通信类综合性实验构思与实现

提高学生的创新实践能力和综合素质，实验、实践教学发挥着极其重要的作用，高校各专业在实验教学内容上均增加了综合性、设计性实验，且综合性、设计性实验在整个实验教学体系中所占比例呈上升趋势［1－8］。综合性实验是构成创新教育体系和实验教学内容的重要元素。通过综合性实验课程的教学与引导，使学生在夯实基础理论、基本技能的同时，培养敏锐的观察能力、严谨的科学思维能力、系统的综合分析能力、高度的准确判断能力以及敢于创新、善于创新的勇气和能力。

1设计原则

综合性实验是在学生具有一定的专业基础知识和基本实验操作技能的基础上，综合运用某一课程或多门课程的知识对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性、开放性实验［9］。（1）综合性。综合性是实验案例设计的首要原则。学生在完成实验过程中必须将多门专业课甚至专业技术基础课的基本理论、基本操作技能有机地结合在一起，促进学生对知识和技能的综合应用。（2）实用性。案例要具有很强的实用价值。实验案例的设计采用当前主流的、重要的通信系统开发技术，学生可以通过综合性实验内容，切实掌握实用技能，提高就业能力，并为今后的工作打下坚实的基础。（3）趣味性。兴趣是最好的老师。综合性实验案例对学生要具有挑战性，而且必须是学生感兴趣的，最好是他们身边能够接触、感知的热点话题，或有待解决的实际问题等，激发学生的实验积极性和实验兴趣。学生可自主选择实验项目，变被动学习为主动学习。（4）可扩展性。综合性实验案例设计要具有可扩展性，可以根据学科建设、专业发展和学生培养的需要进行进一步扩展和优化。（5）体现“通信特色”，符合通信学科特点和专业培养要求。

2案例来源

在案例的设计和选择上既要体现综合性、创造性，能够培养学生的创新意识和实践能力，提高学生的综合素质，同时也要考虑到实验的课时安排和难度控制。因此，通信专业类综合性实验案例设计从以下4方面进行选材：（1）优质科研成果转化。学院承担大量的国家科研项目，可以将其中某些项目进行简化、修改、重组，转化成通信专业类综合性实验案例，从而将先进的科研成果打造为优质教学资源，实现基础与前沿、经典与现代的结合。（2）各类电子设计大赛题目改造。全国及各省、校级电子设计大赛中有很多具有创新性、前瞻性、实用性的方案可以经过适当修改，作为通信专业类综合性实验案例。学生可以通过这样的实验案例了解各级大赛的要求和特点，教师也可以在实验教学过程中，选拔优秀学生参加各级大赛，从而提高学生在电子大赛中的能力和水平。（3）选择各类电子制作期刊和报纸的有关科技论文的内容。科技论文通常是对本专业内最新的前沿科技的介绍、论述和总结，可以选择其中合适的内容进行改进，作为通信专业类综合性实验案例，使学生了解学科未来的发展方向和前沿技术。（4）对部分传统（基础）实验内容改革、优化、重组。传统（基础）实验多是单一内容的验证性实验，缺乏综合性，可以充分利用现有的实验平台和实验仪器，对实验内容和方案进行改革、优化、重组，从而设计出符合当前教学要求的综合性、设计性实验。

3案例设计

3．1系统组成基于上文所述的设计原则，本教改项目设计了数据采集及数据传输系统作为通信专业类综合性实验的一个案例。系统组成如图1所示。数据采集及数据传输实验系统由数据采集模块、数据处理及控制模块、数据传输模块、数据接收模块4部分组成。不同模块间选择不同的组合可以实现不同的实验项目及内容。数据采集模块由多种传感器或数据采集设备组成，可包括温度、湿度、压力、位移及测力称重等传感器或声音、图像等采集设备。数据处理模块采用单片机、FPGA或DSP等来完成，对数据采集模块进行控制，同时对采集到的数据进行分析和处理。数据传输模块可采用外部总线（如串口、并口等）、红外、蓝牙、射频、网络等数据传输方式，将经过处理的数据传输给接收端。数据接收模块主要实现人机交互等功能。

3．2系统分析由于通信专业类综合性实验要具有综合性、实用性、趣味性、可扩展性、通信特色等要素和特点，要求在实施过程中将传统的灌输式教学变为以学生为主体的探索式教学，教师更多的是起到实验实施过程的引导者和组织者作用。本实验系统综合运用了模拟电路、数字电路、信号与系统、数字图像处理、通信原理、无线通信、电磁场等多门通信类、电子类课程，运用了单片机、FPGA、DSP等技术进行硬件系统构建，运用了C语言、汇编语言、硬件描述语言等程序设计语言进行软件开发，如图2所示。使学生可以综合运用通信专业类的理论知识和专业技能。本系统采用的FPGA、DSP、蓝牙、射频、网络等技术均是当前通信行业内主流的重要的技术和方法。利用本系统的资源，学生可以自主选择并实现功能不同的图像监控、可视门铃、数字录音笔、电动玩具等生活中常见的电子设备和电子产品，激发学生的实验积极性和实验兴趣。本系统侧重于点对点数据通信与传输，各个模块不同的组合可实现不同的功能或产品，同时，本系统可以扩展为多种传感器和多种数据采集设备之间的协同与交互，形成传感器网络和Adhoc网络，实现组网通信，从而实现如目标定位、目标识别等更复杂的系统功能。

4结束语

我院通信专业类综合性实验还包括其他案例，比如无线环境监测系统、无线电遥控系统、单工无线呼叫系统等。在综合性实验运行过程中，4～5名学生组成一个团队，自主选择感兴趣的实验组合项目进行综合实验技能训练。在实验过程中，学生为主体，自主完成并管理实验，教师仅作宏观指导。评价实验效果需要面向实验实施过程，更注重学生在实验过程中解决所遇设计困难或瓶颈时的处理态度、创新思维和团队意识等。综上所述，通信专业类综合性实验可以更好地提高学生的专业综合素质，以及创新实践、自主学习、团队协作等方面的能力。