通信專業(yè)實驗體系建設(shè)與實踐探索

劉云飛+田華明+黃子革+王鼎

摘要：實驗教學是高等學校教學的重要組成部分，對學員綜合能力培養(yǎng)有重要作用。海軍航空大學在構(gòu)建通信專業(yè)綜合實驗體系、精選實驗內(nèi)容、加強開放管理和革新教學方法等方面進行了積極探索。通過大膽實踐，豐富了多層次實驗新內(nèi)容，形成了全面開放的新模式，探索出一條創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新途徑。

關(guān)鍵詞：通信專業(yè)；實驗體系；虛實結(jié)合；實驗教學

0引言

通信專業(yè)是很多高等院校開設(shè)的一門重要專業(yè)，實驗教學是通信專業(yè)不可或缺的重要組成部分。通信專業(yè)一般要開設(shè)的《通信原理》、《通信系統(tǒng)》等課程，都需要理論與實踐相結(jié)合。通過實踐，加深對理論的理解，培養(yǎng)學員分析解決問題的能力，嚴謹細致的作風，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才和加強學科專業(yè)建設(shè)的重要途徑。如何更好地發(fā)揮實驗教學的作用，需要構(gòu)建完善合理的實驗體系，以實現(xiàn)實驗室建設(shè)發(fā)展與培養(yǎng)創(chuàng)新人才相結(jié)合。海軍航空大學經(jīng)過多年的研究建設(shè)，在通信專業(yè)實驗體系建設(shè)方面取得了較好的效果。

1構(gòu)建綜合實驗體系

通信專業(yè)實驗體系構(gòu)建是一個長期的過程。以海軍航空大學通信工程專業(yè)為例，該專業(yè)所需開設(shè)的課程包括《通信原理》、《通信技術(shù)》等專業(yè)課程，內(nèi)容涉及面較廣，因此不可能面面俱到，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮，重點建設(shè)。

1.1資源共享，創(chuàng)造良好實驗條件

實驗室所需的儀器設(shè)備較多。學校對所購儀器設(shè)備按平臺化、通用化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化思路進行籌劃，將整個電子系的儀器設(shè)備進行資源共享。比如示波器、信號發(fā)生器、萬用表等通用儀器設(shè)備，建立儀器設(shè)備資源共享庫，打破教研室界限，各教研室共享儀器設(shè)備配置，提高了儀器設(shè)備利用率。對通信專業(yè)所特需的儀器設(shè)備，則集中財力，利用2110建設(shè)項目等先后購置了RZ9681型現(xiàn)代通信技術(shù)實驗箱和DS02902型多功能綜合虛擬測試儀。利用科研項目建設(shè)，自主研制開發(fā)了基于PXI總線的通用軟件無線電實驗平臺和短波寬帶信道模擬器。協(xié)調(diào)機關(guān)，結(jié)合軍隊院校學院崗位實際，調(diào)撥了部隊現(xiàn)役通信電臺，形成從通信基本模塊到實裝的全層次覆蓋。

1.2軟硬結(jié)合，構(gòu)建綜合化實驗平臺

通信專業(yè)學員人數(shù)較多，實驗科目也多。所購通信技術(shù)實驗箱數(shù)量不能滿足實驗教學需要。為此設(shè)計了開發(fā)基于Matlab、Systemview和LabVIEW軟件的虛擬軟件實驗平臺。虛擬軟件實驗平臺有功能全、成本低、效率高的優(yōu)點，與硬件平臺互為補充，使硬件平臺不能提供的實驗得以通過虛擬軟件來完成。學員通過軟件模塊搭建實驗系統(tǒng)，可充分發(fā)揮其想象力，拓展其思維，提高其編程實踐能力。

虛擬軟件實驗平臺的構(gòu)建充分利用三種軟件的不同特點，偏于理論分析的應用Maflab，偏于直觀信號分析的應用LabVIEW，偏于軟件模塊搭建的應用svstemview。硬件實驗平臺采用多功能綜合虛擬儀器與計算機結(jié)合可以替代傳統(tǒng)的示波器、邏輯分析儀和頻譜分析儀的功能，更為直觀、方便、節(jié)省空間，同時也降低了實驗臺的成本；現(xiàn)代通信技術(shù)實驗箱由模塊化構(gòu)成，可以獨立使用也可以方便的組合成各種通信系統(tǒng)，同時實驗箱之間還可以通過組合構(gòu)成大的通信系統(tǒng)：軟件無線電平臺的引入可以方便地通過軟件定義的方式產(chǎn)生各種通信信號與調(diào)制方式，可以涵蓋通信系統(tǒng)級與信號級的設(shè)計與實現(xiàn)：自主研發(fā)的信道模擬器可以給實驗平臺和通信實裝方便地提供信道環(huán)境，可以很容易地制造出各種典型信道特性環(huán)境和電磁環(huán)境；能夠模擬的地域跨度非常廣闊，不受氣候條件限制，可隨時進行多次重復試驗，節(jié)省大量實驗費用。

這種綜合性實驗新平臺的構(gòu)建符合當今通信裝備的發(fā)展趨勢，使得學員和教員可以針對不同情況選擇不同的實驗平臺，很好地解決了實驗室投入有限與保障完成實驗任務的問題。

2精選實驗內(nèi)容

目前學員思維比較活躍，不喜歡單純性的驗證性的實驗，感覺驗證性實驗沒有挑戰(zhàn)性。為此需要根據(jù)課程需要，結(jié)合學員思維特點，精選實驗內(nèi)容。在實驗內(nèi)容設(shè)置上，將實驗內(nèi)容調(diào)整為驗證性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗三部分，盡量減少驗證性實驗，增加設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗在相應理論課講解完之后進行，教員將部分實驗在課堂作演示后再安排學員進行實驗，取得理論課和實驗課教學相得益彰的效果：設(shè)計性實驗安排在某段固定實驗課時內(nèi)完成，以布置作業(yè)的形式給出，要求學員利用實驗室已有的儀器設(shè)備自己完成設(shè)計實驗任務；創(chuàng)新性實驗安排部分成績優(yōu)秀、學有余力的學員進行。

實驗內(nèi)容由以往的簡單的硬件模塊的原理性驗證試驗發(fā)展到了軟件仿真、基本硬件模塊實現(xiàn)、構(gòu)建小的通信系統(tǒng)、通信系統(tǒng)之間的系統(tǒng)以及部隊實裝的操作使用多個層次，使學員能夠多層次、全方位、多角度地進行實驗，系統(tǒng)地進行分析和驗證。

3加強開放管理

很多院校實驗室建設(shè)投入巨大，但是利用率很低，其原因在于管理不夠。海軍航空大學采取全面開放嚴格管理的措施，提高實驗室利用效率。

3.1全面開放，提高利用率

由于RZ9681型現(xiàn)代通信技術(shù)實驗箱和虛擬軟件實驗平臺都可以實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)連接實驗，因此可以由學員根據(jù)自己學習進度，在宿舍或計算機房，通過向管理員申請的形式，遠程進行實驗。實驗體系采用模塊化設(shè)計，學員可以結(jié)合畢業(yè)設(shè)計或科研課題，提出創(chuàng)新性研究性科目，自主搭建實驗平臺，教員起到監(jiān)督輔導的作用。

全面開放包含三個層次：一是教學時間上的開放，由以往的“固定時間”的課程實驗發(fā)展到“自主預約試驗”和“固定課堂實驗”相結(jié)合的模式：二是實驗內(nèi)容上的開放，由原理的“固定實驗科目”發(fā)展到“自主設(shè)定實驗內(nèi)容”和“固定課程實驗”相結(jié)合的新模式：三是教學地點的開放，由以前的“固定實驗室內(nèi)教學”發(fā)展到“野外通信”與“實驗室內(nèi)實驗”相結(jié)合的模式。

3.2嚴格管理，規(guī)范制度

實驗室屬于管理就會降低其使用效率。實驗室采取專人負責的方式，由一名教員專門負責實驗室的維護管理。嚴格落實登記，維護保養(yǎng)制度，指定切合實際的管理規(guī)則。根據(jù)實驗室儀器設(shè)備損耗情況，及時補充儀器設(shè)備，同時升級老舊實驗平臺。

4革新實驗教學方法

傳統(tǒng)實驗教學是教員講解示范，學員操作練習，學員的實踐興趣不高。海軍航空大學大力推行教學改革，在通信專業(yè)實驗教學上，大膽嘗試了多種新的教學方法。

4.1任務驅(qū)動式

采用任務驅(qū)動的教學方法，將實驗教學內(nèi)容分為多個教學任務。采取設(shè)置任務卡的形式，由教員課前布置任務，由學員預習。課上進行分組，結(jié)合限時競賽，引導學員完成一系列實驗任務。任務設(shè)置由易到難，讓學員能夠體驗到完成任務的成就感，增強自信心。

4.2翻轉(zhuǎn)課堂式

翻轉(zhuǎn)課堂是目前很熱的一種教學模式，應用于通信專業(yè)實踐教學是一種很好的選擇。采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，首先由教員將實驗科目錄制教學微視頻供學員課前自學，并通過網(wǎng)絡(luò)課程與學員互動交流，然后教員要為學員提供相關(guān)學術(shù)論文供學員研討。在課堂上，改變傳統(tǒng)的教員教，學員學的模式，改為由學員講解操作實驗科目，教員來觀察學員，指出學員不足。同時設(shè)置問題，引導學員思考，進一步根據(jù)預習內(nèi)容，解決疑難問題。翻轉(zhuǎn)課堂模式能給最大限度提高課堂利用率，讓學員在教員幫助引導下，提高自主學習的能力。

4.3項目研究式

采用由學員自主提出研究項目與教員布置研究項目兩者相結(jié)合的方法，將學員分成若干研究小組，每組三到五人。每個小組承擔一個小的研究課題，引導學員利用實驗條件，搭建實驗平臺，完成項目研究。通過這樣的形式，鍛煉學員科學思維，培養(yǎng)學員勇于創(chuàng)新，團結(jié)協(xié)作，大膽實踐的能力。

5結(jié)語

海軍航空大學通信專業(yè)實驗教學體系建設(shè)完成后，實驗保障能力能覆蓋全部通信專業(yè)實驗課程，學員實驗興趣增加，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。多名本科生和研究生利用實驗室開展專項課題研究，開展自主創(chuàng)新的實驗，在非正弦波通信、非平穩(wěn)信號通信理論和認知無線電通信領(lǐng)域取得了較大的理論突破和技術(shù)進步。實驗室還為課題組承擔的國家863項目、國家自然科學基金項目等多項課題提供理論技術(shù)支撐，取得了一批科研成果。在通信專業(yè)實驗室的支持下，海軍航空大學《通信原理》課程被評為海軍院校第八次優(yōu)秀課程評選二等獎；《通信原理課程教學改革的實踐與探索》獲得院校級教學成果三等獎；《通信原理》課程獲學院首屆精品課程。endprint