虚拟电子实验室虚拟实验室在电子信息类课程教育中的使用_观点_

摘要：文章以通讯原理课程为例，从虚拟试验室的内在与运用现状动身，体系地论述了通讯原理课程虚拟试验渠道的创立途径。

要害词：虚拟试验室；通讯原理；电子信息

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2014）10-0027-02

在许多理工科高等院校中，电子信息类学科专业人才培育要求学生具有电子信息范畴较宽的专业根底理论常识，并具有较强的实践技能和必定的工程认识及立异认识，具有剖析问题、解决问题的才能以及核算机运用才能。在课程设置方面，除了必修的专业根底课程之外，还有高频电子线路、通讯原理、数字信号处理、电磁场与电磁波、信息理论与编码等专业课程，相应的课程内容比较笼统，学生难以了解和掌握。

以通讯原理课程为例，该门课程是高校电子信息类学科专业的必修主干课程。理论教育着眼于通讯体系基本概念的解说，其教材内容理论剖析谨慎，触及概率核算和信号改换的相关常识，逻辑性较强，学生比较难以了解[1-2]，因而，有必要辅之以实践环节来加深对通讯理论的了解。传统的做法是借助于试验箱、示波器、信号测验仪等硬件试验设备来完结，试验项目大多是由固化在试验箱里的程序来完结的，并且项目有限，若要添加新的试验内容，则需从头购买试验模块。学生在做试验的进程中，墨守成规地按试验进程操作，调查固定的试验成果。这样原封不动的试验办法，疏忽了对学生发明力的培育。针对上述教育进程存在的问题，提出了树立“虚拟通讯试验室”的设想，既能够让学生自己规划通讯体系来仿真，也可将体系仿真模型运用到讲堂教育中，直观地在讲堂上演示仿真的进程，进步教育作用。

一、虚拟试验室的内在与运用现状

虚拟试验室是指由核算机网络技能、核算机仿真技能和虚拟仪器技能等归纳生成的试验体系，可经过软件编程来模仿实践仪器，在核算机上虚拟出各种功用的试验仪器（例如：函数发生器、示波器、万用表等），用户也能够依据需求自己规划和界说各种仪器[3]。试验人员能够像在实践环境中一样完结各个试验项目，所获得试验作用乃至比在实在环境中所获得的还要好。

在国外，虚拟试验室的运用已十分遍及。作为最早提出虚拟试验室概念的美国，从一开端就十分重视虚拟试验室的研讨与开发，在许多大学里的遍及运用也十分广泛。其间，麻省理工学院于1998年开发了网络长途试验室并投入运用，它供给了微电子学、电路规划两门课程的试验教育，学生能够在个人电脑上规划各种电路模型，然后经过测验设备来获取测验数据，验证自己的规划。美国的另一所大学俄勒冈大学物理系开发了物理试验网站，在网站上创立了力学、热学、天体物理及能量与环境等几十种虚拟试验。

近年来，国内有许多高校都依据各自的科研和教育现状创立了一些虚拟试验室。中国科技大学研讨并开发了几许光学规划试验渠道、物理仿真试验软件及大学物理虚拟试验教育体系；浙江大学以VRML为根底开发虚拟试验环境，创立了依据Web的虚拟化学试验体系，并完结了虚拟试验环境中的人机交互；同济大学则建成了虚拟现实试验室，可对修建景象和结构来完结虚拟仿真。

二、通讯原理课程虚拟试验渠道的创立

LabVIEW是一种图形化的虚拟仪器开发环境，运用图形化修改言语G编写程序，发生的程序是框图的办法。它将软件和各种不同的丈量仪器硬件和核算机集成在一起，树立虚拟仪器体系[4]。在通讯原理虚拟试验渠道的创立进程中，需求运用高效灵敏的虚拟仪器仿真软件LabVIEW来完结各种测验。

（一）优化教育内容，为理论教育创立辅佐渠道

在教育辅佐体系运用的进程中，以学生为主体，教师起指导作用。教师担任创设学习的资源和协作学习的环境。课题组选取适宜的教育演示模块是教育成功的要害，有必要是学生感爱好的且能够让学生直观、易懂的。教育演示模块既要和教育内容紧密结合，又要能够调集学生学习的积极性，且由易到难地逐渐渐进，一起又要有必定的规划空间，让学生能运用学过的虚拟仪器常识在已有教育演示模块的根底上发明发挥，扩展其功用。

（二）变革教育办法，分阶段施行辅佐渠道教育

将虚拟渠道辅佐教育法融入通讯原理课程的教育进程，详细施行进程如下。

榜首阶段，体系建模。结合通讯原理的根底理论常识，对讲堂教育的内容进行整体规划，在虚拟仪器作业渠道上紧密联系教育内容，并选用层次化的规划办法进行整体架构的建模。通讯原理的课程教育首要环绕模仿通讯体系和数字通讯体系两大类展开讨论，而两类体系中各自也触及了多个章节的理论内容。以数字通讯体系为例，整体上包含了信源的模数转化、数字调制与解调、同步技能、纠错编码及信道噪声等多个模块，而每个模块又触及不同的理论章节，可进一步细化为不同办法的子模块。例如：数字调制模块能够分为振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）、相移键控（PSK）等调制办法，每种调制办法别离对应一个子模块。

第二阶段，体系规划。依据体系的功用要求，运用虚拟仪器技能，选用模块化的规划办法，按层次规划体系的模型和用户界面。在规划进程中，将信号源控件、信号处理控件和信号显现控件等与用户交互的空间嵌入到体系的整体框图中，紧密联系课程教育内容，编写程序框图，完结相应前面板界面的规划，使得相似的信号波形能够在同一个显现控件中显现[5]。

例如：在数字通讯体系中，选用QDPSK的办法对信道编码发生的数字信号进行载波调制，在规划相应的调制模块的进程中，选用虚拟仪器渠道软件Labview来构建QDPSK调制软件包。针对QDPSK调制进程中的各个模块树立了有四进制基带信号生成子模块、抽样判定子模块、门电路子模块、信道子模块、2PSK调制子模块、2DPSK调制子模块等相应的子VI，最终进行QDPSK调制体系的顶层规划，经过仿真成果来验证体系的合理性及功用[6]。

第三阶段，体系运用。在虚拟仪器的作业渠道上，经过前面板的规划和程序框图的编写，树立通讯原理教育辅佐体系，将其运用于讲堂教育，使学生能够了解各类通讯体系的作业进程，直观地看到通讯信号的时域波形和频域功率谱等，然后加深了学生的感性认识和爱好。教师在教育进程中引导学生自主学习和操作，让学生经过自己着手操作的进程体会到一个通讯体系模型的树立从开端规划到最终完结进程中所遇到的各种问题，加深学生对书本理论常识的认知并进步学生处理问题的才能，激起学生的学习主动性，促进学生按计划完结学习使命，然后到达既定的教育方针。endprint

（三）加强实践教育环节，添加试验教育的灵敏性

通讯原理课程的教材内容理论性偏强，学生比较难于了解，经过更新完善实践教育环节，添加试验教育的灵敏性，让学生带着问题学，加深学生对书本常识的了解。

该门课程的试验首要包含根底验证性、规划性和归纳性试验等。根底验证性试验部分包含模仿和数字调制两大类。其间，模仿调制部分首要有起伏调制（AM调幅调制与解调、DSB调制与解调、SSB调制与解调）和频率调制（FM调制与解调）两种办法；数字调制部分首要有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种办法。

在不改动课程试验学时的根底上，课程组教师对通讯原理课程的试验纲要进行了调整，削减了验证性试验的学时，添加了相应的归纳性试验的学时。对修订后的试验纲要的施行详细计划有如下几点。

榜首，关于根底验证性试验，可组织在相应的理论课教育完毕后进行，让学生“抓住时机”，加深对理论常识的形象。鼓舞学生运用课余时间对试验内容进行预习，规划前面板、编写程序框图并进行仿真，而在试验课上进行相关的硬件试验和软件仿真调试。

第二，将部分根底验证性试验和归纳性试验相结合，经过归纳性试验的展开来稳固加深对根底验证性试验内容的了解，这样不仅可削减根底验证性试验独自开设的学时，还能够让学生将多个根底验证性试验归纳运用，然后进步学生从整体上掌握通讯体系试验操作的才能。

第三，添加试验教育的灵敏性。除了用试验箱做硬件试验、用LabVIEW等软件渠道做虚拟试验之外，还能够组织学生到电子规划自动化（EDA）试验室做规划性试验。经过交融试验箱硬件渠道、EDA软件规划渠道和核算机仿真渠道，充分发挥各类试验渠道的长处，进步试验作用[7]。

以通讯原理课程为例，在电子信息类专业课程的教育进程中引进“虚拟试验室”作为辅佐手法，是在新形势下对该门课程的教育变革实践的测验，既能够将规划好的体系仿真模型运用到讲堂教育中，直观地在讲堂上演示仿真进程，也能够让学生自己规划通讯体系来进行仿真试验，添加试验教育的灵敏性，进步学生学习的自觉性和主动性，收到较好的教育作用。

参考文献：

[1]樊昌信.通讯原理：第6版[M].北京：国防工业出版社，

2011：221-225.

[2]朱向庆，曾辉，陈志雄.通讯原理课程教育变革的探究与

实践[J].黑龙江教育：高教研讨与评价，2011，（1）.

[3]张重雄.虚拟仪器技能剖析与规划[M].北京：电子工业

出版社，2007：214-218.

[4]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20程序规划[M].北京：清华

大学出版社，2007：102-123.

[5]刘保庆，张志平.依据虚拟仪器的通讯原理试验体系

[J].价值工程，2011，（4）.

[6]尹晓琦.依据虚拟仪器的QDPSK调制体系的模块化规划