通信系列实践性教学环节的改革与建设

通信系列实践性教学环节的改革与建设

郑建生　李晓蓉　胡家华　江爱萍

（武汉大学电子信息学院　武汉 　430079）

摘要：通信系列实践性教学环节的改革与建设建立了相应的实践教学体系，建设了该体系的硬件承载平台，培养学生理论与实践结合的能力、“场”和“路”的两种不同分析方法和实验技能、计算机仿真与FPGA器件设计、电路设计、系统设计的能力、“有线通信”、“无线通信”和“网络通信”的应用能力，取得了系列成果。

关键词：通信系列课程　实践性教学　改革与建设

一、研究背景

2000年8月新武汉大学组建，来自武汉大学、武汉水利水电大学、武汉测绘科技大学与电子信息学科相关的专业组成新的电子信息学院，拥有电子信息工程、通信工程、电子信息科学与技术、光信息科学与技术、测控技术及仪器等相关专业，这些专业的课程体系中包含有通信系列课程：高频线路、通信原理、微波技术、光纤通信技术、程控交换原理、计算机通信网等。这些课程都是在原电子工程专业的基础上拓展而来的，多年的单一课程实验改革取得了一些成果，实验课程与理论课程得以紧密结合，丰富了理论教学也培养了学生实践技能，但也存在许多问题，因为它更多注重单一课程的需求，而忽略前后课程内容的衔接和学生实践能力培养的系统性。例如：在“通信原理”、“高频电路”、“射频电路”课程中都包含调制、解调、载波同步等实验，造成极大的浪费，学生也感到重复；而且其实践性教学体系凌乱、实验门数多、涉及技术广、内容重叠、实验学时有限；同时，通信技术的飞速发展，新技术不断引入，也迫使我们的实践性教学必需紧跟IT技术的发展，适应高等技术人才培养的需求。因此如何建立独具特色的通信系列课程相适应的实践性教学体系，成为本研究项目的基本出发点，在此背景下我们得到了湖北省教学研究项目资助，对通信系列课程相应的实践教学体系进行改革、规划、建设。

二、改革与建设的指导思想

在改革和建设的过程中，先后调研了多所高校、公司和厂商，欣慰地看到通信技术的理论教学体系已经确立，特别是根据各个课程建立了相应的实验系统，相继开发出各种与通信系列课程相关的实验系统，国外也有个别实验系统进入国内，但它们各服务与相应的课程，很多重复，没有形成体系。

因此，我们确定了“通信系列实践性教学环节的改革与建设”的指导思想是紧扣理论教学体系、依据学生的实际情况、结合IT技术的需求，以三个层次规划、设计通信系列实践性教学体系，如图1所示。

图1　通信技术系列课程实践性教学体系

第一个层次以“通信原理实验”课程为基础，培养学生的理论与实践相结合的能力、计算机仿真设计能力和FPGA（现场可编程门阵列）设计能力；第二个层次以“微波技术实验”为基础，培养学生具有电子学科特点的“场”与“路”不同实验方法和通信系统测试的能力；第三个层次以“光纤通信实验”和“射频电路实验”为基础，培养学生通信领域三大技术“有线通信”、“无线通信”和“网络通信”的电路设计和系统设计能力。

改革与建设的具体步骤是分两步走：第一步是理顺需求，明确在这个体系中学生应该掌握哪些知识和技能？应该在哪个环节中加以建设？形成一个改革和建设指导思想；第二步是在此基础上，引入仿真性、设计性、综合性、应用性实验，借助一切可以利用的力量，研制相应的配套仪器设备，引入最新的实验手段，使通信技术系列课程的实践性教学环节从简单的实验走向适应当今技术发展需要的完善体系。

三、改革与建设的措施

《通信原理》是该系列课程的基础，理论性强、技术面广，学生往往感到抽象，难以与实际联系在一起。因此，我们单独设立“通信原理实验”课程（36学时）与之相配套，明确该课程主要培养学生的理论与实践相结合的能力、计算机仿真设计能力和FPGA设计能力。研制了具有自主知识产权的“通信原理实验系统”，在这个系统上学生可以进行FPGA器件的设计、单元电路的设计以及系统的设计，同时配合通信仿真软件System View培养学生的计算机仿真设计能力，在此基础上与美国赛灵思公司建立了“武汉大学－赛灵思联合实验室”，培养学生的FPGA开发与应用能力。

随着无线通信技术的发展，3G技术的成熟，微波技术尤其是微波电路得到广泛应用，对“场”的分析、测试、设计方法提出了更高的要求。因此，我们以“微波技术实验”为基础，培养学生具有电子学科特点的“场”与“路”不同实验方法和通信系统测试能力，因此研制了“微波自动测量系统”，培养了学生的微波测试能力和设计能力，也充实、提高了我校微波技术实验室的技术水平。

以“光纤通信实验”、“计算机通信网”和“射频电路实验”为基础，培养学生通信领域三大技术“有线通信”、“无线通信”和“网络通信”的电路设计、系统设计和应用的能力。为此，自行研制了“光纤通信实验系统”、“《计算机通信网》课程网络实验系统”、“程控交换实验系统”，填补了通信系列课程实验体系的空白。同时积极引进国内外先进的实验技术与手段，与深圳安泰信公司建立了“武汉大学－深圳安泰信射频电路联合实验室”、中兴公司正筹建“武汉大学－中兴NC认证联合实验室”，形成完善的实验体系。

经过这三个层次的建设使通信系列课程的实验体系更紧密联系社会和技术的发展，使有限的建设资金收到最大的效益。该研究成果为武汉大学申报国家“电工电子实验教学示范中心”和国家“工科电工电子基础课程教学基地”的申报成功都作出了积极贡献，也为我国各高校相关建设提供了经验和借鉴。

四、取得的成果

1．建立了通信系列课程理论教学体系相适应的实践性教学体系

以通信原理为理论基础，“场”和“路”两类分析和实验方法，“有线”、“无线”和“通信网”三大技术为主线；集理论分析、计算机仿真、FPGA器件设计、单元电路设计、通信系统设计、系统测试各种技能的培养为目的，形成通信系列课程实践性教学体系。

2．建设了完善的实践性教学体系的硬件承载平台

在建设实践性教学体系过程中，充分调研各知名高校的实验室建设，各大实验设备制造厂商的产品，我们确定了自主研制与联合建设的技术路线，在充分吸收别人的优点的基础上，结合武汉大学理工渗透、注重基础的特点，自主研制了“通信原理实验系统”“光纤通信实验系统”、“程控交换实验系统”、“微波自动测量系统”和“《计算机通信网》课程网络实验环境”等5个独具特色的实验系统，同时与国内最具特色的实验系统厂商建立了“武汉大学－美国赛灵思联合实验室”、“武汉大学－深圳安泰信射频联合实验室”、“武汉大学－中兴NC认证联合实验室（筹）”3个联合实验室，形成优势互补，构成实践性教学体系完整的硬件承载平台。

3．取得了系列研究成果

在建设中公开出版了1部教材《微波技术》（科学出版社，2005年第一版）；编写了5本实验指导书：《通信原理实验指导书》、《通信原理仿真实验指导书》、《光纤通信实验指导书》、《微波实验指导书》，《程控交换实验指导书》共印刷了8千多册；公开发表教学研究论文2篇：“《通信原理实验》课程建设的研究”、“《光纤通信实验》课程建设的研究”；结题教学研究项目4项：武汉大学教学研究项目“《计算机通信网》课程网络实验环境的设计与实践”2003年结题、武汉大学教学研究项目“通信工程专业学生理论与实践综合能力培养的研究”2004年结题、湖北省教学研究项目“通信工程专业实践性教学环节的研究与建设”2006年结题、武汉大学教学研究项目“微波自动测量系统的研制”2006年结题。

4．成果辐射的作用

研究成果在武汉大学应用5年后，得到良好的评价，学校专门立项投入40万元，进行研究成果的改进，并装备“通信原理实验系统”80套、“光纤通信实验系统”40套；在国家“电工电子实验教学示范中心”、国家“工科电工电子基础课程教学基地”建设中接受了多所高等学校参观咨询，并为他们的建设提供了有益的帮助；同时研究成果直接辐射多所高校和企业，近万名学生从中收益。

参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜. 通信原理（第6版）. 北京：国防工业出版社，2007.

[2] 李晓蓉. 微波技术. 北京：科学出版社，2005.

[3] 陶梅生. 高等教育改革与发展. 兰州：兰州大学出版社，2007.