内容发布更新时间 : 2024/6/29 13:44:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

基于课程与实践一体化的电子通信虚拟仿真实验教学

作者：唐振华 常侃 张振荣

来源：《教育界·下旬》2017年第05期

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

【摘要】文章针对电子通信类专业中实验教学存在的问题，研究和构建基于课程与实践一体化的电子通信虚拟仿真实验教学体系，并在此基础上研究并提出虚拟仿真实验平台的框架，以提升通信工程和电子信息工程专业的实验教学质量。

【关键词】虚拟仿真实验教学；课程与实践一体化；电子通信

虚拟仿真实验是指综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通信等技术，通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验。虚拟仿真实验能达到真实实验不具备或难以实现的教学效果，尤其对于那些涉及高危或极端环境、不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目，因而虚拟仿真实验教学对传统的实验教学思想、体系、模式、内容、方法以及手段等都产生了意义深远的颠覆性影响。虚拟仿真实验教学体现了信息技术与教育教学融合发展和与学科专业深度融合带来的实验教学改革与创新。

教育部于2013 年8 月印发了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，正式启动了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。为了促进本科实验教学改革，提高本科教学质量，广西大学计算机与电子信息学院整合已有的计算机与软件技术、电子技术、通信技术以及网络工程等实验室，于2010年成立了计算机与信息技术虚拟仿真实验教学中心。该中心于2015年被评获评为“自治区级虚拟仿真实验教学中心”。中心主要为全校提供计算机、电子通信类课程的仿真实验教学服务，面向计算机、电子信息工程、通信工程等信息技术类的本科专业学生。然而，目前中心主要侧重于开设本科专业的部分虚拟仿真实验，而极少涉及课程教学方面的虚拟仿真实验，尤其是针对电子通信类的课程教学。本文正是针对上述问题而展开研究的，目标是研究构建课程与实践教学一体化的电子通信虚拟仿真实验体系与平台，使其体现电子与通信学科的实践性与设计性，突出培养学生的综合能力和创新能力。 一、电子通信虚拟仿真实验教学体系

在电子通信类的专业课程教学中，不少专业课程的理论性较强，物理概念抽象，学生不容易掌握好。传统的教学方式主要注重基础概念、基本定律以及理论和公式的推导和演算，缺乏感性地理解理论的辅助手段。以《电磁场与电磁波》课程为例，在该课程的教学过程中主要进行理论和公式的讲解，缺少诸如电磁场的三维特性和电磁波的波动特性等抽象内容的生动展示， 导致学生对晦涩的理论失去学习兴趣，从而影响整门课程的学习。

本文研究的基于课程与实践一体化的电子通信虚拟仿真实验教学体系包含理论教学、基础实验、综合实验与科研创新四个层次。这四个层次分别对应四种类型的虚拟仿真实验：演示型实验、验证型实验、系统型实验和创新型实验。不同层次的实验之间相互补充和融合，形成了多层次虚实结合的电子通信实验教学体系，如图1所示。在设计电子通信虚拟仿真实验教学体系时，本文遵循了虚拟实验不完全脱离传统实验，“能实不虚、虚实结合”的原则。在有条件的情况下，要尽量安排学生接触实物进行操作，这样才能让学生更好地掌握实际操作技能，处理各种实际问题。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

不同类型的实验作用不同。演示型实验主要是让学生通过形象的方式了解技术的基本原理。例如在讲授《电磁场与电磁波》课程中均匀平面波在媒质中传播的规律时，可借助Flash技术，以高逼真的三维立体模型，完整、真实地呈现电磁波传播时的状态；在讲授《现代通信原理》课程时，可借助MATLAB或LabVIEW等软件动态地显示发送信号和接收信号的波形变化情况。验证型实验则是让学生对某个理论或技术进行实验，并根据实验获得的结果来验证理论或技术，传统实验教学中主要开设该类实验。系统型实验则主要开展根据虚拟仿真实验设备进行自由搭建和组合实验项目，例如利用部分硬件和虚拟软件共同搭建基于MIMO无线通信系统等。创新型实验则主要面向学科和行业发展前沿，让部分学有余力的学生参与教师的科研项目和科研工作，并将科研项目研究成果转化为虚拟仿真实验教学资源。 二、电子通信虚拟仿真实验平台

电子通信技术具有技术高度密集、对实践性要求高和更新换代快等特点。随着包括新一代移动通信、三网融合、超高速光纤宽带、虚拟现实、物联网、量子信息处理、大数据以及云计算等通信与信息技术的不断发展，采用传统实验实践教学模式开展教学日益受到局限。此外，由于通信行业的保障性要求和信息安全要求高，设备贵，学生到企业真实网络环境中参加实践教学和工程训练困难。

以通信专业中移动通信网络的实验为例，如果学校自己搭建小型的移动通信网络需要的成本极高，在经费不充裕的情况下，很难开展此类实验教学，严重影响学生专业实践能力和实用技能的培养。然而，在虚拟实验环境下，上述问题就能迎刃而解。作为新型的实验教学手段，虚拟仿真实验教学使学生不受地域和时间的限制，不受设备和平台的限制，理解和掌握所学知识，并通过实践进行印证、应用、设计和创新。因而，构建课程与实践教学一体化的电子通信虚拟仿真实验平台，让学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果，能够有效解决传统基于实际通信信息网络开展实验教学的不足，同时也是解决电子通信类专业学生开展工程训练的重要途径。

本文在研究广西大学电子通信类专业在目前的教学与科研体系的基础上，提出了基于课程与实践一體化的虚拟仿真教学平台的架构，如图2所示。该平台包含电信基础、信息处理和信息传输三大模块，而各个模块又包含具体的虚拟仿真实验平台。电信基础模块包括通信与系统及微波与天线两个虚拟仿真实验平台，主要涉及有线和无线通信系统及微波传输系统的关键实验。信息处理模块包含生物医学信息处理和多媒体信息处理两个平台，将专业基础和老师们研究方向的特色有机结合起来。信息传输包括无线传感器网络、移动通信、光通信网络和卫星通信四个平台，主要体现专业知识与当前主流通信应用的融合。这些平台的构建同时体现了实验资源与信息技术深度融合、真实设备与虚拟环境有机结合。 三、结语

依托广西大学电子信息工程和通信工程专业的特色优势，本文研究并构建了涉及理论教学、基础实验、综合实验与科研创新的课程与实践教学一体化的虚拟仿真实验教学体系。该体