基于混合式學習理論的《通信原理》虛擬仿真實驗教學研究

李建鋒 劉曉爽

摘要：《通信原理》作為一門理論性、實踐性以及應用性都很強的課程，是通信工程、電子信息工程專業非常重要的一門專業基礎課程。由于該課程知識點抽象，學生普遍反映難學，不好掌握。鑒于傳統《通信原理》實驗開展模式存在的諸多不足，本文將混合式學習理論應用于《通信原理》虛擬實驗教學中，探討其可行性。首先，簡單概述了混合式學習理論和虛擬仿真實驗教學;其次，針對《通信原理》課程理論性強、實驗條件較差的特點，提出了基于混合式學習理論的虛擬仿真實驗教學模式，將其靈活地應用到該課程的各個重要知識點，從而加深學生對《通信原理》課程內容的理解，提高學生的系統分析和綜合設計能力。

關鍵詞：混合式學習理論;通信原理;虛擬仿真;教學研究

中圖分類號：TN911-34 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0146-03

1概述

作為電子信息、通信工程類專業重要的一門專業基礎課，《通信原理》這門課在理論教學中，具有大量的公式推導、較難理解的新概念多、需要的先導知識多，因此不利于學生的理解。實驗教學也是《通信原理》的重要環節，可提高學生動手能力，奠定堅實的理論基礎，從而可以加強其“遇到問題一分析問題一解決問題”的能力，使其產生合理的思維方法和嚴謹的工作作風。對于《通信原理》這門課，學生不僅應該掌握通信系統的基本原理和基本方法，還應熟記重要結論并靈活運用。非常強的理論性和實踐性，在我國高?！锻ㄐ旁怼方虒W過程中，實驗教學環節一直以來都是采用傳統的教學模式。傳統《通信原理》教學主要是課堂理論教學與硬件驗證性實驗相結合，缺乏對學生專業學習興趣的培養，未考慮學生實踐創新能力方面的探索。近些年來，信息技術不斷發展進步及計算機技術的普及，高校實驗教學開始普遍使用基于計算機網絡的虛擬實驗。本文探索混合式教學理論應用于《通信原理》虛擬仿真實驗教學的可行性。

2混合式學習理論

在E-Learning發展的低潮期，出現了混合式學習理論，它充分有機結合了傳統教學（面對面）和在線教學這兩者各自的自身優勢，因此，受到了廣大學者的極大關注?；旌鲜綄W習最早產生于美國。在這種理論中，對教師和學生都有所要求。首先，教師應該根據實驗內容設計教學過程，設計所需網絡教學系統;學生應該發揮自身學習主動性，積極參與教學過程?；旌鲜浇虒W理論有效地將傳統教學和網絡化教學兩種模式有機結合，實現優勢互補的目的，從而可以更加有效地開展優質實驗教學工作。

隨著現代教育技術的發展，混合式學習理論正在逐漸替代傳統課堂教學模式。目前，混合式學習理論還是一個較新的概念。在教學中，它既要突現學生的主體地位，培養其創造性和積極性;又要求教師發揮啟發、引導及監控的作用，最大限度提升教學質量。總之，混合式學習理論可以全方位地應用在《通信原理》的各個教學環節中，為教學的高效開展提供保障;幫助學生在e時代學習更輕松、提高其積極性。

3虛擬仿真實驗

隨著虛擬實驗技術的成熟，學者開始意識到虛擬仿真實驗在教育領域的應用價值。它有利于高校的科研工作的順利開展，同時提高了實驗教學方面的利用率，更加便于實驗室維護。近年來，國內外的眾多高校紛紛建立起虛擬仿真實驗室來進行科研和教學。虛擬仿真實驗即在線實驗，沒有普通意義上所需的實驗設備，只是基于互聯網的途徑，在計算機上采用仿真軟件模擬現實，可以通過遠程操作進行虛擬實驗，或者在遠端設備上開展實驗等方式。用軟件模擬實驗條件其實是一條非?？尚械穆?。

隨著虛擬仿真實驗的誕生，傳統實驗中所需的實驗儀器就可以全部移到計算機上開展在線實驗。這樣做不僅可以減少硬件的投入，而且還可以保障實驗的安全性，同時也能夠滿足人們對實驗教學的要求。因此，引進虛擬仿真實驗是當代高校新型實驗教學模式的發展趨勢。

4基于混合式學習理論的《通信原理》虛擬仿真實驗教學

4.1實驗改革的必要性

作為《通信原理》的教授者，眾所周知，以往這門課的實驗僅僅是硬件驗證性實驗，經過很多年的教學實踐，該實驗方法存在的問題有以下四個方面：

1）實驗方式機械。《通信原理》實驗箱的固化模塊是導致這個問題的主要原因。因為模塊的參數大都設定好了，故學生按照實驗步驟做就可以在示波器上觀察顯示的波形。這個過程不需要學生動腦分析實驗原理，也就無法真正掌握實驗原理。

2）實驗內容單調。由于實驗箱的局限性，上面的都是驗證性實驗。這就導致學生無法親身經歷實驗過程，不能參與其中，也就不了解實驗運行原理和設備運行狀況，根本無法達到掌握理論靈活運用的程度，綜合思維能力及創新能力也得不到提高。

3）實驗室建設、維護成本高。由于硬件設備易受損且學生誤操作，故《通信原理》實驗室建設、維護需要較多的資金、人力、物力。

4）實驗缺乏系統性?！锻ㄐ旁怼氛n程的各個實驗是相對獨立的，典型的驗證性實驗如AM（Amplitude Modulation）調制與解調、數字基帶信號、數字調制與解調、PCM （Pulse Code ModMa-tion）脈沖編譯碼等。內容不相關聯，這樣就非常不利于學生從整體了解通信的過程。

為了加強學生直觀認識（感受）《通信原理》實驗課程，可以采用虛擬仿真實驗。教師可以采用圖形圖像、仿真以及虛擬現實等技術，將《通信原理》實驗操作步驟所需要的硬件及軟件都在計算機上完成。最后，學生可以直觀《通信原理》可視化實驗仿真平臺。目前，虛擬仿真實驗還是作為《通信原理》實驗的輔助，有效補充和完善傳統實驗存在的上述不足，充分發揮兩者的優點，便于《通信原理》實驗的順利開展。

4.2基于混合式學習理論虛擬實驗教學模式建構

教師根據《通信原理》課程內容，根據表1進行三段式課堂教學設計?；旌鲜綄W習理論是傳統教學和網絡教學相結合的教學模式，因此建構基于混合式學習理論的《通信原理》虛擬仿真實驗教學需要依托傳統實驗教學的設備，輔助開放實驗室的需求，充分發揮出虛擬實驗和傳統實驗各自的優越性。也就是說，在傳統實驗室的基礎上，構建在線開放實驗室，從而實現混合式實驗教學環境，該環境可以為學生提供一個全天候的實驗條件。

下面以《通信原理》中數字調制系統MATLAB仿真為例進行說明。圖1是數字調制系統的仿真圖，圖2為利用GUI的設計數字信號調制的可視化界面。

5總結

《通信原理》是電子信息工程與物聯網工程等專業最重要的專業基礎課程之一。根據《通信原理》實驗課程的特點，本文首先概述了混合式學習和虛擬仿真實驗相關理論;其次，提出了基于混合式學習理論《通信原理》虛擬仿真實驗教學模式的具體建構過程，并且舉例進行了說明。通過探究基于混合式學習理論《通信原理》虛擬仿真實驗教學模式，可以看出混合式學習理論是將傳統教學、網絡教學的模式的有機結合。若構建該教學模式，需要在學校的實際情況下合理建構。本文所提教學模式希望可給其他高校開展虛擬實驗教學一些參考，從而提升自身實驗教學質量;同時該教學模式還需要邊實施邊改進，本文也將針對此進一步展開研究。