“卫星通信”教学注重提升学生应用能力

高丽娟 于凤坤 郭克锋

[摘 要]近年来，卫星通信在日常生活、工作、军事应用等领域的应用越来越广泛。卫星通信课程的学习在讲授理论知识的同时，更重要的是培养学生的实际应用能力。因此，该文从课程设计、结合任务实例以及利用仿真软件等不同方面，采用不同的教学方法和手段提高教学质量，更加注重提升学生的应用能力。

[关键词]卫星通信;课程设计;任务实例;STK仿真

[作者简介]高丽娟（1978—），女，山东莱阳人，博士，航天工程大学航天信息学院副教授，主要从事空间通信系统研究;于凤坤（1981—），女，河北石家庄人，硕士，航天工程大学航天信息学院副教授，主要从事信息通信研究;郭克锋（1990—），男，吉林辽源人，博士，航天工程大学航天信息学院讲师，主要从事卫星通信研究。

[中图分类号] C229.29[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0270-02[收稿日期] 2020-01-07

1945年英国人克拉克提出使用卫星实现全球通信的设想，经过几十年的发展，卫星通信从无到有，发展迅速并且日益成熟，逐步进入到我们的生活、工作、军事等各个领域[1]（P6-16）。卫星通信课程是航天工程大学通信工程专业学生的一门专业必修课。大学培养从事航天事业的专业人才，为了更好地开展工作需要打牢基础，培养学生解决实际问题的能力。因此，该课程教学中，将理论学习和仿真研究相结合、理论分析和实际任务相结合，培养学生的创新能力和创新思维，学生能够运用所学理论知识解决实际问题[2]。

一、课程设计注重提升能力

大学的课堂教学不仅仅是简单的知识堆积，更重要的是在课堂教学中培养学生的学习、思考、探索以及实践的能力，也就是我们古代提出的“授之以渔”而不是“授之以鱼”。卫星通信课程设计始终注重对学生的创造思维、创造力的培养，引导学生利用理论知识解决实际问题，注重提高学生的应用能力[3]。学习专业知识固然重要，但是需要不断提升对专业知识的应用能力，因此课程设计时包括：理论讲授和仿真实验两大部分，将理论和仿真结合起来提升学生的应用能力。在整个课程的教学内容设计上突出了应用能力的培养[4]，一方面考虑卫星通信的基础知识和主要技术，学生能够打牢理论基础，拓展学生的知识面，为后续的应用奠定基础;另一方面，重点进行系统组成和典型系统应用的学习，将理论知识与实际应用结合起来，培养应用能力[5]。

二、结合任务实例开展教学

在理论讲授部分的教学中注重理论知识和实际任务相结合，启发学生将理论知识应用到提升卫星通信的性能上来，更好地为航天任务提供通信保障。单纯的理论讲授比较枯燥，很难吸引学生的学习兴趣，将理论知识通过具体的任务实例进行讲授，可以引起学生的重视，同时意识到卫星通信在实际任务中的重要作用，在学习理论知识的同时能够提升学生的使命感和自豪感。比如在学习不同轨道卫星与地面站的可通信时间时，结合航天任务的实例开展教学。2003年杨利伟乘坐神舟五号飞船首次进入太空，象征着中国太空事业向前迈进一大步。在神舟五号飞船上杨利伟与家人的通话时间只有不到5分钟，为什么呢？通过具体任务实例提高学习的积极性和主动性，主动思考问题背后的理论知识，如下页图所示。从航天任务实例入手，展开不同轨道高度卫星与地面站的可通信时间分析，一方面与卫星的覆盖范围有关，另一方面和卫星与地面站之间的相对位置有关。而覆盖范围和卫星的轨道高度、地面站天线的最小仰角等有关。通过航天任务实例开始理论分析，将知识点进行分解，在此基础上分析各部分知识点的相关参数进行知识讲授，最后结合课堂讲授理论内容，通过例题的形式对神舟五号的实例进行理论计算。实现从任务实例到理论知识再到具体计算的全过程。在这个教学过程中，结合任务实例在增强学习兴趣的同时，将理论知识和具体的航天任务相结合，学生印象深刻，既能够深化对理论知识的理解，又明确了理论在实际中的应用，培养学生分析实际问题的能力，提升对理论知识的应用能力。

由于神舟五号飞船的轨道高度和地面站天线仰角等因素，使得二者之间的可通信时间较短只有几分钟。但是2013年王亚萍在空间站开展了长达50多分钟的太空授课，从不到5分钟的时间到50分钟是如何实现的呢？结合任务实例，通过时间从短到长的对比，进一步调动课堂气氛，启发学生进行更加深入的研究和分析。

三、利用仿真深化理论研究

为了更好地培养学生分析问题、研究问题的能力，利用STK仿真软件，学生能够更加直观地对比分析随着轨道高度的变化卫星和地面站之间可通信时间的变化。通过仿真得到北京站与低轨道卫星（1000km）的可通信时间大约在15分钟左右，与中轨道卫星（10000km）的可通信时间在1—2小时左右，与静止轨道通信卫星（35786km）可以实现连续通信。通过仿真软件可以将理论知识进行图表化的显示，便于学生进行深入的研究，发现理论知识中的规律和特点，同时能够对比分析不同参數对通信系统性能的影响以及在对航天任务中发挥的作用，可以进一步深化对理论知识的学习，同时开展更加深入的研究分析。

四、结束语

近年来，卫星通信发展迅速，逐渐成为跨洋通信、国防军事通信等的重要手段，广泛应用于电视广播、移动通信、应急通信等各个领域。卫星通信课程一方面注重基础理论知识和技术的学习，在此基础上努力提升学生的实际应用能力。因此，在课程的设计时将理论知识和技术以及系统组成与应用重典考虑，全面提高学生的综合能力。在教学方法上结合任务实例开展理论教学，培养学生分析问题的能力;利用仿真软件进行深入的研究，培养学生研究问题解决问题的能力。通过多种不同的教学方法和手段，多个方面提升学生的实际应用能力，提高在实际工作中运用卫星通信进行通信保障的能力和水平[6]。

参考文献

[1]张洪太，王敏，崔万照，等.卫星通信技术[M].北京：北京理工大学出版社，2018：6-16.

[2]张峰干，井亚鹊，金伟，等.卫星通信课程实验教学研究[J].实验室研究与探索，2017，36（8）：173-175+216.

[3]李双，胡顺仁，刘伟，等.应用型本科院校通信原理课程教学方法探讨[J].当代教育实践与教学研究，2018（2）：58-59.

[4]张春娟，蓝华.应用型本科通信专业实践教学探讨[J].实验科学与技术，2014，12（5）：139-141.

[5]廖希，邵羽，叶志红.《微波与卫星通信》课程内容设计与教学模式探究[J].中国新通信，2017，19（19）：131.

[6]褚丽莉.通信工程专业应用型、创新型人才培养模式的研究[J].教育现代化，2016，3（31）：4-6.