运用虚拟仿真实验改革通信原理实验教学

张雪臻

摘 要：当今社会科技迅猛发展，高校实验教学设备的种类越来越多，因此在实验教学中模拟的特定环境也越来越逼真。但目前仍然没有办法满足所有实验环境的需求，在通信原理课程的实验教学中，基本不能根据实验要求建立真实的通信系统，也就无法进行相关的实验结果分析。此时，虚拟仿真软件应运而生，利用这种软件可以建立虚实结合的实验系统和环境，更好地实现仿真实验，改革通信原理实验教学，提高整体教学效果。

关键词：通信原理；虚拟仿真实验；实验教学

通信原理课程通常分为理论和实验两部分，即知识理论和实践操作两部分。其中，通过仿真实验可以真实地再现情景，提高教学效果。但如果单纯依靠高校教学环境和实验室器材设备，实践操作部分课程并不能达到理想的仿真效果，还需要借助一定的虚拟仿真软件来完成。通过虚拟仿真实验，学生能更加了解通信系统中的各模块、各环节的关系，获得更加丰富的实践操作感受，更好地理解所学的通信原理理论知识，让原本枯燥的理论学习变得更加有趣。同时，在虚拟仿真实验中能更好地锻炼学生的逻辑分析能力、实际操作能力以及发现问题和解决问题的能力。

一、目前高校通信原理实验课程的实际情况

目前，许多高校在通信原理实验课程教学方面已经获得了一定的发展，但是在教学方法、教学内容、实验课程的讲解以及实验设备的配置等方面还是存在一些不足和缺陷。

1）高校通信原理实验课程的教学内容以一些经典理论知识的验证性实验为主，多数情况下只是让学生按照预设流程进行实验操作，基本不需要学生进行实验设计。虽然在一定程度上帮助学生熟悉了理论知识，但缺乏对学生逻辑思维分析方面的锻炼以及发现问题解决问题能力的培养，更不利于学生探索、创新能力的养成。

2）实验购置的硬件设备大多已模块化，使用时都已经组装好，虽然便于学生进行尽快熟悉设备进行仿真实验，但如果只是单纯地观察分析预设实验流程的逻辑计算结果，不仅与现实操作存在巨大的差异，而且容易造成学生的轻视心理，降低学生的学习兴趣。

3）实验设备的参数通常早已设定好，学生在进行仿真实验时，只能使用预设参数，导致许多需要修改参数来对比分析结果的实验无法进行，许多原理知识无法一一验证。

4）购置实验器材设备的成本较高，导致某些实验设备比较陈旧，更新换代并不及时，影响教师进行相关课程的实验教学。

5）实验室的数量有限、地点固定，学生只能按照学校的统一安排进行某项实验，无法根据自己的对理论知识和实践操作的实际掌握情况进行实验学习，这也在一定程度上影响了实验教学效果和教学效率。

二、进行虚拟仿真实验改革的原因

通信系统虚拟仿真软件有许多，比如SystemView、Matlab等，都可以高度模拟通信系统中的每一个环节和细节，它们的出现和运用，让高校通信原理课程教学变得更加有趣。通过虚拟仿真实验可以让学生尽快熟悉通信系统的各个模块及环节，其中对信号和噪音系统真实的模拟，能让学生通过波形和频谱变化锻炼自己的综合分析能力和创新实践能力。同时，虚拟仿真软件能让学生摆脱实验室以及实验设备的限制，让实验教学变得更加灵活，学生在电脑上安装这个软件后就可以随时随地进行各种实验。因此，运用虚拟仿真实验改革通信原理实验教学势在必行。

三、通信原理实验教学改革

1）实验室改革是提高通信原理实验教学的必然要求，包括通过添置器材设备等措施建立综合性实验室。原先的实验室可能只有一些硬件设备，比如通信原理实验箱和示波器，进行实验的学生分组不能多于实验室设备的数量。改革后的虚实结合的综合性实验室增加了计算机，可以让学生进行之前实验设备所无法完成的实践操作，更多地实现通信原理知识的设计与验证，更好地满足学生进行实践操作学习的渴望。

2）实验项目的设计非常重要。在进行实验项目设计时，必须结合教学内容以及教学重点难点，合理运用虚实结合的实验环境，分别安排适合的基础硬件实验和综合性实验。比如，可以设计码型变换等基础硬件实验以及数字调制与解调等综合性实验。基础硬件实验可以让学生掌握硬件设备的安全使用方法与正确操作流程，综合性实验可以让学生通过虚拟仿真了解完整的通信系统、信号在传输过程中的变化特性，两者结合能让学生对通信原理有更直观、全面的认识，更清楚地知道如何设计、实现具有实际应用价值的通信系统。

四、虚拟仿真实验的优势

高校学生在老师的指导下学会使用虚拟仿真实验系统，可以设计出符合需求的通信模块，在虚拟系统中设定不同的设备参数，不断地进行观察调试，直到构建出完整的通信系统。同时，还可以通过分析比较信号波形和频谱来更好地理解通信传输过程。除此之外，虚拟仿真实验还有以下优点。

1）虚拟仿真实验弥补了高校实验设备存在的缺憾，强大的虚拟设备和分析工具让学生可以进行多种模块选择、不同参数设置的实验学习。

2）在虚拟仿真实验中学生可以根据学习理解或者疑惑进行实验操作甚至试错，而不用担心操作不当损坏实验设备而进行经济赔偿。同时，各种实验操作变得更加直观和简单，能进一步激发学生的学习热情和兴趣，还可以提升学生自主思考、独立设计的能力，帮助学生形成对通信原理知识的系统的认识和理解。

3）虚拟仿真实验除了能及时更新实验项目外，还可以降低实验经费开支，教师可以根据教学内容的变化、科研成果的更新以及现实应用的需求改进原有的或增加新颖的实验项目，与时俱进地提升学生的专业技能和水平，让学生可以更好地适应社会发展的需要。

五、结语

计算机技术飞速发展，让我们的工作、生活、学习都发生了翻天覆地的变化，虚拟仿真实验的改革可以让学生更加直观地认识通信系統，更好地学习、掌握通信系统的原理和技术。同时，虚拟仿真实验的改革让实验教学更加完善，更符合当代学生的学习需求，也让通信教学内容变得更加丰富。此外，虚拟仿真实验改革还能够提升学生的学习兴趣和实践创新能力，培养出更多优秀的通信专业人才，推进通信领域不断向前发展。

参考文献：

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[3] 谢慧，张志刚，聂峰.基于SystemView的通信原理实验教学体系[J].实验技术与管理，2012（02）.