通信專業實踐教學思考
時間:2022-04-06 03:20:00
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近10多年來,隨著通信技術的迅猛發展,對通信專業人才的需求也日益增加,許多高校開始培養大量的通信及其相關專業的學生,許多非通信專業增設了通信類的課程,這些都對通信專業本科培養中的實踐教學環節提出了越來越高的要求[1-2]。我校的通信專業歷史悠久,在實踐教學中作了大量的探索、改革和實踐,取得了很好的成績。2006年,“通信工程專業”評為陜西省名牌專業;2007年,“通信原理實驗”評為陜西省精品課程,填補了我省通信類實驗精品課程的空白;2008年,通信工程應用型人才培養模式創新實驗區獲省教育廳批準。
在構建通信及其相關專業的專業基礎實踐教學體系中,我們緊扣教育部“卓越工程師培養計劃”和我校通信與信息類工程應用型人才的培養目標,根據不同專業、不同層次的教學要求,深化教學改革,既保留并規范了原有的基礎實驗項目,同時,將傳統實驗與現代信息技術相結合,增加設計性、創新性實驗內容,開發了一系列與現代技術相適應的先進的高水平實驗項目[3-4],構建了“基礎型、應用型、綜合型、設計型、創新型”的分層次、循序漸進的實驗課程教學體系,相應設置了“基礎實驗”、“系統仿真實驗”、“應用型實驗”的實驗教學模塊,重新制定了課程教學大綱,進行了課程內容的優化與重組,編寫了多部實驗教材,形成了模塊化管理、軟硬結合、層次分明、結構完善的實驗課程體系,實驗內容和實驗水平都有了飛躍式的發展。
1實踐教學體系的設計思想
在實踐教學體系的構建中,設計了分層漸進的體系結構,遵循“基礎知識的學習—能力培養—競賽強化”的實踐教學培養思路,即:首先是扎實的基礎知識的學習,在此基礎上強化能力的培養,最后通過參加各種學科競賽提升學生的實踐動手和創新能力。針對基礎知識的學習,設計了基礎實驗模塊,有基于“通信原理綜合實驗箱”驗證性實驗、分別利用DSP、ARM和FPGA的設計性實驗,通過通信原理實驗箱讓學生驗證點對點通信系統中的基本的調制解調原理、編譯碼技術、系統性能分析等理論知識,并通過DSP、FPGA和ARM開發系統實現;針對強化能力的培養,設計了系統仿真實驗模塊,包括基于SystemView的通信系統仿真實驗[5]、雙語教學的基于Matlab的通信系統仿真實驗[6],通過軟件仿真平臺自行設計由簡單到復雜的通信系統,明確各個具體模塊的實現方法以及相互之間的關聯,從而真正了解整個通信系統的組成及工作原理,在應用型實驗模塊,包括軟件無線電實驗和CDMA移動通信系統實驗,軟件無線電系統中實現較為復雜的調制解調和編譯碼技術,在CDMA移動通信系統實驗中,可以接觸到實際系統的構造和工作過程,鍛煉動手能力;最后,選拔優秀的學生,參加各種競賽,提高學生的科技創新能力。
在實踐教學體系的設計中,重點突出了以下幾點:
(1)各模塊之間既相互聯系,同時也自成體系,支撐相應的理論教學內容,將基礎實驗與綜合性、設計性實驗相結合,將多媒體技術、虛擬技術、網絡技術等現代化教學方法與手段相結合,充分利用先進的、豐富多彩的實驗教學資源[7];
(2)在實驗項目設計中,結合指導學生電子設計競賽和自制儀器設備,將講授、討論、自主實驗、課內外實驗相結合,開拓學生思路,培養創新精神;
(3)在課程架構設計中,各模塊循序漸進,從簡單到復雜、從基礎到綜合、從設計到創新,同時,兼顧和輻射其它的相關專業,如非電類專業的學生建議選做基礎實驗模塊和系統仿真模塊中的驗證性實驗,電類非通信專業的學生建議選做基礎和系統仿真實驗模塊,通信類專業的學生3個模塊均可依次選做,外語程度好的學生可以選雙語教學“Matlab與通信仿真實驗”,也可作為開放實驗和研究生實驗項目。
(4)實驗內容設計緊扣應用型人才培養目標,突出對學生工程實踐能力和業務能力的培養。
2實踐教學體系的目標
首先,通過構建的分層漸進的體系結構,幫助學生建立通信系統的整體概念;其次,通過驗證性、設計性和綜合性實驗幫助學生對通信系統上至整體架構下至具體模塊以及相應的關鍵技術建立全方位、多層面的認識,對培養學生的工程實踐能力和業務能力起到積極的促進作用[8];最后,培養學生綜合運用通信基礎知識和實驗技術的能力,以滿足培養通信與信息類高素質工程應用型人才的需要[9]。例如,在基礎實驗模塊中的第1個實驗就是借助通信原理綜合實驗系統實現兩部電話機之間的正常通話,讓學生對語音信號是如何在兩部話機間進行傳遞的?需要哪些模塊?如何連接這些模塊?需要哪些關鍵技術等有一個初步的直觀的認識;接下來通過后續的硬件驗證性實驗對具體的模塊(如HDB3模塊、PAM模塊等)再做進一步的測試,從而驗證最初的結論,幫助學生建立通信系統的整體架構和工作流程。在DSP和FPGA開發系統實驗中,學生可以通過設計通信系統中的核心功能模塊(如FIR濾波器、2FSK模塊等),并有選擇的搭建基本的通信系統,將理論知識與實踐能力有機的結合起來。在系統仿真中,學生可以借助SystemView軟件仿真平臺自行設計通信系統(如FM系統、PSK系統等),或者借助Matlab軟件仿真平臺具體分析系統的性能(如AM系統、PCM系統等),從而進一步加深對通信系統的認識。在軟件無線電系統中,可以實現較為復雜的通信技術,如:GMSK解調技術、無線多徑信道特性實驗等,在CDMA移動通信系統上通過工程實踐深入理解實際移動通信系統的架構和工作流程。最后,通過組織學生參加各類的競賽活動,讓學生將學到的各方面知識和實踐技能得到應用和強化[10-11],從而最終實現教學的目標。
3實踐教學體系的效果
(1)激發了學生的創新意識,提高學生的綜合實踐能力和科研素質,成為科學研究的啟蒙教育。學生在進入畢業論文和研究生階段后,其科研能力表現普遍受到導師們的好評。
(2)激發學生對通信基礎實驗及系統實驗的興趣。近年來,越來越多的非通信專業學生選修本課程,有些學生在修完本課程后還利用課余時間或暑假進入實驗室進一步拓展實驗。
(3)多名學生在全國大學生電子設計競賽、挑戰杯大賽中獲全國、省級獎:①2007年,參加全國大學生電子設計競賽,獲陜西賽區一等獎1項、三等獎4項;②2008年,參加陜西省數?;旌显O計競賽,獲陜西賽區一等獎1項;參加全國“博創杯”全國嵌入式競賽獲全國二等獎1項;③2009年,參加全國挑戰杯競賽,獲全國二等獎1項、陜西一等獎和二等獎各1項;參加NOC大學生科技創新競賽,獲全國一等獎1項,并捧得最高獎杯;參加全國大學生電子設計競賽,獲陜西賽區二等獎1項。
4結語
構建的實踐教學體系,定位準確,目標明晰,結構完善、層次分明,根據不同專業、不同層次的教學要求,提出了明確的課程設計思想,靈活多變的教學內容和組織形式。實驗模塊劃分合理、組織有序、實驗內容充實、軟硬結合。以學科競賽為契機激發學生的學習興趣,提升學生的實踐、動手和創新能力,促進學生科技活動,取得了很好的成績。
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