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能力的培养。
中图分类号:G64
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)03-0235-02
《通信原理》课程是通信技术专业重要的专业基础课,它涉及和联结的知识几乎涵盖了通信专业的所有课程
,是由基础课向专业课过渡的一门学科。“通信原理”讲述的是通信领域最基本的内容,通过该课程的学习,
能够让学生在掌握通信系统的基本组成、基本原理和性能分析方法的同时,进一步理解有关的通信技术,为
今后深入学习通信类专业课打下坚实的理论基础。这门课有一定的学习难度和理论深度,本文针对高职学生
的实际情况,改革传统的教学模式,精炼教学内容,在教学中加强实践性,强调动手能力的培养,对学生发
现问题、解决问题和创新能力的培养,对新技术、新环境的适应能力有着非常重要的意义。1 课程教学现状
《通信原理》课程的原理性、逻辑性强、概念抽象、覆盖内容多、公式和推导相对较多,对于一些数学基础
比较差,自学能力比较差的学生来说,学习这门课程会觉得很困难。在教学方式方面,受传统教育思想的影
响,在课堂教学中主要是“教师讲,学生听”的课程教学模式。教师大多采用以讲授为主的教学方式,讲授中
又侧重于单方面的灌输,致使学生被动听讲,学生学习积极性不高。现代通信技术的发展极为迅速,而通信
原理作为通信技术的专业基础课程其教学内容的更新相对缓慢,因此学生学习过程中总会感觉这门课程没有
实际价值,导致学习主动性不高。实验过程中大多采用验证性实验手段,不能适应创新人才培养的要求。
2 教学改革探索
2.1 改革教学观念与内容
在教学过程中,注重“以学生为主体”充分发挥学生的主观能动性,教学上可采用“启发式”、“讨论式”、设问思考和逆向思考提问等方法,启发学生思考,诱发学生的思维,激起学生的求知欲望。如在每章开始时,提出本章所要面临的问题,使学生带着问题进行学习,在一章结束后让学生总结出可以解决问题的思路与方法。比如在数字基带传输过程中,码间干扰如何消除等问题,以此来培养学生分析问题,解决问题的能力,增强学生的综合素质。同时教学中也要注重考虑学生的学习方法和接收能力,根据不同的教学内容和教学对象,注意将学生自学和精讲重点,难点结合起来。在课下教师可以通过建立专业课程答疑网站进行网上辅导,帮助学生解答疑难问题,听取学生意见,从而更好的改进教学。
在教学内容方面,根据专业发展的要求,修正教学计划,制定出适合高职高专的通信原理课程教学大纲,并对教学内容进行相应改革。在教学中强调整体观念的建立,以通信系统的组成为主线,以“有效性”和“可靠性”这两个衡量通信系统性能的重要指标而展开。根据当前信息技术发展的特点,数字通信取代模拟通信将是大势所趋,因此在教学中突出数字通信,同时兼顾模拟通信的内容,并适当加入先进的数字调制解调技术和实际中应用的典型通信系统的有关内容,使理论和实际系统有机结合起来,保证教学具有实用性和先进性,能跟上时代的发展要求。通过进行专题教学,了解当今前沿的通信技术。通信系统与实际生活密切相关,随着移动通信、计算机通信等技术的快速发展,在进行通信原理教学过程中,穿插着向学生讲授这些新技术的基本原理和基本概念,使学生能够对前沿的通信技术有所了解,可以在教学中采用课内专题讲座的形式。
例如,在讲解基本内容的同时,增加“3G技术及其现状” 、“TD-SCDMA网络规划技术”“中国未来通信技术的走向”等专题讲座。一方面,可以提高学生的学习兴趣,开拓视野,另一方面,可以为他们将来从事这方面的研究和开发指明方向。
2.2 改革教学方法与手段
由于“通信原理”课程是一门理论性比较强,公式及推导相对较多的学科,教师通过语言、黑板板书的传统教学方式,会使教师的板书占用时间太多,效率较低,同时课程的某些知识点用传统的授课方式表示的不是特别清楚。因此在教学中采取灵活的教学方法,辅助先进的教学手段,可以达到直观、省时、高效的目的。
在教学中,多媒体教学以图文并茂、声像集成、动静配合表现形式,使课堂教学变得生动有趣,从而更能吸引学生的注意力。但在使用多媒体课件授课时,要明确多媒体教学是辅助手段,不能一味地按课件的思路和流程进行教学,不能盲目的使用、过度的依赖,这样不仅不会给课堂增色,反而使授课质量下降。因此在“现代通信原理”课程的教学中,要合理的使用多媒体授课,在授课过程中把一些不便板书的内容制作进去,如定义、概念、图表、动画、视频、声音等,而对一些关键概念的解释说明、必要的例题等不须制作到课件中去,而留给教师在课堂上以传统教学方式进行讲解,因为教师在教授学生知识的同时,更注重的是培养学生分析问题,解决问题的能力,通过教师必要的板书讲解,让学生学到一种分析问题的方法,让学生从中去学习、去体会。因此通过传统的教学和先进的多媒体相结合的教学方式,不仅能充分利用课堂时间,与学生有更多的交流,还为教师和学生的发挥留有相当的空间,从而较好地完成教学任务。
2.3 改革实践教学
高职教育目的是为了培养创新型人才,既有扎实理论基础又有较强动手能力的人才深受用人单位的欢迎。因此在课程中实践教学就成为不可缺少的环节。对于“通信原理”课程,主要采用两部分进行,分别为单项实验教学和综合实训教学两部分,通过单项实验可以提高基础实验教学的教学质量,通过综合实训教学使实践教学更具有生动性,创造性,科学性。实验教学是实践教学中基础的一环。通过实验教学既能起到对课程的深入理解,又有益于培养学生的学习风气和工作作风。传统的通信原理课程大多采用验证性实验,验证性实验在相关理论讲授后利用现有实验平台对相关理论的正确性进行验证,通过实验使学生掌握信道编译码,信源编译码,调制解调实验等基本原理,这样使学生能够进一步的理解理论知识。同时也可以配合仿真实验,通过通信系统软件可以方便、直观的建立通信系统,从而实现对通信系统的设计和验证。仿真实验部分主要以学生为主体,通过对功能模块的设计连接,对参数的设定,以观察和分析仿真模型对信号的反应,以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能,并以此获得的系统性能。通过仿真实验提高了学生分析问题和解决问题的能力。在学生具备了一定的理论基础之后,进行综合性训练,即利用实验室资源和已掌握的理论基础,综合运用各通信模块,将信号的调制解调,编码解码,复用解复用,信道,滤波等多个环节结合在一起,培养综合运用能力。这部分实验学生以分组的形式完成任务,根据设计不同的通信系统,完成信号的传输。对于基础较好的学生,还可自行增加实验内容或实验难度,设计实验方案。这样不仅激发学生的学习热情,也培养了学生综合思维能力、创新能力和动手能力。如果仅仅通过教学的时间做设计性仿真实验和综合实训,有时不能满足学生的需求。因此建立开放实验室,学生利用业余时间,自行设计实验方案,合理使用实验设备,使他们能够独立完成对通信系统的操作。在遇到困难时老师再做适当的启发与指导,最终得到满意的实验结果。这样不仅能提高学生的综合能力,也能提高学生对实验学习的热情和主动性。
为了提高学生综合素质和创新能力,在传统通信原理课程考核上进行改进。考核形式采用多元化,如试卷形式(开卷、闭卷),也可以采用答辩、报告等形式相结合,并参考平时学习表现给出最后成绩,建立起一种开放的、多元的评价机制。对于实验的考查应强调注重平时表现,引导学生重视岗位能力,团队精神的培养,对于结果不注重在对与错,而注重能否分析原因,是否能够找到解决问题的方法。同时对在通信竞赛中获奖、在刊物上和获得发明或专利的学生给予加分。从而有意识地培养学生创造性思维、创新意识和创新能力。
3 结语
只有通过对通信原理课程教学现状、教学内容、教学方法和考核方式等方面的进行改革,采用多样化的教学与实践形式,在教学模式上力求以“学生为主体”,激发学生的主动性,创造性和适应性,才能使之成为高素质的创新型人才。
参考文献
[1]张士兵,章国安.通信原理课程教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2006,28(4):11-13.
[2]赵发勇.通信原理课程的教学研究[J].中国电力教育,2008,(120):71-73.
电话通信是通过声能与电能相互转换,并利用“电”这个媒介来传输语言的一种通信技术。两个用户要进行通信,最简单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来。
通话过程:1、当发话者拿起电话机对着送话器讲话时,声带的振动激励空气振动,形成声波;2、声波作用于送话器上,使之产生电流,称为话音电流;3、话音电流沿着线路传送到对方电话机的受话器内;4、而受话器作用与送话器刚好相反--把电流转化为声波,通过空气传至人的耳朵中。
(来源:文章屋网 )
论文摘要:扩频通信是现代通信系统中新的通信方式,它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能,频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。
一、扩频通信的工作原理
在发端输人的信息先调制形成数字信号,然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱,展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号,变频至中频,然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩,再经信息解调,恢复成原始信息输出。可见,一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制,二次调制为扩频调制,三次调制为射频调制,以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较,多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征:(1)数字传输方式;(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽;(3)带宽的展宽,是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的;(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩),求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号,其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽,同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1.抗干扰性强
扩频信号的不可预测性,使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰,干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽,所以即使信噪比很低,甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下,仍能不受干扰、高质量地进行通信,扩展的频谱越宽,其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上,传输信号的功率密度很低,侦察接收机很难监测到,因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射,在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程,利用扩频码序列间的相关特性,在接收端解扩时,从多径信号中分离出最强的有用信号,或将多径信号中的相同码序列信号叠加,这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象,使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下,扩频信号分布在很宽的频带内,无线信道中有用信号功率谱密度极低,这样信号可以在强噪声背景下,甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信,使外界很难截获传送的信息,要想进一步检测出信号的特征参数就更难了.所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时,对不同用户使用不同码,旁人无法窃听通信,因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中,可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性,接收端利用相关检测技术进行解扩,在分配给不同用户不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制,人们一直在走增加信号功率,减少噪声,提高信噪比的道路。即使到了70年代,伪码技术已经出现,但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事.近几年,由于大规模集成电路的发展,几十兆赫兹,甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实,扩频通信获得极其迅速的发展.通信的发展史又到了一个转折点,由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代.从最佳通信系统的角度看扩频通信.最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机.几十年来,最佳接收理论已经很成熟,但最佳发射问题一直没有很好解决,伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度,构成了最佳发射机.因此,有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识,人们就不难预测扩频通信的未来前景.从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代.扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信,码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路,发挥越来越大的作用.接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统,逐步发展、演变和升级而形成的.现代电信网络分为3部分:传输网、交换网和接入网.由于接入网发展较晚,往往成为电信发展的“瓶颈”,各国都很重视接入网的发展,因此各类接人技术和系统应运而生.由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性,经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段,而无线扩频技术所使用的频段(2.400~2.483)正是全世界通用的ISM频段,包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段.在无线接人系统中,扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点:抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜.而且,扩频微波接入技术相对有线接入技术来说,有成本低、使用灵活、建设快捷的优势,在接入网中起着不可替代的作用.
扩频微波主要应用在以下几个方面.语音接入(点对点);数据接入;视频接入;多媒体接入;因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向,是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点,使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中,它的易于实现码分多址的特点,使它能与第三代移动通信系统完美结合,发展前景极为广阔。
参考文献:
[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
【关键词】通信原理实验 通信新技术 探索 开发性实验
通信原理是通信与信息工程学科的核心骨干课程,主要讲授调制、解调、编码、解码、同步、复用等原理,其内容繁多复杂、涉及面广、技术发展快,数学理论推导和抽象概念多,不易理解。对于通信原理课程的教学,仅仅依托传统教学模式的理论讲授是不够的,理论讲授与实验并举,已成为全国高校的普遍模式,而且通信专业越强的高校,其实验课时比重就越大,实验内容就越丰富。
通信理论发展很快,在日常生活通信系统中经常应用的QPSK、MSK、GMSK等调制方式的无线传输系统,已无法在简单实验平台上进行全系统模拟实验,但若只依靠教员讲解原理这样的传统教学方式,又而造成教学项目缺失,且教员难教、学员难学等教学效率低下问题。针对这一突出问题,已开设了大量地原理验证实验,但这些实验对于那些学习有余力、追求更高学习目标的学员来讲还是远远不够的。为了化解这一矛盾,同时响应素质教育改革的号召,在原理验证实验的基础上增设自主开发实验就显得十分必要。
目前,几乎所有实际应用的无线通信系统,都采用了超大规模集成电路与软件数字信号处理相结合的方式实现,这实质上是软件无线电思想的具体应用。自主开发性实验则也顺应了大量使用ARM、FPGA、CPLD和DSP等超大规模集成电路与软件数字信号处理相结合的方式实现通信功能这一新趋势,在硬件平台基础上增设QPSK传输系统实验、π/4DQPSK传输系统实验、MSK及GMSK传输系统实验、CDMA传输系统实验、汉明编码译码实验、可变分频器实验、m序列的产生实验、帧同步实验、CDMA扩频调制解调实验、卷积编码器实验等,这些实验主要供研究生和做毕设的本科生在教员指导下使用,但这些实验并不像原理验证性实验一样,有实验指导书等实验详细操作流程,可供参考的资料仅仅是原理资料和完成目标。
帧同步是数字通信系统中重要组成部分,又被称为时钟同步或时钟恢复。在接收数字信号时,为了对接收码元积分以求得码元能量以及每个接收码元抽样判决,必须知道每个接收码元准确的起止时刻[1]。在设置开发性实验伊始,以循序渐进为原则,设定了帧同步实验、卷积编译码器实验、GMSK传输系统实验等。现就帧同步实验为例,详细讲解开发性实验的操作过程。首先,将学员纳入某科研小组(组长为负责该实验的教员),接受小组管理;其次,将实验过程中需要用到的资料(锁相环相关资料)、实验平台(FPGA试验箱)交给学员,并根据学员自身知识结构和实验难易程度给出一段时间(一般不超过一周)对这些资料进行学习、消化,完成后,学员以文档形式要给出数字锁相环总体设计框图和具体实现方案,再通过小组讨论,确定完整方案后即可付诸实施(从小组讨论到确定方案最多不超过3天);再次,由小组组长根据方案和实验难易程度情况将实验分成若干环节,并要求他们在规定时间内(每环节一般不超过一周)完成每一环节既定目标;最后,根据实验过程中得到的数据、调试记录、文档等给出1~2天时间完成实验报告和总结。
假定将某位学员纳入某科研小组后,经过一周时间资料重点学习后,最终确定如图1所示开发性实验――数字锁相环的原理实现框图。根据框图小组组长可将数字锁相环实现分成四个阶段,分别为:第一阶段――鉴相器和N分频器实现;第二阶段――K变模可逆计数器实现;第三阶段――脉冲加减器实现;第四阶段――系统整体调试、验证。
在确定以上四阶段后,即可制定每一阶段的实现周期:第一阶段1天,第二和第三阶段分别为3天,第四阶段4天。每一阶段的完成情况都需要小组讨论、确定实际完成既定目标情况或修改方案,讨论通过后,方可进行下一阶段。通过以上四阶段的进行,可以看出这类实验的重点和难点在于最后的系统调试、验证阶段。该阶段要求将前几个相互独立的阶段成果连接起来,作为一个完整小系统来调试,如果这个小系统还是其他更大系统的一部分时,要评估该小系统的完整性、稳定性、健壮性,就必须将该小系统放入大系统中进行调试、验证。如果说前三个阶段是锻炼学员的学习能力、编程能力、仿真能力,那么在第四阶段将小系统放入大系统中进行联合调试、验证,往往是锻炼学员调试能力、故障定位能力、故障排除能力、创新能力最好时机,因而需要教员善于引导、善于授渔。从这里也不难看出,开发性实验不仅仅是对学员各种能力的锻炼、提高,同时也是对教员自身素质的一种较高要求。因而,开发性实验的开展受益是多方面的。
通过以上例子的详细讲解,不难发现开发性实验是对具体通信链路的软硬件模块化、模块再设计,并对这些设计进行了合理有效的规划,使学员能脚踏实地的完成每一个过程。这样不仅可以巩固书本上的理论知识,还可以提高学员对通信原理课程的创新能力、应用能力和规划能力。
利用开发性设计实验室,吸收学员参加科研和实验改革,培养学员分析问题的能力、探索能力和创新能力。开发性实验设计是培养学生创造思维的一条有效途径,对于求知欲强、实验兴趣浓、动手能力强的学员,教员应鼓励他们做自己爱好的项目或组成团队参加具体的课题或项目研究。
关键词:通信原理实验 教学改革 教学方法 设计性实验
受高校扩招的影响,大学生就业成了各高校普遍面临的一个关键问题。相对地,3G、物联网等通信相关产业具有巨大的人才缺口。通信技术的迅猛发展,电子科技大学实验课程必然要紧密结合当今的科技发展。要抓住机遇,培养具有市场竞争力的专业人才,就要在专业教学过程中着重培养学生的实践能力,成为市场所需要的人才。
实验教学作为高等学校教学工作的重要组成部分,对培养学生的动手能力、分析解决问题的能力、正确的思维方法及严谨的工作作风等方面起着不可替代的作用,它是培养实践型人才的重要途径。基于上述认识,实验课程应与现代科技同步发展,从而制订出实验课教学改革的具体实施方案。
1通信原理实验课程特点
通信原理是通信、电子工程等专业的主干课程之一,是移动通信、光纤通信、卫星通信、计算机通信等后继专业课程的基础,也是许多高校研究生入学考试的课程之一。课程主要讲述信号传输的基本原理、方法和性能,结合实际的有线与无线通信系统的工作原理,使学生系统地了解和掌握现代通信的基础理论和设计思想。该课程内容丰富、理论抽象,对工程数学及其应用能力要求高,从而导致学生学习的难度偏大,很容易“畏难而退”。通过开设通信原理实验课程,使理论与实践的结合,既有助于提高学生的学习兴趣,加强理论知识的掌握,又可以培养学生的动手能力,将大大提升通信工程专业人才的培养质量。
鉴于目前通信原理实验课程的内容单一,以验证性实验为主,效果一般,重新规划通信原理实验课程,从教学资源和教学方法两个方面进行整合改革。
2多种实验平台的整合
基于通信原理课程的特点以及实验设计的目的,实验平台的选择是至关重要的。在现有条件下,适合应用在通信原理实验当中的平台主要有通信原理实验箱、计算机仿真平台以及设计平台。在操作不同类型的通信原理实验过程中, 这些平台各有优缺点,应针对各种实验方式的特点进行设计,达到最佳效果。
2.1 实验箱平台
实验箱平台一直是通信原理实验使用的传统教学方式,这种平台对验证性实验比较适用,有利于加深通信原理单个知识点的理解。对实验箱的使用,需着重考虑实验课和理论课的协调配合,避免出现实验内容与理论内容脱节,超前或滞后的方式,针对这一问题,在具体教学中可采用课程组长负责制,由课程组长整体协调理论课和实验课内容,以达到最佳实验效果。
2.2 软件仿真平台
可用于通信原理实验的仿真软件主要有两款:Systemview和Matlab。这两款软件都可进行通信系统的仿真设计与分析,有助于学生构建系统整体概念,是对理论课所学知识的一种综合应用。可让学生自己动手,对常用的模块自己编写文件,从具体模块的实现到整体系统的架构,可很好的加强学生对知识的掌握,有助于培养综合思维能力。
2.3 EDA的实验平台
EDA实验平台相对于传统的通过一些专用集成芯片搭建通信系统的实验方式,可以避免使用种类繁多的专用集成芯片,从而简化了电路。学生用硬件描述语言编写程序,可以在同一可编程逻辑器件上完成各种不同的通信技术,避免了连线的繁琐。并且可以在一个通用的基于EDA的硬件平台上,来实现所有的实验内容。而且要采用EDA技术,学生必须自己在充分掌握实验理论的基础上自己编写程序,这有别于传统实验中学生只需按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验。这将大大调动学生的创造性和主观能动性,对提高学生的实验兴趣也有很大的帮助。
总体而言,实验平台的选择主要是充分利用学校现有的教学条件,尽量在现有条件下为学生提供更多的实验机会,充分培养学生的实践能力,提高学生的竞争力。
关键词:通信原理;考试;多维立体
项目编号:HGJXHC110422,通信原理的教学手段和教学方法改革研究,王铁滨、管雪梅,黑龙江省高等教育学会高等教育科学研究“十二五”规划课题,2011.10.31-2014.5.30。
一、综合立体式考试改革方式
“现代通信原理”这门课程是电子信息工程专业和通信工程专业中最重要的专业课程之一。本门课程由于既有理论课,又有实验课,还有通信原理实习,所以我们采用过程考试、闭卷理论考试和实践考试相结合的三级考核三级改革相结合的综合立体式考试改革方式。
1、过程考核也叫做平时成绩,是一种注重过程和日常表现的考核方式,综合从各方面考察学生的平时表现,一般包括出勤签到成绩、课堂回答问题和表现成绩、完成作业情况等三个部分内容,占有比例一般设为20%-30%。 其中出勤签到是考查学生的对课程的态度和坚持程度;课堂回答问题这部分的成绩则是为了提高学生课堂的专注和效率,并且能够增加师生的互动交流,既可以增加学生的主动性和积极性,让学生更多的参与甚至主导课堂教学,增强学生的主人翁意识,也可以让老师更好的实时掌握学生的学习状况,及时调整课堂教学的速度、详略、难易比例、内容分布等等。
2、闭卷理论测试分成三次阶段考试和一次期末考试两大部分,称为3+1模式,其中阶段考试在综合评价体系占40%。 现代通信原理这门课作为经典理论课程,核心的教学目标是掌握通信的基本概念,根本理念是研究两大通信系统的基本工作原理,这决定了通信原理课程的本质仍然是一门经典理论课,所以理论知识的掌握仍然是最重要的,这也是实际动手和实践应用能力提高的基础[3]。
三次阶段考试的时间和内容有两种设定方式可供选择:第一种是安排在模拟通信模块、模拟信号的数字化模块和数字通信模块这三大模块学习完成后,三次阶段考试内容分别局限于这三大模块各自的内容,对通信原理课程三大主要模块的掌握情况进行测试。三次测试的分值也根据三大模块各自的内容多少和重要程度分别设定为:模拟通信模块阶段考试10分,模拟信号的数字化模块阶段考试10分,数字通信模块阶段考试20分。
三次阶段考试的第二种安排方式是:三次阶段考核采用的形式是各不相同的。第一次阶段考核因为学习知识较浅较基础,所以采用口试的形式,以提问学生基础知识和问答为主。第二次阶段考核采用笔试开卷的形式,会让学生回去做一个课程设计,规定时间内写一份课程设计报告交上来。第三次阶段考核采取上机操作的形式,让学生用matlab语言自己编写程序,并用simulink来仿真通信原理十几个重要知识点的波形和频谱等。每次阶段考试都是覆盖了之前所学的所有知识,分值也都是占15%,这样阶段考试的总分值就占总成绩的45%。期末测试是全面考核学生对本课程理论知识的掌握情况,占理论测试的35%。
3、实践动手能力和实际应用能力考试从考核方式上一般分为仿真软件设计和实际应用操作两种。因为本校的现代通信原理教学方面本身就分成通信原理理论教学、实验教学和实习教学三部分,所以实践操作环节的考核从内容上可以分为实验和实习两方面内容的考核[4]。
实验内容根据本科教学培养目标可分为基础性验证型实验和综合设计性实验两类。基础实验侧重验证理论课上讲授的重要经典理论和原理,可以加深学生对课本上必须掌握知识的理解;综合设计实验则全部为设计内容,重点在设计实现上。这种设计的实现和完成程度,以及设计的创新性和实用性,则成了区分普通同学和少数基础扎实同学的标尺,起到了因材施教、分层次教学的目的。
实习内容也可以有两种内容设定,一是利用现有的实验室设备进行实习,例如利用程控交换机和电话等可以让学生利用MML语言编程对程控交换机模块进行控制来实现固话通信系统的架设,利用发射机和接收机等架设无线通信系统等;二是利用matlab语言等进行仿真来设计实习内容。
实验和实习实践课程考核中采用现场操作、答辩和设计报告三部分成绩组成,考试内容包括基本概念、工作原理的理解,操作步骤的熟练程度和掌握情况、设计思路和创新过程分析,设计报告撰写等方面。
四、改革成效
本人主持的通信原理课程的校级和省级教改课题,在通信原理课程考试改革方面取得了明显成效,变传统的一卷定结果为注重过程和能力的综合立体考核体系的运用,以“阶段考核过程,闭卷检验理论,实践培养创新”为指导思想,避免僵化和单一的考核方式,更加倾向培养实际动手能力、理论联系实际能力、独立分析解决问题的能力,实现了基本技能、专业技能、创新能力、综合能力的渐进式全面复合人才的培养。
参考文献:
[1] 曹志刚等. 现代通信原理[M].北京:清华大学出版社,2001.
[2] 樊昌信.现代通信原理[M].北京:国防工业出版社,2009.
关键词:通信原理;教学改革;实验教学
作者简介:侯艳丽(1981-),女,黑龙江克山人,河北科技大学信息科学与工程学院,讲师;崔惠敏(1969-),女,河北定州人,河北科技大学信息科学与工程学院,副教授。(河北 石家庄 050026)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)25-0101-02
“通信原理”是通信专业及其相关专业的一门至关重要的专业基础课,它是移动通信、光线通信、微波通信等不断涌现的新型通信技术的理论基础,也是高校通信类专业研究生入学考试的必考科目。该课程主要研究现代各种模拟通信、数字通信的基本原理、方法以及各种系统的传输性能,该课程教学质量的好坏直接影响着学生对后续专业课程的学习和理解,以及考研和就业。为了提高教学质量,培养学生分析和解决实际问题的能力,达到真正掌握运用所学内容的目的,从教学内容、教学方法及实验实践教学方面对“通信原理”课程进行教学改革和探索,开创出兼顾通信技术发展和河北科技大学(以下简称“本校”)学生特点的教学模式。
一、合理选择“通信原理”教学内容
1.重点讲解基本概念
根据本校通信工程专业的培养目标和目前的生源情况,选用教材为樊昌信主编的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《通信原理》(第6版)。了解通信的基本概念,掌握通信系统的基本构成和评价通信系统的两个重要性能指标——有效性和可靠性。简要回顾本课程应用到的信号与系统、随机过程的部分内容,在此基础上学习其他主要内容。在模拟调制系统中,首先介绍AM,在此基础上给出线性调制的一般模型,进而引出DSB、SSB和VSB。了解角度调制,重点强调FM以其带宽换取信噪比,比较这几种调制方法在传输带宽、信噪比、设备复杂度以及主要应用方面的差异。在数字通信系统中,以码元速率、频带利用率和误码率为主线,分析和比较二进制单极性基带系统、二进制双极性基带系统、2ASK系统、2PSK系统、2DPSK系统及2FSK系统的性能,掌握无码间串扰的基带传输特性。
2.注重理论联系实际
“通信原理”课程的学习往往涉及大量复杂的数学推导和抽象的理论概念,理论性强,但学生还不会将理论知识与实践联系起来,并将其运用于实践。因此在教学改革中,在讲授理论知识的同时,穿插一些该理论应用的实践内容,引导学生了解理论与实践的联系,使学生对知识点理解更加深刻,利于发挥学生的主观能动性,调动其学习兴趣和积极性,使他们学会学习,主动学习。这样既有利于培养学生善于思考、勇于探索的精神,又有利于培养学生的创新能力。如学习AM和FM时,联系调幅收音机和调频收音机进行讲解;学习频分复用时,联系无线电广播进行讲解。
3.以先进的通信信息新技术为支撑
为了提高原有通信系统的性能,不断出现新型的通信技术。要适度增加新型通信技术原理的介绍,同时为学生指定经典文献和学科前沿文献选读,使学生了解学科前沿和通信技术的发展趋势,开阔学生眼界,激发他们更大的学习兴趣。
二、优化“通信原理”课程的教学方法
1.采用探究式教学方法
课堂教学中,丢弃传统注入式教学方法,采用探究式教学方法,教学中要不断设置问题,激发学生学习的兴趣,最大限度地调动他们的学习积极性;要求他们按照自己的思路寻找解决问题的方法,培养学生主动学习和创新学习的精神,形成自主学习的良好习惯,获得终身受益的自学能力;对正确的方法给予肯定,对错误的思路给予讲解,并引导学生分析导致错误的原因;最后给出问题的正确答案,并举例说明,加深理解。
2.传统教学与多媒体教学有机结合
多媒体教学可以理解为传统教学基础上增加多媒体(包括计算机)这一特殊工具的教学。与传统教学相比,它的优势表现在:
(1)易于创设教学情境,有助于激发学生学习的兴趣。运用形象直观的多媒体技术可以创设出一个生动有趣的教学情境,使学生产生极大的学习兴趣。例如讲授《通信原理》的绪论部分,播放一段有关“通信的发展”的影视片断,此片断把从古代的烽火台、飞鸽传书到现在的光线通信、卫星通信,让学生觉得既轻松又新颖,激发了学生学习、探究这门课的浓厚兴趣,唤起了学生求知的好奇心。
(2)增加教学容量,提高教学效率。多媒体教学可以大量节省教师板书的时间,从而使教师传授更多的知识,在一定程度上增加了课堂的容量。
(3)突出教学重点,淡化难点,提高教学质量。多媒体教学可以变抽象为形象,变复杂为简单,更易突出重点和难点,使教学收到了事半功倍的效果,提高了课堂教学的质量。例如:介绍时分复用的概念时,利用多媒体结合第二代通信技术中的GSM制式,将更容易理解。
教学过程中,要处理好传统教学与多媒体教学的关系,才能充分发挥二者的优势,使多媒体更好辅助传统教学。“通信原理”课程理论性强,公式推导多,抽象概念多,在教学过程中要把握好多媒体的使用时机。对一些基本公式推导和例题讲解过程,应以传统板书讲解为主,以PPT为辅,对重点进行提示。对一些抽象概念,以传统板书给出概念,再联系实际利用PPT给予形象直观的解释和举例说明。在复习课的时候,多媒体的大容量是有效率的,但要注意中间的停顿以确保学生记下知识点。
3.将通信仿真软件移入课堂
为了更加生动形象地开展教学,可以利用MATLAB、Systemview及Labview等仿真软件辅助教学,将仿真实验移入课堂,加深学生对知识点的理解。例如在讲述AM调制时,可以通过MATLAB编程或利用其中的Simulink搭建模块来实现AM的调制过程,仿真结果如图1所示,分别是调制信号的时域波形和频谱、已调信号的时域波形和频谱。从图1可以直观地看出已调信号的幅度随调制信号线性变化,已调信号的频谱由载频分量、上边带和下边带三部分构成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的镜像,由此可以得出AM信号是带有载波分量的双边带信号,它的带宽是基带信号带宽的2倍。将仿真结果与公式推导得到的理论结果进行比较,使学生加深印象,同时也为学生进行仿真实验打下基础。
图1 AM调制
4.建设网络教学平台
依托学校的网络教学平台,建立了“通信原理”课程的网络教学平台,上传电子教案、典型例题及例题的详细步骤,课后习题标准答案,回答学生提出的问题。
三、加强实验和实践教学
实验和实践教学是教学工作的重要组成部分,是培养合格的应用型高级专门人才,保障教学质量的重要环节,培养学生创新精神和实践能力的重要手段。主要从以下几个方面进行实施:
第一,利用实验室现有的实验箱、示波器和频率计等测试设备进行实验教学,让学生自己动手调试,解决其中的问题。要求每个学生必须达到基本的操作要求,并将实验的原理、操作过程中出现的问题及解决情况记录在实验报告中,进一步加深对课堂知识的理解。
第二,鼓励学生结合仿真软件进行综合设计性实验,使学生建立起完整的通信系统理论概念,加深了学生对通信系统的理解。学生可以选择自己感兴趣的题目,并在此基础上,可以进行简单实物的设计、仿真和调试。要求在整个实验过程中,完全由学生独立思考,独自设计,提高了学生的学习兴趣,同时又能让学生充分发挥他们的聪明才智,提高学生综合应用所学知识分析问题的能力,培养合作精神及创新能力,从而进一步提高学生自身的综合素质。
第三,在一定的时间开放实验室,让学生选作实验。学生根据自己的兴趣在空闲时间选作实验,培养其对实践操作和专业技能的爱好,激发学习热情。
第四,与专业实训相结合。专业实训主要是结合所学专业知识与技能进行实际能力的训练,目的是对所学专业知识进行全面的了解、理解、掌握和应用。由学生自主选择课程实训,依据一定的硬件或软件平台,在教师的指导下完成实训内容。“通信原理”实训要求学生利用MATLAB软件构建一个完整的数字通信系统,与实际通信相联系,每一步都要合理设计和实现,最终实现整个系统的仿真,撰写实训报告。这样做既加强学生对通信概念的理解,又增强学生的系统建模能力、计算机运用能力和解决实际问题的能力,为将来从事相关行业奠定基础。
四、结论
为帮助学生更好地理解和掌握通信原理的基本概念和基本原理,激发学生的学习动机,提高学生的学习兴趣,发展学生的专业技能,培养学生的创新能力,实现高等院校培养应用型人才和创新型人才的目的,从教学内容、教学方法和实验实践教学方面对“通信原理”课程实施教学改革。学生平时作业情况、期末成绩和教学评价中的学生意见反馈都表明,本课程选取的教学内容、采用的教学方法和实验教学内容,可帮助学生更好地理解和掌握通信系统知识,提高学生学习兴趣和学习效率,从而提高了教学质量。随着通信技术的飞速发展,“通信原理”课程的教学改革应在遵循教学规律的前提下,与现代应用相结合,与时俱进,不断创新。随着“通信原理”课程教学改革的不断深入,教学质量将不断踏上新的台阶。
参考文献:
[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].第6版.北京:国防工业出版社,
2011.
[2]袁慧梅,赵晓旭.“通信原理”课程教学改革探索[J].中国电力教育,2010,(15):57-58.
[3]徐桢,刘凯,张军.“现代通信原理”教学改革中的尝试与思考[J].电气电子教学学报,2008,30(3):6-7,11.
[4]刘桂萍,袁玉先,韩秋静.《数字电子技术》课堂教学研究[J].科技信息,2008,(26):211-214.
关键词:通信原理;教学方法;思路
《通信原理》 课程是电子类、通信类等专业本科阶段的一门重要课程;本课程选用的是一般高校普遍使用的经典教材――樊昌信主编的《通信原理》(第6版),作为改版后的教材,主要增加了确知信号和新型数字带通调制技术,在其他章节有部分的改动,在使用教材的时候可根据学生的特点进行选择性的讲解。课程的主要任务是让学生掌握通信的一般模型及原理,其内容涵盖了模拟通信和数字通信的基本原理,包括基本概念、基础知识等。
一、教学方法的探讨
课程讲解上,采用对比和联系的方式,使学生能够融会贯通,举一反三,例如对数字带通调制系统而言,ASK/FSK/PSK,这三种基本的调制方式,都是从它们的时域表达、频谱分布,产生方式、解调方法上进行对比讲解,一者便于记忆,二者能够对三种调制方式的进行区别,例如:相比于ASK调制,FSK可看作两路ASK的叠加,而PSK则可看作两个极性相反的ASK信号,由此可以分别把他们的时域表示、产生方式对照起来,区别开来。同时,在讲解的过程中,注意把前后章节的内容相联系,例如:把数字调制和模拟调制也可以进行对照,如ASK和AM信号的产生,除了输入信号是数字和模拟的区别外,整个调制和解调过程基本相类似;再如,在讲完第6章中数字基带调制系统的抗噪声性能分析后,紧接着第7章的数字频带系统几种调制系统的抗噪声性能,频带调制体统包含有基带部分,所以对它的抗噪声性能分析时,也用到了对基带系统抗噪声性能分析的方法,所以也能够进行一个分析和比较,单极性码和双极性码的误码率公式和2ASK和2PSK相吻合,便于对前后内容的理解,同时也深刻了对公式的理解,方便于公式的记忆。
表1 误码率的比较
表1给出了误码率的比较,其中单极性和双极性码的误码率是在等概出现的情况下得到的,在1表达式中就是信噪比的平方根,而2ASK和2PSK公式中的r就是信噪比,由此可知,2ASK和单极性、2PSK和双极性码的误码率公式是一致的。
在对理论进行讲解的同时,结合课后习题来加强对理论及公式的理解。由于课程的理论性较强,除了用到先修课程信号与系统的相关知识,也需要具有较为扎实的数学理论基础,在讲解的过程中,非常注意如何能够把繁琐的理论推导简单化,尽量进行理解性、简单化讲解,对于程度好的学生希望数学推导能够清晰和开拓他们的思路,为以后更加深入地学习打好基础;而对于数学程度一般的学生,希望他们能够理解其过程,掌握其结论,不做过高要求,目的只有一个:希望他们对通信系统的学习,能够掌握通信系统的基本处理方法和思路,而不是陷入繁琐的数学推导中却把握不住方向。
二、实验环节
课程设置的也有相应的实验,在通信原理的实验箱上对理论内容的验证,主要有:模拟信号源的产生、AMI/HDB3编译码过程、FSK调制解调过程及PCM编码系统等,实验内容主要是对波形的测量和验证,希望能够把理论和实际进行结合,把每个模块硬件实现的基本原理搞清楚,但鉴于实验箱上的实验大多都是验证性的实验,所以给学生补充基于matlab通信实验的内容:主要是QPSK、QAM和OFDM的仿真实现,也加入了WCDMA的matlab的实现,通过仿真来更加深入地理解理论内容,也对未来通信的发展有一定的认识。
考虑到有部分遥感学院的学生,在实验中我也加入了有关雷达探测的仿真实现,通过一个开发好的脉冲预警雷达的目标跟踪界面,实现对目标的动态探测,让学生理解雷达如何实现对目标的测距、动目标检测等原理,整个仿真工具具有非常直观的效果,能够通过模拟的示波器对雷达回波进行观测,同时脉冲宽度、目标个数以及山体杂波等参数都可以进行设置,非常接近真实的探测环境。
图1 脉冲雷达的仿真界面
整个实验的环节,一是理论和实际的结合,二是掌握仿真软件的使用,三则是开拓学生的思路,拓展他们的知识面,也希望能够激起他们学习兴趣。让他们体会到理论并不是无用的和无趣的,而是对实践具有非常强的指导意义。
三、结束语
《通信原理》 作为本科阶段一门理论性较强的课程,让学生有兴趣去学,并非一件易事,而本文只是对该课程的教学方法和手段进行了一个经验性的总结和探讨,当然,在教学过程中仍然有很多问题和不足,随着以后教学互动的过程及教师间的交流和合作,希望能够有所改善和提高。
【参考文献】
[1]樊昌信. 曹丽娜著. 通信原理第6版 [M],北京,国防工业出版社. 2009,2
[2]沙济彰著. 通信原理学习与考研指导[M], 北京,科学出版社. 2004.
关键词:教学改革;通信原理实验;创新能力
通信原理是信息与通信学科的主干专业基础课, 在本科教学中占有重要地位, 通信原理实验课程是联系理论与实践的纽带,起到巩固理论知识和培养学生感性认知的重要作用。
1.实验课程现状及不足
我院现阶段通信工程、电子信息工程、电子信息与科学技术等专业均开设有通信原理及现代通信技术课程,目前通信原理实验主要包括脉冲幅度调制(PAM)、脉冲编码调制(PCM)、增量调制、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),且所有的实验均在固定的实验箱上面完成。以前的实验教学主要是教师讲授实验原理,学生通过实验箱等实验设备验证实验原理和观测实验结果及波形,学生很少自己动手、动脑分析电路。学生通过实验也只是对书本知识的一个理论重复,对动手实践能力没有什么提高。这样就把学生的认识局限于某个或某几个实验现象,阻碍他们对整体的认识。
2.实验教学改革的方向和方法
实验教学作为理论教学的补充,它在整个教学环节中具有重要作用和地位。针对目前实验存在的问题,教学思路应从“以教为主”向“以学为主”转变,充分调动学生的主观能动性,培养学生自己动手、动脑的能力,使他们学会学习,主动学习。
以前的脉冲幅度调制(PAM)实验主要是在实验箱上面测试抽样信号和还原信号,脉冲编码调制(PCM)实验主要是在实验箱上面测试编码和还原信号。在两个课时的实验中,学生一般情况下只需要十多分钟就可以完成对相应波形的测量。他们只是对书本上理论知识的验证,对结果的简单的感性认识,达不到对课堂教学的延伸和拓展,而对自身的动手能力也没有太大的提高。现在,我们对这两个实验实行了改革。以脉冲幅度调制(PAM)实验为例,我们尝试让学生通过教师讲解自行制作完成该系统调制解调电路部分。该系统总体分为两大部分,第一部分是信号源及电源部分,提供PAM调制时所需的频率为2K的正弦波信号和频率为2K、4K、8K、16K等方波采样信号,以及提供电路所需的±5V和±12V电压源。第二部分是PAM调制解调电路部分,如图1所示:
图1PAM调制解调电路图
该部分由集成块4066和TL084为主体构成,通过4066对输入2K正弦波信号进行不同频率采样,完成PAM系统的调制过程,在调制输出中观测不同频率采样时的自然采样信号;通过TL084及电路构建以2K为中心频率的带通滤波器,对输入的采样信号进行滤波处理,完成PAM系统的解调,可在还原输出端观测不同采样频率下的还原信号。
在实验课程中,首先把实验原理图和元器件发给学生,用一个实验学时讲解实验原理及电路原理,让学生充分了解和熟悉课本理论知识和构建实验系统的各部分电路及元件的功能作用。课后学生利用课余时间自己根据原理图或者查询相关资料构建相似电路系统,使用面包板插接电路系统或者自行制板焊接系统。然后用三个实验学时将学生自己制作好的电路在实验室进行系统调试及各点原理波形信号的测试。教师通过系统构建、调试及原理波形测试情况进行实验成绩评定。
3.实验教学改革的意义和目标
首先,实验课程教学是为理论教学服务的。通过实验教学环节不仅要巩固学生的理论知识,还要提高学生的动手实践能力,拓展学生的专业基础知识,培养初步的科研能力。学生在实验中,不仅能对书本上的理论原理有感性认识,并且通过对实验系统电路的构建,提高了学生的动手能力,增加了学生对通信系统构成的初步了解,增强了学生电路制作的信心,可为今后相关行业工作实习提供较好的前期铺垫。
其次,实验室也是教师科研研究,特别是青年教师提升自身水平的重要场所。教师除了具备较高的理论水平外, 还必须具备足够强的科研与技术开发能力。在该实验中,青年教师可以通过指导学生完成实验调试过程,锻炼自身的工程实践能力,不断更新和完善实验电路系统,以至对通信系统进行深入了解和研究,开发出具有新的功能、特点的通信系统,从而提高自身专业技术层次,为今后发展做好准备。
第三,实验室设备电器元件老化较快,请厂家维修维护费时费财,更新一套实验设备更是动辄几千上万元。而通过对实验形式的改变,让学生和教师都参与到实验系统的制作中来,普通实验完成后,元器件均可再次利用,从而大大的节约了实验的成本。
4.实验改革效果
通过近一年的实验改革实施,学生对该类型实验具有浓厚的兴趣。理论知识和动手能力较强的同学在完成实验基本要求的基础上,能通过查阅资料对实验电路进行扩展和完善,如PCM系统中所采用的8K帧同步信号,不使用CPLD编程产生,而是用计数器和译码器产生。而普通同学则除了观测传统实验的原理波形外,还在电路的制作,特别是电路调试过程中得到了极大的提高,使自身分析问题,解决问题的能力得到了增强。
也有同学提出实验系统调试时,三个实验学时时间较为紧张,部分同学不能在规定时间内将电路系统调试完成。针对这个问题,我们在课余时间进行开放性实验,让同学们在课余时间到实验室来进行调试,完成实验。
5.结束语
当今世界,通信技术的发展极为迅速,第三代移动通信技术、超宽带等技术的发展,对通信类专业人才的知识结构和应用能力提出了更高的要求。而高校教育就是要针对社会的发展现状和需求,培养更加具有专业技术竞争能力的人才。实验室是高校学生将理论知识运用于实践的一个重要场所,实验教学改革则是高校教学改革中的重点,通过我们不断的改革和完善,相信能使实验教学能上升到一个新的层次,使实验室起到大学教育奠基石的重要作用。
参考文献:
[1] 樊昌信,曹丽娜. 通信原理[M]. 6版. 北京: 国防工业出版社,2006.