新冠疫情下构建基于信息化的虚拟实验教学

谢小琴

(惠州学院，电子信息与电气工程学院，惠州 516007)

0 引言

2020年初，一场突如其来的新冠病毒肺炎席卷全国，卒不及防地打断我们以往正常的生活，停工、停业、停学、停市，方方面面出现前所未有的改变。为应对疫情，高校教育也面临改变，为保障正常的教学秩序，停课不停学，特别是工科实验教学，为此我们基于MATLAB/Simulink设计一个实验仿真系统，并利用超星学习通平台实现以学生“学”为中心的虚拟实验教学。

1 基于MATLAB/Simulink设计一个实验仿真系统

MATLAB/Simulink是一款图形化界面，功能强大又简单易学的仿真软件。利用MATLAB/Simulink构建的《通信系统原理》实验仿真系统，结合理论知识搭建各实验项目模型，设置各模块参数，显示在不同条件下的实验结果，其过程直观明了，可操作性强。该系统总流程图如图1所示。

图1 通信原理课程实验仿真系统总流程

本文以二进制相移键控(2PSK)为例介绍该系统在《通信系统原理》课程实验教学的应用。

二进制相移键控(2PSK)，即用两种不同的相位来表示二进制的0和1，有A方式和B方式两种，其中A方式它用相位0和相位π来表示，其信号的时域表达式为[1]：

S2psk(t)=Acos(ωct+θn)

(1)

由式(1)可写成：

(2)

根据式(2)，2PSK信号的产生可采用模拟调制法，解调通常采用相干解调法，其调制与解调原理方框图如图2所示[2-3]。

图2 2PSK调制/解调原理框图

在2PSK信号的解调中，设已调信号表达式为S(t)=A1cos(ωct+θn)(A1为调制信号的幅值)，经与载波信号A2cosωct(A2为载波的幅值)相乘，得：

再经低通滤波器(LPF)除去高频成分cos(2ωct+θn)，得到包含基带信号的低频信号，经抽样判决后还原为输入的基带信号。根据上述原理分析，基于MATLAB/Simulink的仿真参考模型如图3所示。

图3 2PSK调制解调参考模型

各点的参考波形及2PSK功率谱如图4、图5、图6所示。

图4 2PSK解调各点参考波形

图5 2PSK调制输入与解调输出比较波形

图6 2PSK功率谱

2 超星学习通平台实现线上实验教学

超星学习通是超星公司着力打造的通识教育平台，用户界面友好，简单易学，非常适合线上教学。我们基于超星学习通搭建实验仿真平台，实现实验任务的在线发布、指导、验收，如图7、图8所示。

图7 超星学习通界面

图8 2PSK实验项目的部分截图

3 结语

基于MATLAB/Simulink的虚拟实验教学系统，与超星学习通的有机结合，是信息化条件下工科实验教学的有效探索，改变了以往类似《通信系统原理》等课程实验更多是验证性实验，实验单一，枯燥难理解且实验时间受限的现状。既有效锻炼了学生的动手能力，又充分调动了学生学习兴趣，提高学习的积极性、主动性，提高教学效果，真正实现在新冠疫情下停课不停学。