運用虛擬仿真實驗改革通信原理實驗教學

張雪臻

摘 要：當今社會科技迅猛發展，高校實驗教學設備的種類越來越多，因此在實驗教學中模擬的特定環境也越來越逼真。但目前仍然沒有辦法滿足所有實驗環境的需求，在通信原理課程的實驗教學中，基本不能根據實驗要求建立真實的通信系統，也就無法進行相關的實驗結果分析。此時，虛擬仿真軟件應運而生，利用這種軟件可以建立虛實結合的實驗系統和環境，更好地實現仿真實驗，改革通信原理實驗教學，提高整體教學效果。

關鍵詞：通信原理；虛擬仿真實驗；實驗教學

通信原理課程通常分為理論和實驗兩部分，即知識理論和實踐操作兩部分。其中，通過仿真實驗可以真實地再現情景，提高教學效果。但如果單純依靠高校教學環境和實驗室器材設備，實踐操作部分課程并不能達到理想的仿真效果，還需要借助一定的虛擬仿真軟件來完成。通過虛擬仿真實驗，學生能更加了解通信系統中的各模塊、各環節的關系，獲得更加豐富的實踐操作感受，更好地理解所學的通信原理理論知識，讓原本枯燥的理論學習變得更加有趣。同時，在虛擬仿真實驗中能更好地鍛煉學生的邏輯分析能力、實際操作能力以及發現問題和解決問題的能力。

一、目前高校通信原理實驗課程的實際情況

目前，許多高校在通信原理實驗課程教學方面已經獲得了一定的發展，但是在教學方法、教學內容、實驗課程的講解以及實驗設備的配置等方面還是存在一些不足和缺陷。

1）高校通信原理實驗課程的教學內容以一些經典理論知識的驗證性實驗為主，多數情況下只是讓學生按照預設流程進行實驗操作，基本不需要學生進行實驗設計。雖然在一定程度上幫助學生熟悉了理論知識，但缺乏對學生邏輯思維分析方面的鍛煉以及發現問題解決問題能力的培養，更不利于學生探索、創新能力的養成。

2）實驗購置的硬件設備大多已模塊化，使用時都已經組裝好，雖然便于學生進行盡快熟悉設備進行仿真實驗，但如果只是單純地觀察分析預設實驗流程的邏輯計算結果，不僅與現實操作存在巨大的差異，而且容易造成學生的輕視心理，降低學生的學習興趣。

3）實驗設備的參數通常早已設定好，學生在進行仿真實驗時，只能使用預設參數，導致許多需要修改參數來對比分析結果的實驗無法進行，許多原理知識無法一一驗證。

4）購置實驗器材設備的成本較高，導致某些實驗設備比較陳舊，更新換代并不及時，影響教師進行相關課程的實驗教學。

5）實驗室的數量有限、地點固定，學生只能按照學校的統一安排進行某項實驗，無法根據自己的對理論知識和實踐操作的實際掌握情況進行實驗學習，這也在一定程度上影響了實驗教學效果和教學效率。

二、進行虛擬仿真實驗改革的原因

通信系統虛擬仿真軟件有許多，比如SystemView、Matlab等，都可以高度模擬通信系統中的每一個環節和細節，它們的出現和運用，讓高校通信原理課程教學變得更加有趣。通過虛擬仿真實驗可以讓學生盡快熟悉通信系統的各個模塊及環節，其中對信號和噪音系統真實的模擬，能讓學生通過波形和頻譜變化鍛煉自己的綜合分析能力和創新實踐能力。同時，虛擬仿真軟件能讓學生擺脫實驗室以及實驗設備的限制，讓實驗教學變得更加靈活，學生在電腦上安裝這個軟件后就可以隨時隨地進行各種實驗。因此，運用虛擬仿真實驗改革通信原理實驗教學勢在必行。

三、通信原理實驗教學改革

1）實驗室改革是提高通信原理實驗教學的必然要求，包括通過添置器材設備等措施建立綜合性實驗室。原先的實驗室可能只有一些硬件設備，比如通信原理實驗箱和示波器，進行實驗的學生分組不能多于實驗室設備的數量。改革后的虛實結合的綜合性實驗室增加了計算機，可以讓學生進行之前實驗設備所無法完成的實踐操作，更多地實現通信原理知識的設計與驗證，更好地滿足學生進行實踐操作學習的渴望。

2）實驗項目的設計非常重要。在進行實驗項目設計時，必須結合教學內容以及教學重點難點，合理運用虛實結合的實驗環境，分別安排適合的基礎硬件實驗和綜合性實驗。比如，可以設計碼型變換等基礎硬件實驗以及數字調制與解調等綜合性實驗。基礎硬件實驗可以讓學生掌握硬件設備的安全使用方法與正確操作流程，綜合性實驗可以讓學生通過虛擬仿真了解完整的通信系統、信號在傳輸過程中的變化特性，兩者結合能讓學生對通信原理有更直觀、全面的認識，更清楚地知道如何設計、實現具有實際應用價值的通信系統。

四、虛擬仿真實驗的優勢

高校學生在老師的指導下學會使用虛擬仿真實驗系統，可以設計出符合需求的通信模塊，在虛擬系統中設定不同的設備參數，不斷地進行觀察調試，直到構建出完整的通信系統。同時，還可以通過分析比較信號波形和頻譜來更好地理解通信傳輸過程。除此之外，虛擬仿真實驗還有以下優點。

1）虛擬仿真實驗彌補了高校實驗設備存在的缺憾，強大的虛擬設備和分析工具讓學生可以進行多種模塊選擇、不同參數設置的實驗學習。

2）在虛擬仿真實驗中學生可以根據學習理解或者疑惑進行實驗操作甚至試錯，而不用擔心操作不當損壞實驗設備而進行經濟賠償。同時，各種實驗操作變得更加直觀和簡單，能進一步激發學生的學習熱情和興趣，還可以提升學生自主思考、獨立設計的能力，幫助學生形成對通信原理知識的系統的認識和理解。

3）虛擬仿真實驗除了能及時更新實驗項目外，還可以降低實驗經費開支，教師可以根據教學內容的變化、科研成果的更新以及現實應用的需求改進原有的或增加新穎的實驗項目，與時俱進地提升學生的專業技能和水平，讓學生可以更好地適應社會發展的需要。

五、結語

計算機技術飛速發展，讓我們的工作、生活、學習都發生了翻天覆地的變化，虛擬仿真實驗的改革可以讓學生更加直觀地認識通信系統，更好地學習、掌握通信系統的原理和技術。同時，虛擬仿真實驗的改革讓實驗教學更加完善，更符合當代學生的學習需求，也讓通信教學內容變得更加豐富。此外，虛擬仿真實驗改革還能夠提升學生的學習興趣和實踐創新能力，培養出更多優秀的通信專業人才，推進通信領域不斷向前發展。

參考文獻：

[1] 高曉新，金耀，馬江權，陳群.互聯網虛擬仿真教學培訓系統建設探討[J].實驗技術與管理，2017（01）.

[2] 通信原理綜合實驗教學改革的實踐[J].李莉，趙蓉，項東.實驗室研究與探索，2015（08）.

[3] 謝慧，張志剛，聶峰.基于SystemView的通信原理實驗教學體系[J].實驗技術與管理，2012（02）.