嵌入式移動通信實踐教學初探

陳衛兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業大學計算機與通信學院，湖南株洲412008)

嵌入式移動通信實踐教學初探

陳衛兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業大學計算機與通信學院，湖南株洲412008)

隨著移動互聯技術的發展，移動通信設備已經非常普及，移動通信課程已經在很多高校開設。針對用移動通信試驗箱開設移動通信實驗的不足，從創新能力培養方面，探索移動通信實驗課程教學中存在的問題，提出了將嵌入式加入到移動通信實驗課程教學中，提高學生興趣。實踐證明，嵌入式移動通信實驗教學方法能有效提高學生學習興趣，化解課程教學難點，提高學生創新能力和實踐能力。

嵌入式技術;移動通信;創新能力

具有實踐經驗的大學生走上社會比較受歡迎，因此，很多理工科院校都把實踐教學作為大學教育中一個非常重要的環節。實踐教學環節一般采用團隊合作方式，能提高學生多方面的能力，比如:團隊協作能力、實踐能力、創新能力和搜集資料能力等［1，2］。但是傳統實驗方法一般采用“填鴨式”教學，老師在課堂上講解實驗原理，然后再講實驗方法并認真示范，學生只需按照老師示范的步驟照做就行，學生很難真正理解實驗所涉及知識和技術內涵。同時實驗技術也稍顯落后，不能適應社會發展的要求，跟不上新技術發展的步伐。因此，本科院校實驗教學改革勢在必行。

一 傳統移動通信實驗內容和教學方法的不足

傳統的移動通信實驗通常采用專用的實驗箱來完成，一般都是一些規定的實驗，實現一些簡單的功能，如:移動通信的工作方式，頻分多址，時分多址，空中接口信令，有線接口信令等。上述實驗內容雖然按照由易到難的順序安排，但功能單一，難以在學生腦海中形成移動通信系統的概念，跟不上現代移動通信的發展，對學生繼續從事移動通信工作幫助甚微。而且這些實驗內容很難組合和設計一些綜合性和大型性的實驗，僅僅能驗證一些以前在理論課學習過的知識。顯然，這對學生創新能力的培養是非常不利的。沒有大型的綜合性、設計性實驗就使學生失去了實際認識移動通信系統的機會，導致移動通信的理論和實踐脫節，不利于對移動通信系統的深入理解和掌握。

教學方法是實驗教學中另一個重要環節。傳統的“填鴨式”教學中，老師承擔了實驗教學中的大部分工作，如:在實驗課堂上講解實驗原理和實驗方法、試驗示范等。學生只需按照老師示范的步驟照做就行，這樣導致學生根本不理解實驗到底要達到一個什么目的，只是重復老師做過的方法，得到一個基本正確的實驗結果就可以了。特別是接口信令的實驗，只需要觀測一些測量點的波形，對過程的理解很不全面，更不用說培養學生的創新能力了。顯然，這不符合現代教育精神的精髓，不符合現代化建設對具備較高綜合素質人才的要求。

二 嵌入式技術和移動通信

嵌入式系統是以微控制器為核心，將其嵌入到產品或設備中以實現其功能數字化和智能化的系統［3］。嵌入式系統的應用十分廣泛，發展也非常迅猛，嵌入式設備已經滲透到我們大家生活的很多方面，特別是移動通信設備，如IPHONE、基于 Android操作系統的 HTC、Samsung手機［4］，因此嵌入式和移動通信兩者具有天然的聯系，只是高校教學中人為的將兩者分開了。嵌入式系統是專用的計算機系統，現代移動通信系統也是一個專用的計算機系統，很多移動通信系統都是采用嵌入式開發的，因此，選擇基于嵌入式技術來改革移動通信實驗教學有比較多的好處。首先，現在的嵌入式手機屬于移動通信的一個主要發展方向，代表了移動通信發展的方向—智能手機時代的來臨。另外，社會上對嵌入式移動通信設備開發人才的需求急劇增加，好的就業前景可以提高學生實用的嵌入式通信技術的熱情和興趣。其次，通過對基于嵌入式移動通信系統的實驗設計和實現，學生可以實際了解和設計移動通信系統，加深了對移動通信專業知識和移動通信系統的了解，傳統移動通信實驗環境明顯無法達到這些要求。

三 嵌入式移動通信的實驗內容

為了實現嵌入式技術改革移動通信實驗教學的目的，在實驗平臺的選擇上有必要考慮有嵌入式開發功能的移動通信實驗平臺。經過對眾多實驗平臺的對比分析，選擇了南京恒盾科技有限公司的含ARM、FPGA、GPRS/CDMA、交換接口、傳感器等可以自主進行二次開發的HD－YDIV型實驗系統。采用ADS1．2作為開發軟件，操作系統根據實驗內容分別選擇uC/OSII和uCLinux。

由于移動通信實驗僅僅10個學時，基本上采用恒盾科技提供的實驗項目進行，5個必做實驗(頻分多址，時分多址，碼分多址，移動信令實驗，GSM組網實驗)。實驗結果證明，學生對實驗的熱情并沒有提高，實驗教學效果的改善不明顯，主要問題如下:

1．5個實驗導致實驗內容限定太死，學生沒有絲毫的選擇余地。有的學生對已開實驗中的部分實驗不感興趣，但對其他的未開的實驗內容感興趣。還有的就是覺得實驗脫離了實際，覺得組網實驗不應該開GSM組網，而應該開CDMA組網，這樣才能跟上時代潮流。同時，學生層次也有不同，有的學生不能按時完成實驗。

2．由于減少了老師講授的時間，所以學生對實驗原理的一知半解，造成了學生雖然按照實驗指導書完成了實驗，但是也僅僅是按照指導書一步步完成，對為什么要這樣做不能理解，實驗失去了它本來的意義。

針對這些問題，接下來的教學實踐中，移動通信實驗老師對實驗內容進行了相應的改進，增加了學生課堂下討論，開設有一定限度的自由選擇實驗:

3．上實驗課之前，以小組為單位組織學生進行實驗內容的討論(小組人數一般2人，多的3－5人)，了解這個實驗使用了哪些課堂上講述的原理，然后讓學生對照原理進行針對性的復習，加深學生對移動通信原理的理解。同時，在已有實驗器材的基礎上，針對本次實驗的要求，根據實驗原理做好書面的實驗步驟設計，也就是實驗預習報告。

4．實驗設計時考慮到學生層次的不同，將每個實驗內容分為基礎部分和附加部分?；A部分比較簡單，要求每位同學完成。附加部分是基礎部分實驗的延伸，基礎比較好的同學可以考慮完成這部分實驗。同時，實驗設計時也考慮到同學們的不同喜好，每次實驗設計兩個實驗，同學可以在兩個實驗中選擇一個，確定以后就認真預習，吃透實驗原理，設計好實驗步驟，爭取更好的完成實驗。這樣不同層次、喜好不同的同學都享受到了實驗的樂趣。

5．把好實驗驗收關。實驗老師在教授實驗前應該熟悉實驗內容、目的、步驟和注意事項，引導學生認真完成實驗。在對每一小組實驗驗收時，不僅僅要查看實驗結果，還必須就實驗的關鍵點對每一名學生提出不同側面的問題，如果該學生能回答出來，說明對實驗目的、原理和內容已經基本掌握和理解，達到了實驗課的預期目的。同時，也可以要求學生把實驗中的某一步在指導老師面前重現出來。如果學生對原理比較熟悉、實驗內容了然如心，則應該很快可以重復出來。由于每個實驗設置了附加部分，對這部分的考評作為附加的獎勵分。為了鼓勵學生自主設計和創新實驗，老師應對學生在這方面的工作進行鼓勵和加分。經過驗證確實很有意義的，應該在以后的實驗中推廣并對當前實驗進行改進。經過實驗室老師的共同討論和后續的實驗教學驗證，系統化的嵌入式移動通信實驗內容如表1所示。

表1 嵌入式移動通信實驗內容

表1中，前面1－3號實驗是驗證性實驗，第4個實驗是一個小綜合，需要用到前面1－3號實驗的內容，可以算作是對前面實驗的一個小總結，最后的第5個實驗需要用到前面1－4號實驗的內容，綜合了前面所有的實驗，既可以鞏固前面實踐所學的知識，又可以形成一個實際的完整移動通信系統。由于每個實驗有附加部分，所有的實驗基礎部分總分只有85分，學生如果想要得到更好的成績，可以完成附加的部分，這樣可以增加5分。如果想要取得更加優秀的成績，可以進行自主創新，自主擴充實驗內容，充分展開自己的奇思妙想來獲得加分，這樣可以達到培養學生創新能力的目的。

四 教學方法改革

實踐教學的目標是“夯實理論基礎、培養創新能力”。圍繞這一目標，教學方法上，任課老師應選擇切合嵌入式移動通信課程特點、學生特點和自身特點的教學方法，體現“學生為主”的創新型教育、教學理念。在教學手段上，充分發揮網絡技術的優點，通過網絡組織討論為學生創造良好的學習氛圍。

(一)教師引導與學生自主相結合

傳統的實驗教學是以教師為主，輔導學生在給定實驗器材上進行少量連接進行驗證實驗，學生動手少。這種教學模式明顯不符合現代化人才培養模式中實驗教學的發展要求，特別是不適應近幾年國家大力提倡培育創新性領軍人才的需要。隨著實驗教學改革的不斷深入，驗證型實驗將逐漸減少，綜合型和設計型將占主導，實驗難度也將逐步提高，但是實驗的趣味性和可見、可視性將增強。學生在設計實驗時將遇到越來越多的挑戰，比如有的知識沒有學，有的原理不清楚，對某些接口的參數不了解等等。此時網絡等現代科技的發展可以為學生的實驗設計提供巨大的幫助。比如學生實驗預習時遇到問題，老師可以通過網絡和學生交流，提出自己的意見引導學生自主查找資料解決問題。也就是說，科技的進步和時代的要求需要更多的具有創新能力和實踐能力的大學生，這就要求改變“以教師為主，輔導學生實驗”的教學模式，采取“以老師引指導為主”的實驗教學模式，引導學生去查資料，相互交流、討論來獲取相關的知識。同時，加強老師與學生之間的交流和溝通，引導學習與自主學習相結合，教學相長，增加趣味性，使得學生在一個相對輕松的氛圍中進行相關理論及實驗技能的學習，這樣對知識的掌握將更加牢固，實驗教學水平也自然得到了提高。

前面已經提到“把好實驗驗收關”，其中，原始實驗數據的記錄和實驗操作非常關鍵，這部分占總成績的50%，不參加此環節的學生，此次實驗課沒有成績。在實驗操作中，學生要親自動手，記錄的數據要真實可靠，要培養學生誠實守信的實驗風格。由于多人一起實驗，合理分工和團隊合作是實驗完成的基礎。實驗過程中，老師要隨時巡視了解學生實驗進度并給予過程評分。學生可以自由組合，小實驗2人一組，創新型實驗多人一組，分工協作共同完成。驗收實驗時，小組成員各自介紹自己的工作，包括工作內容、實驗步驟、數據記錄，同學之間相互打分，最后是老師查看實驗原始記錄、提問和評分，如果發現亂評分現象則對評分同學的實驗要適當扣分，以便培育一種同學之間公平競爭的學習氛圍。

(二)加強創新能力培養

創新能力培養是每一個高校對學生培養的最高目標。但創新能力不是憑空得來，需要有牢實基礎，也要有天馬行空的思維。因此，在嵌入式移動通信試驗中，針對某些對移動通信和嵌入式特別感興趣的同學，成立興趣小組，以興趣小組為單位，以“實例教學——項目的形式”來指導學生。每成立一個興趣小組設一名組長，日常管理由組長負責，老師定時對學生進行輔導，在遇到問題時，負責引導學生查資料，自行解決遇到的疑難問題。這樣，對學生起到很好的鍛煉作用。如果學生有一些新的創意，可以自行組織一個小組進行研究，這時老師僅僅在學生的研究過程中遇到問題時出來提點一下，提高學生的自主性和團隊管理能力和協作能力，為以后適用社會做準備。我們的一個興趣小組現在正在做“自己的月球車”研究，“月球車”技術涉及到與機器人相關的輕型機械、機構、遙控操作、自主導航、通信和機械臂等方面，盡管現在還沒有成功，但我們要鼓勵學生這種探索精神，因為，這是創新性的源頭。

五 結語

為了適用時代發展以及國家培養創新性人才的需要，開展高校教學改革是非常必要的。嵌入式移動通信實驗課程教學改革已經開始在我校實施并已取得初步成果。已經進行的教學實踐表明，學生的創新意識加強，創新能力明顯提升，實驗積極性和實踐能力得以大大提高。很多創新實驗室興趣小組的學生到了華為、中興和阿爾卡特－朗訊工作。

［1］劉書勇，武俊鵬，張國?。谇度胧郊夹g的計算機接口實驗課教學改革［J］．計算機教育，2009(8)．

［2］李文生，鄧春健，呂 燚．案例驅動的嵌入式系統教學改革探索［J］．計算機教育，2011(2)．

［3］鄧春健，李文生，楊 亮．“ARM嵌入式系統”課程教學方法研究［J］．計算機教育，2010(3)．

［4］張笑燕宋茂強．創新實踐教學體系 培養工程化實用型通信軟件人才［J］．中國大學教學，2011(4)．

G642．4

A

1674－5884(2012)01－0117－03

2011－11－02

湖南工業大學2011校級教改課題資助項目(2011D57)

陳衛兵(1966－)，男，湖南湘潭人，副教授，博士，主要從事微電子技術、嵌入式系統和移動通信技術研究。

(責任編校 許中堅)