《通信原理》實驗教學改革再探

楊光 黃力群

摘要：針對目前通信原理實驗教學不夠靈活等不足問題，通過引入Quartus II軟件仿真和FPGA硬件下載，克服了傳統實驗教學僅采用單一的硬件驗證型實驗所存在的弊端，使理論性強的原理和公式直觀化。教學實踐表明：該教學方法不僅能夠很好地完成實驗教學內容、提升了教學質量，同時也大大提高了學生的動手能力、激發了學生實驗興趣和理論學習積極性。

關鍵詞：通信原理;Quartus II仿真;FPGA硬件;實驗教學;教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2018）24-0225-01

通信原理課程實驗教學主要從以下四個方而進行改革：

一、精選實驗內容

《通信原理》課程是通信領域中的一門基礎課程，而通信技術發展的一個顯著特點是日新月異，因此，實驗內容的選擇就顯得尤為重要，既要注重基礎知識，又要跟蹤最新技術，同時還要能夠提高學生動手能力。依上述原則，在內容設置上主要采取了以下措施：

通信原理實驗項目內容分為兩大類：驗證型和設計型。驗證型實驗的目的是讓學生對相關的基礎知識進行驗證，加深對知識點的理解和掌握：設計型實驗的教學目的是讓學生在已有的知識水平的基礎上結合最新技術，獨立設計實驗方案，完成實驗內容。設計創新性實驗基于FPGA芯片，采用微機仿真和硬件相結合的方法進行實驗。

實驗過程如下：

首先在Quartus II平臺上用電路原理圖或硬件描述語言設計單元電路，然后編譯仿真，驗證電路的邏輯正確性，最后將電路用Altera的JTAG下載電纜下載到FPGA芯片，通過數字示波器測試設計的結果。仿真設計拓展了學生思維，發揮了學生創新能力：通過硬件實驗箱測試既直觀又培養了學生動手能力。驗證性實驗使學生對每個模塊電路性能，信號波形有了初步的認識，有助于設計性實驗電路的制作。那么利用FPGA設計平臺，自主發揮，設計和制作單元實驗電路，就有助于鍛煉學生的設計能力。這主要安排在課外時間完成，學生需要到實驗室驗收。做FPGA電路時，規定有統一的接口，便于將自行設計的實驗電路與綜合性實驗、系統性實驗連接起來。實驗有可能失敗，若失敗就要去分析問題的原因，尋找解決問題的辦法，這一過程有利于培養學生的創新意識，提高創新能力。接著做綜合性實驗。再接著做系統性實驗，完成模塊之間的正確連接和調試，實現局部或系統的功能。綜合性實驗強調學生對通信系統知識的綜合運用，要求學生將信號的調制解調、編碼解碼、復用解復用、信源、信道、濾波等多個環節結合在一起，進行組合，自主構造一個基本的通信系統。這部分實驗內容以實驗箱、仿真實驗或虛擬實驗的方式進行，有利于提高學生的綜合能力，對于這部分實驗，教師給出實驗選題并提供指導。

二、漸進式引導教學法

教學中師生之間、學生之間互動討論，充分調動學生的參與性，尤其在設計與綜合實驗中，教師引導學生討論實驗方案、方法等，增強學生的主觀能動性，活躍學生思維與參與意識，提高學生的溝通與表現能力。同時也為實驗基礎較薄弱的學生提供一個填平補齊的機會。在實驗方法中推行‘漸進式，自主式，探索式”的實驗教學新模式，擺脫了過去那種注入式、填鴨式、學生完全處于被動的舊體系，實驗效果明顯。學生做完實驗取得效果后，感到有成就感。學生每次做實驗顯得積極主動，遇到困難后，他們千方百計想辦法去解決問題，形成理論一實驗一再理論一再實驗的良性循環。

三、要求學生上實驗課前寫預習報告

對于驗證性實驗的預習報告，要求學生在認真閱讀和仔細推敲實驗內容后寫清實驗目的，簡述實驗原理，列出實驗儀器，儀表清單。最好自主擬定實驗步驟，不局限于實驗指導書中的步驟，畫出填寫實驗數據的表格，設想實驗結果和估計實驗中可能出現的現象，擬定出決定實驗成敗的關鍵點和應該注意的問題，初步回答附在實驗后的思考問題，能對實驗指導書中的實驗方案以及步驟提出大膽的質疑。

對于設計性實驗的預習報告，關鍵是要求學生仔細審題后設計實驗方案;畫出必要的原理圖，開出實驗儀器、儀表和實驗材料清單。擬定出實驗步驟，預測實驗結果和實驗中可能出現的現象。

如果每個學生都能按上述要求寫好實驗預習報告，就能起到提高實驗課效率;加深對理論課內容的理解;提高做實驗的主動性和積極性;鍛煉學生的自學能力;培養學生的探索和研究能力;搭建學生實施創新思維的平臺等重要作用。

四、建立開放實驗室

實踐證明，開放實驗室為學生提供了發揮主觀能動性、主動展開實驗的實驗環境，極大地調動了學生的積極性。對學生的自我約束力、責任心、合作精神以及管理能力也是一種培養和鍛煉。吸收學生參加科研和實驗改革，培養學生創新能力。

對于那些求知欲強、實驗興趣濃、動手能力強的學生，老師歡迎他們到實驗室來做自己愛好的項目。老師給學生安排實驗任務，學生可以根據自己的時間安排，自行到開放實驗室來完成相應實驗，實驗以綜合性和設計性實驗為主。這是一種培養學生綜合把握和運用學科知識的能力，培養學生實踐能力、團結協作能力的實踐教學形式，同時可以進一步的發展多元智能理論中自我認識、人際交往和自然探索等深層次智能。