教學(xué)演示系統(tǒng)在通信技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】通信技術(shù)課程理論教學(xué)中，由于課程內(nèi)容繁多，涉及概念抽象，學(xué)生感到枯燥，對(duì)課程內(nèi)容難以理解和掌握。針對(duì)該課程純理論和抽象的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)教學(xué)演示系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)，可將教學(xué)過程中抽象的概念和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際演示，學(xué)生通過觀察和動(dòng)手試驗(yàn)，能夠更好掌握所學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。該演示系統(tǒng)拉近了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的距離，將理論講解和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合起來，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用方法的掌握，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】通信技術(shù) 教學(xué)演示系統(tǒng) 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）39-0248-03

The application of teaching demonstration system in communication technology teaching Yang Jian.

（Department of Communication Engineering， Zhejiang Post and Telecommunication College， Shaoxing Zhejiang 312016， China ）

【Abstract】In communications technology course theory teaching， the course content is various， involving abstract concept， and the students feel boring， difficult to understand and grasp the course material. According to the characteristics of the course of pure theory and abstract， designed a teaching demonstration system. Using the system， can make actual demonstration about the abstract concepts and system， in the teaching process， students through the observation and practical experiment， can better grasp the learning content， and improve the learning initiative and enthusiasm. The demo system shortens the distance of theory teaching and practice teaching， combining theory explanation and practical application， deepen students' understanding of theoretical knowledge and mastering application method， to improve the quality of classroom teaching.

【Key words】Communication technology； Teaching demonstration system； Theory teaching； Practice teaching

一、通信技術(shù)課程教學(xué)的基本情況

通信技術(shù)課程是工科院校通信工程、電子信息工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，同時(shí)也是非電類理工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)選修課。該課程以通信中信號(hào)的分析轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，介紹了從電話通信到數(shù)據(jù)通信，以及移動(dòng)、微波、衛(wèi)星通信的整個(gè)技術(shù)發(fā)展和其中的關(guān)鍵技術(shù)。是學(xué)生深入學(xué)習(xí)移動(dòng)通信、傳輸接入、室內(nèi)分布等專業(yè)課的先修課程。通信技術(shù)課程在整個(gè)通信專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，為學(xué)生構(gòu)建起一個(gè)整體的電信網(wǎng)絡(luò)。

我院的通信技術(shù)課程于2009年成為市級(jí)精品課程，是我校通信電源、通信線路、移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)通信等專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課。它是一門抽象、理論性強(qiáng)的學(xué)科，涵蓋高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、電路等理論知識(shí)，其中有大量的原理、概念和公式。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是采用板書及PPT課件的方法進(jìn)行各類原理、系統(tǒng)的講解，給學(xué)生灌輸大量的概念，定理。學(xué)生只能通過識(shí)記、課后習(xí)題來理解鞏固教學(xué)內(nèi)容，對(duì)其中大量的抽象性、應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容掌握效果欠佳。學(xué)生普片反應(yīng)學(xué)習(xí)該門課程概念抽象，對(duì)其中的基本理論和分析方法不能真正理解和掌握。

針對(duì)該門課程概念性強(qiáng)、抽象的特點(diǎn)，如果能在教學(xué)中，通過一個(gè)實(shí)際的演示系統(tǒng)，來進(jìn)行演示和分析教學(xué)中的原理在實(shí)際中的應(yīng)用，則能將抽象的概念實(shí)際化[1]。通過教學(xué)演示系統(tǒng)讓學(xué)生觀察實(shí)際的原理應(yīng)用過程，來進(jìn)一步學(xué)習(xí)消化所學(xué)的知識(shí)理論，將取得更好的教學(xué)效果。

二、教學(xué)演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的演示系統(tǒng)主要用于在通信技術(shù)理論教學(xué)中進(jìn)行演示，通過課程分析和學(xué)生調(diào)研，重要而難以理解的通信基礎(chǔ)概念包括：音頻、脈沖編碼調(diào)制過程、串并行通信、光通信、硬切換、軟切換、接力切換等內(nèi)容。

為了獲得更好的演示效果，需要充分應(yīng)用聲光電等媒介，讓學(xué)生獲得更好的感知。例如在講解語音信號(hào)主要集中在4KHz左右[2]，學(xué)生對(duì)于該頻段的信號(hào)沒有直觀感受，則可以使用該系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的4KHz信號(hào)，通過蜂鳴器讓學(xué)生聽到該頻率的信號(hào)聲音特征。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，接入不同的功能模塊，即可完成不同功能的演示操作。系統(tǒng)的主控制器模塊用于完成整個(gè)系統(tǒng)的控制與運(yùn)算，處理器采用意法半導(dǎo)體新近推出的增強(qiáng)型8位STM8S[3]單片機(jī)。STM8S具有優(yōu)越的性能，基于哈佛架構(gòu)，采用CISC指令集，具有高達(dá)20MIPS的運(yùn)行速度，而傳統(tǒng)51單片機(jī)最高運(yùn)行速度只有1.33MIPS。STM8S具有豐富的外設(shè)，若干個(gè)16位、8位高級(jí)定時(shí)器、10位ADC、SPI、I2C接口等，充分應(yīng)用這些資源，能夠設(shè)計(jì)出豐富的演示功能。按鍵輸入模塊用于各項(xiàng)功能參數(shù)信息的輸入，液晶顯示模塊（LCD）用于實(shí)時(shí)顯示演示信息，便于學(xué)生觀察演示效果。endprint

制作完成的主控系統(tǒng)及PCM[4]（脈沖編碼調(diào)制）演示模塊如圖2所示。

三、教學(xué)演示系統(tǒng)應(yīng)用示例

在通信技術(shù)教學(xué)中遇到的第一個(gè)重要的難點(diǎn)原理即是PCM（脈沖編碼調(diào)制）的過程。PCM是將語音、圖像等模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的常用方法，由A. 里弗斯于1937年提出，用于數(shù)字系統(tǒng)中的信息處理。PCM的基本過程包括采樣、量化和編碼，處理過程如圖3所示。

采樣的目的為了獲取模擬信號(hào)的樣值。通過采樣，獲得離散化的模擬信號(hào)，為數(shù)字化處理提供基礎(chǔ)。

量化是將時(shí)間離散，幅度連續(xù)的采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間和幅度均離散的信號(hào)，經(jīng)過該步驟，信號(hào)將由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。量化根據(jù)量化間隔是否相等可分為均勻量化和非均勻量化[5]，在本系統(tǒng)中使用均勻量化。

編碼是將量化后的信號(hào)進(jìn)行編碼，形成數(shù)字系統(tǒng)可識(shí)別的二進(jìn)制碼組。通過這三個(gè)步驟，即完成了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的PCM轉(zhuǎn)換。

本文以PCM的演示過程來說明該系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

系統(tǒng)的PCM演示部分的模擬信號(hào)為通過主控單元產(chǎn)生一個(gè)10KHz，占空比為0%～45%的方波信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)紅色指示燈（LED），電壓范圍為0V到1.5V進(jìn)行持續(xù)變化。學(xué)生通過指示燈由暗變亮的過程可直觀感受到模擬信號(hào)的連續(xù)性特點(diǎn)。

采樣由主控板模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）單元完成，系統(tǒng)可通過按鍵設(shè)置采集的樣點(diǎn)數(shù)量。量化、和編碼過程由系統(tǒng)運(yùn)算完成，整個(gè)過程通過液晶屏進(jìn)行同步顯示，便于學(xué)生觀察，實(shí)驗(yàn)。

本系統(tǒng)PCM演示的參數(shù)為：

（1）采樣值范圍：（0.00～1.50），采樣精度：0.01

（2）量化值范圍：（0.0～1.5）， 量化間隔0.1

（3）編碼位數(shù)：4，編碼范圍：0000～1111

在主菜單選擇“PCM 演示”項(xiàng)后點(diǎn)擊ENTER鍵進(jìn)入PCM演示子菜單，如圖4所示。

LCD第一行以高亮的方式顯示了當(dāng)前所處的PCM階段，當(dāng)前為采樣階段。通過按鍵可以設(shè)置采樣的點(diǎn)數(shù)，例如輸入“6”，采集6個(gè)樣值，按ENTER鍵確定，系統(tǒng)即進(jìn)行樣值采集，并顯示在LCD上，如圖5所示。

圖5顯示了系統(tǒng)從紅色小燈處采集的6個(gè)模擬驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，完成了采樣的過程。按ENTER鍵進(jìn)入PCM的量化階段，如圖6所示。

在量化階段，系統(tǒng)首先顯示出采樣階段的原始樣值，三秒鐘后，LCD上顯示出經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)算過后的量化值，如圖7所示，通過圖6、圖7的對(duì)比，能夠很清晰地向?qū)W生說明量化的原理與目的，此處使用了0.1的量化間隔進(jìn)行均勻量化。

按ENTER鍵進(jìn)入PCM的編碼階段，如圖8所示。

圖8顯示了PCM編碼階段采用的參數(shù)，編碼范圍為0.0～1.5，編碼位數(shù)為4位，按ENTER鍵即可顯示出編碼結(jié)果，如圖9所示。圖9以上下行的方式進(jìn)行展示，上行顯示的為量化值，在下行以高亮的方式顯示每一個(gè)量化值對(duì)應(yīng)的編碼結(jié)果，以空格為間隔。

教師對(duì)以上步驟在課程中進(jìn)行的演示講解，學(xué)生觀察并可實(shí)際動(dòng)手操作。由電驅(qū)動(dòng)燈的亮滅到將電壓值以PCM的方式進(jìn)行采集處理，獲得最終的編碼值，將復(fù)雜原理形象化，學(xué)生可以清晰了解PCM原理在實(shí)際的運(yùn)用過程，結(jié)合理論講解，可較好掌握PCM這一抽象概念。

以上以“PCM演示”功能為例，說明了該教學(xué)演示系統(tǒng)在實(shí)際通信技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的演示系統(tǒng)已能夠?qū)φZ音、PCM、串并行通信、切換進(jìn)行演示，并將不斷完善，以期能夠滿足大多數(shù)常用原理概念的演示使用。

四、結(jié)束語

在通信技術(shù)這一理論課程教學(xué)中使用教學(xué)演示系統(tǒng)，對(duì)抽象、復(fù)雜的原理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際演示，可以讓學(xué)生直觀地觀察并實(shí)際動(dòng)手操作運(yùn)用這些晦澀的原理，幫助學(xué)生理解和領(lǐng)會(huì)這些抽象內(nèi)容，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，使用方便，應(yīng)用輸入按鍵和液晶顯示屏達(dá)到良好的人機(jī)交互效果。同時(shí)系統(tǒng)便攜性良好，便于教師在課堂教學(xué)中隨堂進(jìn)行演示講解，從而有效提高課程的教學(xué)質(zhì)量，拉近了理論教學(xué)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的距離，達(dá)到改善教學(xué)效果的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 關(guān)多嬌，李廷玉，宋樂忠，張哲. 融合理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法改革與實(shí)踐. 課程教育研究[J].2015，13：223.

[2] 梁曉輝，周權(quán). 語音信號(hào)處理方法的可靠性研究. 電聲技術(shù)[J]. 2010.34（4）：9-10.

[3] 張俊賀，殳國(guó)華，李永鶴. 基于STM8S的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 實(shí)驗(yàn)室研究與探索[J].2014.33（6）：123-124.

[4] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，吳成柯.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001：207-215

[5] 程國(guó)才，尹亞蘭，時(shí)統(tǒng)業(yè). C語言實(shí)現(xiàn)模擬信源編碼最優(yōu)量化的數(shù)值計(jì)算. 通信技術(shù)[J].2009.42（1）：288-289.

基金項(xiàng)目：浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院課改項(xiàng)目（01.YB2015002）； 紹興市高等教育課堂教學(xué)改革研究項(xiàng)目（01.16.012）。

作者簡(jiǎn)介：楊健（1988.02-），男，籍貫：福建將樂單位：浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，職稱：講師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：通信技術(shù)，教學(xué)方法改革。endprint