移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

1、    移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用    周曉紅摘 要：文章從傳統(tǒng)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的限制因素出發(fā)，分析了將虛擬仿真軟件引入課程的必要之處。通過(guò)分析得出，將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)之中，使枯燥的通信原理知識(shí)更加形象，既利于教師進(jìn)行課堂內(nèi)容展示，也便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而提高移動(dòng)通信課程的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；qpsk調(diào)制1 移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀移動(dòng)通信課程的教學(xué)內(nèi)容比較復(fù)雜，除了要求學(xué)生要學(xué)會(huì)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，比如通信系統(tǒng)的組成原理、應(yīng)用原理之外，還要求學(xué)生要有實(shí)踐操作能力，也就是能將掌握的原理應(yīng)

2、用到通信課程實(shí)驗(yàn)中1。在我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，職業(yè)院校的學(xué)生更要提高學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，主動(dòng)學(xué)習(xí)并掌握新的知識(shí)，并將知識(shí)可以應(yīng)用到實(shí)踐中。高等教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是重要的方式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力，而且可以拓展學(xué)生的綜合分析和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的具有創(chuàng)新思維和高技術(shù)水平的專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信人才2。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)教學(xué)存在很多不足之處，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：首先，課程的教學(xué)重點(diǎn)多集中在理論知識(shí)的教學(xué)上，忽視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為檢驗(yàn)學(xué)生是否充分理解并掌握理論知識(shí)的方式，應(yīng)該與理論教學(xué)相輔相成；其次，有些職業(yè)院校缺乏新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)

3、備以及最新的移動(dòng)通信器件和裝置，這導(dǎo)致不能滿足學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的需要；再次，學(xué)校開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取的多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需要根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行模仿訓(xùn)練即可，無(wú)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維3。2 移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)的效果2.1 方便學(xué)生理解課堂知識(shí)在以前的移動(dòng)通信課程理論教學(xué)中，教師一般會(huì)將教學(xué)重點(diǎn)放在對(duì)通信課程中某種技術(shù)或者算法原理進(jìn)行講解，讓學(xué)生逐步了解并能夠掌握調(diào)制解調(diào)器的相關(guān)原理以及無(wú)線電波是通過(guò)何種方式進(jìn)行變換4。學(xué)生在了解這些知識(shí)點(diǎn)之后，再學(xué)習(xí)后面課程中的信源編碼、無(wú)線電波發(fā)射等知識(shí)點(diǎn)時(shí)會(huì)更加容易接受。教師在以往的實(shí)驗(yàn)課上，一般會(huì)選擇按部就班、循規(guī)蹈矩的方式

4、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行說(shuō)明，多數(shù)情況下會(huì)采用傳統(tǒng)板書(shū)的形式，這樣的教學(xué)方法雖然有利于教師方便快捷地完成知識(shí)點(diǎn)的講解，但卻不容易讓學(xué)生直觀清楚地理解教學(xué)內(nèi)容。而且實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容中會(huì)有很多波形分析的知識(shí)點(diǎn)，教師僅僅憑借板書(shū)的形式，很難達(dá)到理想的教學(xué)效果5。而將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)之后，有利于學(xué)生對(duì)枯燥的技術(shù)、信號(hào)原理有更為直觀的認(rèn)識(shí)，也更容易讓學(xué)生牢牢把握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。教師在移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)準(zhǔn)備過(guò)程中，應(yīng)該從高職學(xué)生的理解能力、分析能力出發(fā)，為學(xué)生構(gòu)建更便于理解教學(xué)內(nèi)容的情境，這樣有利于達(dá)到比較好的教學(xué)效果。在進(jìn)行移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)使用systemview軟件，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)清

5、晰明確、一目了然的可視化平臺(tái)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求構(gòu)造相應(yīng)系統(tǒng)，然后讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整不同的參數(shù)，觀察波形、功率譜的變化，并由此得出相應(yīng)結(jié)果。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生就切實(shí)體驗(yàn)到真實(shí)電路工作的流程，更有助于學(xué)生理解課堂知識(shí)，并將課堂上掌握的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去6。2.2 引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)以往職業(yè)院校組織學(xué)生進(jìn)行的多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)方式會(huì)讓學(xué)生根據(jù)固定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和步驟來(lái)完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只能按照既定的實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能將自己的一些想法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中去，這樣不但使學(xué)生對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的興趣不高，而且在電路調(diào)試過(guò)程中也非常容易損壞元器件及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)效果必然

6、不理想。所以，將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)是非常必要和及時(shí)的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件具有非常強(qiáng)大的功能，如數(shù)據(jù)的收集、分析及傳輸?shù)?。學(xué)生通過(guò)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以更多參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，比如可以通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)來(lái)觀察電路的不同，并通過(guò)總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)推理、論證，最后設(shè)計(jì)出較好的電路；或者學(xué)生可通過(guò)觀測(cè)輸出電路的波形變化，通過(guò)記錄分析，對(duì)如何進(jìn)行真實(shí)電路調(diào)試有更為直觀的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)以往一些課堂上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，大大增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度7。由此可見(jiàn)，通過(guò)將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)，不僅能夠擴(kuò)展學(xué)生對(duì)原理知識(shí)的理解程度，而且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)實(shí)際電路

7、的運(yùn)行情況有更清晰的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，將移動(dòng)通信領(lǐng)域的新技術(shù)引入到課堂中來(lái)，可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，推動(dòng)學(xué)生更積極地探索新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為學(xué)生以后更加靈活地調(diào)試電路奠定良好基礎(chǔ)。3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例分析本文以正交相移鍵控（quadrature phase shift keying，qpsk）調(diào)制為例，展開(kāi)移動(dòng)通信虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)。qpsk的特點(diǎn)是頻譜利用率較高，而且有不錯(cuò)的抗干擾性能。3.1 理論分析qpsk通過(guò)分別對(duì)2個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行psk調(diào)制，并將調(diào)制完成后所得到的兩路信號(hào)進(jìn)行疊加，生成qpsk信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，至關(guān)重要的一步就是

8、要將需要進(jìn)行傳輸?shù)亩M(jìn)制序列，進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)化，并獲得兩路并行的雙極性碼元數(shù)據(jù)。然后，在依據(jù)相應(yīng)要求，細(xì)化電路。3.2 繪制仿真模型利用systemview進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在qpsk調(diào)制仿真電路圖中的各個(gè)圖符模塊都被設(shè)定了編號(hào)，這樣做的目的是方便在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，方便學(xué)生更好的理解并進(jìn)行操作8。原始輸入的信號(hào)屬于低頻數(shù)字信號(hào)（500 hz），首先需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行取樣，然后在取樣結(jié)束后要對(duì)信號(hào)保持一定時(shí)間，最后對(duì)數(shù)字信號(hào)做延遲處理，通過(guò)這3個(gè)步驟之后，可以獲得兩路并行數(shù)據(jù)，然后分別與兩個(gè)相正交的高頻載波（1 000 hz）作qsk調(diào)制，最后經(jīng)過(guò)相加器疊加輸出qpsk信號(hào)。endprint3.3 結(jié)

9、果觀測(cè)在通過(guò)qpsk調(diào)制之后，將仿真電路運(yùn)行之后，我們可以在不同的觀察窗口對(duì)電路的不同情況進(jìn)行分析，比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)更具有可視性和多角度觀察。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二位碼元隨機(jī)產(chǎn)生不同狀態(tài)時(shí)，電路輸出也會(huì)隨之改變，qpsk信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)相位跳變點(diǎn)，這符合仿真實(shí)驗(yàn)的定義。而電路輸出信號(hào)的功率在1 000 hz左右。由此可見(jiàn)，本次實(shí)驗(yàn)中的大部分電路功率主要可以應(yīng)用于信號(hào)傳輸。在實(shí)驗(yàn)完成后，可以讓學(xué)生思考：如果對(duì)移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行一定的改動(dòng)，那會(huì)取得何種結(jié)果？通過(guò)提問(wèn)的方式，讓學(xué)生在課后可以繼續(xù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索電路的頻率范圍。引導(dǎo)學(xué)生的發(fā)散性思維，激發(fā)學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的熱情。有條件的情況下可以把仿

10、真軟件安裝到學(xué)生的電腦中，打破學(xué)習(xí)的空間時(shí)間限制，提高學(xué)習(xí)的靈活性。4 結(jié)語(yǔ)本文從傳統(tǒng)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的限制因素出發(fā)，分析了將虛擬仿真軟件引入課程的必要之處，并將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入到移動(dòng)通信課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，使得此課程的實(shí)驗(yàn)方式突破了傳統(tǒng)的驗(yàn)證試驗(yàn)，而且使學(xué)生進(jìn)行綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，將課程理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，以著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維及動(dòng)手操作能力。將移動(dòng)通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)之中，使枯燥的通信原理知識(shí)更加形象，既利于教師進(jìn)行課堂內(nèi)容展示，也便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而提高移動(dòng)通信課程的教學(xué)效果。參考文獻(xiàn)1孫愛(ài)晶，盧光躍，劉毓.通信專(zhuān)業(yè)核心實(shí)踐教學(xué)的研究與實(shí)踐j.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011（5）：91-93.2李新春.移動(dòng)通信實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與實(shí)踐j.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009（6）：33-34.3譚平.地方高校應(yīng)用型人才工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)j.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（5）：93-95.4周霞，陳奎慶.工科院校學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)j.江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（4）：92-95.5戴翠琴，由海霞，鮑寧海.移動(dòng)通信課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與平臺(tái)建設(shè)j.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（2）：144-147.6蘇良昱，王武，葛