬件实验箱电路固定、学员缺乏参与性的弊端。利用SystemView可以完成验证性实验，又可以通过改变参数及相关模块进行设计性和综合性实验的设计，能够很好的调动学员学习的积极性，增强学生的系统分析能力、设计能力。

将仿真软件应用在通信原理实验教学中，充分利用学校现有的教学环境，在现有的条件下为学员提供了更多的实验机会，增强了实验的多样性，扩大了实验范围。不但将通信原理课程中较难理解的内容，通过软件仿真形象生动的展现出来，使学员对知识的理解更加透彻，有效地提高了学员的学习兴趣，而且提高了学员分析和解决实际问题的能力。

4 自主性实验模式的探索

传统的实验模式往往受到学时和资源的制约，而自主性实验模式是一种创新性实验，与研究性实验类似，是指学员在课程实验中，结合自己的兴趣点确定自己的研究项目并进行实验，不占用实验教学学时，但是实验室对学员全天候开放，学员可以充分利用业余时间查阅资料并进行实验，实验教员全程跟踪给予保障和指导。对于自主性实验，自行命题这一环节至关重要，首先是学员要想到什么？这是理论知识与实践认知的积累，也是钻研精神的体现。因此，“命题”是学员理论学习与实践过程中的问题发现和更深层次的探索。在这一环节，实验指导教员要给予充分的指导和论证，帮助学员改进命题，以便更好地进行实验。其次是如何做？在学员命题后，要进行方案设计、选择仪器设备、建立实验方法等，这是实验过程的再造，是在科研技术方法上的提高。最后由实验指导教员给出实验评价，通过自主实验过程和实验报告总结，检验设计方案的科学性和实验方法的合理性，这对培养学员的科研工作能力有着重要的帮助。当然，这部分实验要在学有余力的学员中开设。将科学研究融人实验教学中，会使实验教学真正成为培养学员创新能力的重要环节，是课程实验教育教学改革的重要趋势。

5 结束语

针对目前通信原理课程实验仅采用实验箱进行验证性实验，实验方式单一，效果较差，未充分利用现有的实验条件的情况，将多种类型的实验平台进行整合，在学校人才培养方案和实验目录框架下，将课程内容调整为验证性、综合性和设计性实验三部分，使实验内容既配合理论课程的教学，又与现代通信技术同步发展，使课程实验的教学从内容到形式上都有较大改观。总之，通过采取多种实验模式相结合的灵活教学方法，最终目的只有一个，就是希望使学生经过大学四年的学习，成为具有扎实理论基础、较强动手能力的高素质人才。

参考文献

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