《光纤通信》课程实验

《光纤通信》课程实验（共12篇）

《光纤通信》课程实验 篇1

光纤通信是通信技术新的重要发展方向，与传统的通信技术相比具有信息容量大、抗电磁干扰、保密性好等明显的优势。上世纪90年代中后期以后，我国的光纤通信技术迅速发展，目前其已经成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。

光纤通信这一高新技术的发展，不仅需要通信领域的专业人士，而且需要大批光学和光电子领域的技术人员共同奋斗，因此，近年来我国许多高校的通信相关专业都陆续开设了光纤通信课程[1,2]。我校的光信息科学与技术专业为适应市场需求，结合本专业的特色，将《光纤通信》设立为专业必修课程，课程涵盖理论与实验两大部分。《光纤通信》是一门技术性较强的课程，开设实验的目的是让学生在系统学习光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法的基础上亲自动手，掌握光纤通信系统的基本组成和设计原理。实用化的光纤通信设备造价高昂，一般高校无法实现其基本配置，多数高校采用实验室适用的光纤通信实验箱作为主要实验设备。我校选用了众友科技有限公司设计研发的ZY12OFCom23BH1型光纤通信实验箱，该实验箱融合了当今的光通信技术发展的新技术和新器件，为学生理解光纤通信系统提供了较好的实验平台。

尽管采用光纤通信实验箱是目前解决开设《光纤通信》课程实验的最优方案，但是笔者经过多年的实践教学发现，以实验箱作为主要实验设备存在封装性强，不利于学生深入理解光纤通信系统组成与设计的弊病，有时学生在实验完成后还不清楚系统的基本原理。为此，笔者在实验中采用多媒体教学手段，以互动式教学形式为主，进行了教学试验。笔者以《视频光纤传输》实验为例，讲述了具体教学过程，希望为国内同行提供一种新的《光纤通信》课程实验教学模式，以弥补目前实验箱的教学缺憾，提高教学效果。

作为课程初期的一个基础实验，《视频光纤传输》的主要实验目的是让学生了解光纤通信系统的应用，并通过合理选取核心器件搭建能够传输视频的光纤系统。笔者将整个课程分为两个阶段，即基础实验阶段和提高实验阶段。其中，基础实验阶段为实验讲义中的基本内容，而提高实验阶段则需要发挥学生主观能动性设计实验步骤。

1. 基础实验阶段

课程首先展示学生熟悉的两个应用领域——电话和MSN聊天(见图1)。笔者通过明确这两个应用是在光纤通信系统中完成的，激发学生搭建系统的兴趣，进而提出本实验的目的和任务。

明确任务后，引导学生运用理论知识选择系统核心器件，图2所示即为通过电子课件展示出的需要搭建的系统原理图。对于发送端的器件选择包括信源、调制器和载波源。

第一步，笔者提问：请大家考虑信源该如何选择呢?信源的功能是把原始信号转换成电信号，今天我们的任务是传输视频，信源的作用就是采集视频流，大家想，我们应该选用什么设备作为信源呢?学生说出CCD、数码相机、摄像头等设备，于是笔者在实验配件箱中选择了小摄像头。第二步，笔者提问：调制器有两种——模拟调制器和数字调制器。大家知不知道小摄像头采集到的视频流，不经过任何处理，是模拟信号还是数字信号呢?学生根据已有知识回答：是模拟信号，于是笔者确定了选用模拟调制器。第三步，笔者提问：光纤通信系统中常用的载波源有哪些呢，在本实验中应该选择哪种呢?尽管学生知道LD和LED是系统常用载波源，但是出于性能的考虑，认为应该选择LD。这时笔者引导：LD的各项指标确实优于LED，但最好的是否是最适合的呢?想想我们这个实验需要传输的数据量的大小，需要传输的距离，等等。这时，学生理解了在该实验任务下选择LED是更恰当的。由此完成了发送端的器件选择。在接收端笔者也进行了同样的互动式教学，引导学生进行正确的选择。完成器件选择任务后，笔者在课件上展示本实验要用到的传输模块(见图3)，开始实验。

2. 提高实验阶段

为了考查学生对系统搭建的掌握情况，笔者又提出了进一步的实验要求：利用现有的设备，让图像传输在更远距离实现。这个实验任务在实验讲义中没有，学生只有真正理解了前述实验原理，才能完成这一任务。

在基础实验阶段，视频传输由于是在同一台实验箱上完成的，因此传输距离有限。根据笔者提出的要求，学生经过分组讨论后，得出了结论：将两台实验箱联用。学生一致认为可行，于是进行了实验验证。由于有了基础实验阶段的搭建经验，学生多数可以顺利搭建系统，完成视频传输实验。

在这个实验环节中，从实验设计到系统搭建都是学生独立完成的，学生一方面加强了对视频传输系统的理解，另一方面激发了探索欲，进而增强了掌握本门课程的信心。

通过对比试验，笔者发现本方法与直接给出实验步骤的传统教学方法相比有以下几点优势：(1)学生实验积极性明显提高;(2)学生在理论课堂上学习的基本理论得到了巩固和应用;(3)学生对如何选择器件、搭建光纤视频传输系统有更深入的理解。

总之，互动式教学在《光纤通信》课程实验中发挥了很好的作用，极大地弥补了实验环节呆板，学生只关注结果而不重视过程、对系统原理无法深入了解等问题。再配合多媒体教学手段，学生能清晰明了地完成实验任务，达到实验目的。

参考文献

[1]刘增基, 周洋溢, 胡辽林, 周绮丽.光纤通信[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[2]陈才和.光纤通信[M].北京:电子工业出版社, 2004.

《光纤通信》课程实验 篇2

物联网工程作为高校的新兴专业，如何提高学生实践能力，培养社会所需的专业人才已成为首要问题。文章从物联网通信技术课程实验教学现状与问题出发，提出了创新物联网通通信技术实验教学的策略。

一、物联网通信技术课程的特点

物联网是智能感知与识别技术、普适计算、云计算、泛在网络系统的融合应用，被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。物联网在智慧交通管理、智慧城市、国防军事、环境监测和医疗卫生等诸多领域具有十分广阔的应用前景。，物联网工程作为专业正式进驻高校，目前已有百余所高校开设了物联网工程专业，如何培养社会所需的物联网专业人才是至关重要的问题。

物联网本身并非仅是一门单纯的技术，而是一个复杂的系统，涵盖了多领域的技术与知识，融合多种异构通信技术和网络平台，所涉及的通信技术和标准众多，包括属于WPAN的蓝牙和IEEE 802.15.4、属于WLAN的wifi、属于蜂窝通信的GSM、GPRS和CDMA等技术，以及如何在这些技术的基础上构造网络架构与现有的因特网集成[2]。

物联网工程专业与传统专业不同之处即在于物联网专业更注重学生的创新、实践与协作能力的培养。物联网工程专业的性质也决定了实践教学成为该专业教学体系中不可或缺的重要环节。物联网通信技术作为物联网专业的专业基础课，为后期的传感器网络和硬件课程设计等课程奠定了基础，物联网通信技术实验直接影响后续课程的开展，为此实验教学的研究和探讨十分重要。

二、物联网通信技术实验教学现状

(一)师资力量薄弱

物联网通信技术课程以互联技术为主线，融合现有无线通信、移动网络等课程的相关内容和最新的前沿技术。因而，不仅需要实验教师具备扎实的理论基础，而且还要有较强的实践动手能力。而物联网工程专业作为新兴专业，全面掌握物联网技术的人员又非常少，再加上对实验教师的培养又不够，缺少参加培训和深造访学的机会，因而，实验教师师资力量薄弱严重影响了实验教学的开展。

(二)实验教学内容不一致

由于物联网通信技术包括的教学内容很多，如：各种短距离无线通信(蓝牙、Zigbee等技术)、蜂窝通信以及如何在这些技术的基础上构造统一开放的网络架构并与现有的因特网无缝集成[3]。如果将所有内容都泛泛地讲，学生很难真正地掌握每项技术，所以必须要有所侧重，各高校讲授内容的侧重点不同，实验教学内容也不一致。这里我们将重点放在无线通信原理和短距离通信技术上，需要在IEEE 802.15.4/Zigee的基础上设置相应的实验内容，使学生能够结合之前的课程，利用无线通信技术完成相应的功能，提高实践动手能力。

(三)实验室建设不完善

实验室作为物联网专业学生的实践平台，其实验设备和实验管理手段都具备一定的先进性和科学性，要充分发挥实验平台的功能。开设物联网通信技术实验，对实验环境要求较高，需要在各个传感器节点上做软件开发，而各硬件节点又极易出现各种问题，使得许多时间浪费在硬件检测上，为此需要加强对实验室的管理，确保每个硬件都正常运行。

三、物联网通信技术实验教学的改革与创新

为了进一步提高学生实践动手能力，培养出社会所需要的物联网专业人才，需要在实验教学中不断的探索与创新，下面从以下几个方面进行探讨。

(一)优化实验教学内容

从这几年的实验教学来看，这里采用总—分—总的方式来进行实验教学，具体各类型实验的内容如图1所示，将实验类型分为综合演示实验、基础实验和综合设计实验。为了激起学生学习兴趣，首先向学生演示一个物联网综合系统，让学生对整个实验效果有个整体的把握;其次再对系统中的各个实验进行操作，由于学生刚接触传感器节点，入手比较困难，这里采用先讲解主要接口函数和方法，在此基础上对其进行更改并完成相应的功能;最后，要求学生将所学到的知识综合到一起，完成一个综合型实验，通过zigbee无线通信完成网络拓扑的`绘制以及对各个传感器节点信息显示。

1、综合演示实验。

作为物联网通信技术课程的第一个实验，主要目的让学生对本课程有个整体的了解，激起学生学习的兴趣，因此在这个实验中，首先需要向学生介绍各个传感器节点的组成和作用，以及软件开发环境IAR，使学生对实验开发环境有所了解，在此基础上演示“物联网综合演示系统”，此演示系统可在PC机上通过zigbee技术对传感器节点进行管理和维护，通过数字和图表的方式，可多方位显示无线传感网的状态及控制传感网上的设备。

2.基础实验。

对于物联网通信技术的实验需要在实验箱上完成，各高校配备的实验箱不同，每种实验箱都有不同的核心板、不同的程序，但是基本原理是一致的。这里我们在硬件上使用CC2530作为实现嵌入式Zigbee应用的片上系统，学生需要在掌握CC2530工作原理的基础上，完成前两个基础实验，实现节点的串口通信和无线通信。

首先利用CC2530实现串口通信，由于许多实验的结果需要在PC机上显示，需要通过串口线将数据从传感器节点传到PC机串口，在这个实验中学生通过按传感器节点上不同的按键向PC机传送不同数据，同样，PC机也可通过串口线向传感器节点传送不同命令;其次利用CC2530的无线通信功能，完成两个或者多个传感器节点互传数据的功能，可令一个传感器节点作为发送端，发送操作命令，另一个传感器节点作为接收端接收命令完成相应功能。

由于物联网通信技术主要以讲解短距离、低成本、低功耗的zigbee无线通信技术为主，这里利用TI公司提供的Z-Stack协议栈完成相应无线通信实验。学生在掌握了Z-Stack协议栈的体系结构后，利用协议栈中提供的各种接口函数，完成相应的功能。首先利用Z-Stack完成传感器节点间的通信以及串口通信，由于有CC2530做基础，这个实验掌握起来要容易些;另外利用Z-Stack实现星状网络，获取节点的网络地址形成网络拓扑，为后续实验做好铺垫。

3.综合设计实验。

为了是实验内容更丰富，这里首先引用一个或多个传感器模块，进行数据采集，可将此部分的功能直接提供给学生，因为在后续的传感器原理课程中还要详细讲解数据采集的原理。有了这些基础实验，学生可完成一个综合性实验，可利用Z-Stack无线通信，将各个传感器节点采集到的数据以无线方式发送到协调器，协调器通过串口通信传到主机，在主机上对相应信息进行显示以及绘制网络拓扑，与此同时，主机可通过串口向传感器节点发送各种命令，完成控制功能。

(二)加强实验教学师资队伍建设

物联网工程专业作为新兴专业，很多都是新技术，物联网通信技术涵盖的内容又很广泛，需要教师不断地学习和探讨，为此可定期组织教师集体备课，讨论理论课和实验课的主要教学内容以及之间衔接问题。另外也可聘请有实际经验、有一定教学能力的企业技术人员对学生和教师进行实验培训，激发学生学习兴趣，提高教师业务水平。

(三)完善实验室建设

物联网通信技术实验课所需的实验设备主要包括各种传感器节点，这些部件具有体积小、易携带、易损坏等特性。因此，要对这些节点进行很好的管理，每位学生固定使用某些部件，可把这些部件贴上相应的标签，另外，需要配备额外的节点供学生使用，一是为了及时更换损坏的节点，二是供学生课后使用。也可设置开放实验室的时间，增加学生实践动手的时间和机会，充分发挥学生主观能动性和创新性，实现理论与实践的有机结合。

(四)创新实验教学模式与考核制度

物联网通信技术实验涉及的内容比较多，对学生的要求也很高，考虑到每个学生的基础不同，这里采用以小组为单位的实验教学。在一个小组中可能有的同学理论基础很扎实，有的同学编程能力比较强，这样他们可以互相学习，尽快地掌握相应技术，即培养了学生的合作能力，又提高了实验教学的效果。

对于成绩分布方面，物联网通信技术课程的总成绩应由理论成绩和实验成绩两部分组成，这里需要增加实验成绩的比例，提高学生对实验的重视程度，实验成绩至少需要站总成绩的30%。对于实验项目的考核，应更加注重学生的实际动手和研发能力，要杜绝拷贝抄袭的现象，为此不能采用传统的考核方式，需要制定新的考核方法。

对于学生的每个实验项目，应该从各个方面进行评价，包括实验课的课前预习情况、实验项目的运行情况和学生实际解决能力，对于在实验过程中勇于创新的学生，可将其实验项目作为范本进行演示，这样既给优秀学生提供了展示自己的机会，又大大激励了其他学生学习的兴趣。

光纤通信课程的改革方略 篇3

关键词：多媒体技术 课程整合 考试改9769

0 引言

通信技术专业学生将来主要从事通信领域的工作，而光纤通信技术已深入到社会生活的各个层面，成为现代社会重要的关键基础设施，通信产业也成长为国家的支柱产业。与此相适应，各高校均将光纤通信技术课程列为相关通信与信息类专业的专业必修课。该课程对于学生理解各种通信技术是至关重要的，其基本目标是掌握光纤通信技术的基本知识、基本原理、基本应用技能等。学生毕业后能够从事光纤数字通信设备的操作、维护、故障排查，以及简单的工程设计、施工等工作。以往该课程教学内容主要以课本为主，教学手段也主要采用老式的黑板加粉笔的传统方式，这些都不能满足现代大学教育的特点，特别是对于高速发展的通信技术，尤其不适合。基于以上原因，我们对光纤通信技术课程进行了改革，确立教学目标，优化课程内容，实施新的教学手段，以增强教学效果，以适应现代通信技术的发展。增加了同步数字光传输内容，尤其是结合已经组建的通信综合实验平台的ZH5002型光传输设备原理进行教学，增加了光纤通信这门课程的实用性，技术性，实践性。更加理论结合实践，这样可以加深对光纤通信真正意义上的理解。具体的改革思路如下：

1 加强学习、转变观念

观念是行动的灵魂，是实践的先导，教育观念的转变是课程的前提和基础，没有正确、先进的教育观念，就不会有自觉而有效的实践，一切先进的教育改革都是从先进的教育观念中生发出来的，而先进的教育观念来自不断的学习，因此，我把加强学习，转变教育观念作为我自己进行新课程改革的第一步，把新课程理念作为一切工作的指导。我对照新课程的要求，对自己的教学行为进行讨论反思。通过学习、讨论和反思，提高了认识，深刻地感到：课程改革是基础教育改革的核心内容，是推进素质教育的关键环节，是与21世纪人才培养目标相适应的必由之路。华南师范大学的黄甫全教授认为，信息技术与课程整合是指通过基于信息技术的课程研制，创立信息化课程文化。将信息技术融入到课程的整体中去，改变课程内容和结构，变革整个课程体系。将信息技术与课程整合等同于信息技术与学科教学整合，信息技术主要作为一种工具、媒介和方法融入到教学的各个层面中，包括教学准备、课堂教学过程和教学评价等。这种观点是目前信息技术与课程整合实践中的主流观点。也是我们这个课程改革的主线。

2 开发多媒体课件，改革教学手段

多媒体是一种把文本、图形、形象、视频图像、动画和声言等运载信息的媒体集成在一起，并通过计算机综合处理和控制的一种信息技术。多媒体技术是信息领域的又一次革命，不是多种媒体的简单组合，而是以计算机为中心来处理多种媒体信息的技术(计算机技术和视听技术)综合在一起组成多媒体系统，在教学上，它既能向学生快速提供丰富多彩的集图、文、声于一体的教学信息，又能为学生提供生动、友好、多样化的交互方式。

2.1 开发电子教案

以教学组为单位，在集体备课、充分讨论的基础上进行电子教案的设计，有着传统备课方式所无法比拟的优点。第一，便于教学内容的统一。以大纲为依据，采用统一的电子教案，可以进行教学内容、教学进度、考核内容、考核方式的统一。第二，可以避免不同任课教师对某些内容理解上的分歧。通信技术的发展异常迅速，对一些前沿的技术，不同教师对同一内容也许有不同的理解，在集体备课时，这些问题将得到深入地讨论，从而使得教师对这些问题有更深人的理解，业务素质得到更快的提高。第三，电子教案便于修改。光纤通信技术的发展日新月异，新技术层出不穷，在教学中需要不断的修改、添加新内容，在这一点上，电子文档有着普通文档无法比拟的优势。第四，便于资源共享，进行交流。电子教案可以在Internet上发布，方便进行资源的共享，也方便兄弟院校相关专业之间的交流。

2.2 信息技术与课程整合

教育教学过程是传播教育信息的过程，是传者（教师）借助一定的渠道（媒体）向受者（学生）传送一定的教育信息，從而引起学生思想、行为的变化的过程。[1]多媒体的出现，彻底改变了依靠“一本教材、一块黑板、一枝粉笔、一张嘴巴”的传统教学模式。现代教学正正运用多种教学媒体如书本、模型、挂图、幻灯、投影、录音、电视、录像、微机等及其与其配套的软件资料、在教师精心设计指导下，进行多媒体优化组合，使教学发挥多种媒体的优势，让学生接受形象、直观、生动、活泼的文字、图形、视频和音频等媒体信息，调动学生视觉和听觉功能同时发挥作用。现代多媒体教学容易激发学生的学习热情，引起学生学习兴趣，这对提高教学质量和教学效果将是一个很大的推动。

下面就抓几幅用Flash的形式讲解雪崩光电二极管的工作原理的例子。

把课程中的一些难理解的工作原理应用多媒体技术使学生从直观性、趣味性、形象性、深刻性和艺术性几个优势中取得突出的结果。

2.3 课程考试改革

《光纤通信》课是为通信类专业学生开设的专业基础课程，是为学生进一步学习后续专业课程打好基础的课程。以往本课程考试主要以理论考试为主（占60%），平时成绩为辅（占40%）的形式进行。但是我们发现除必要的光纤通信理论知识学习之外，实践性环节的教学是非常重要的，是培养学生良好的操作习惯和操作技能的必要环节。所以对《光纤通信》课程的考试方式进行改革，期末考试必须要有实践性环节考核内容，具体可采用平时实验成绩+操作技能考试成绩（占50%）的办法评定学生的实验成绩。平时成绩包括（考勤、作业、读书心得（备注：推荐学生阅读的四本书籍的读书心得））占10%，期末理论考试成绩占40%。

总之不同的课程有着不同的教学方法，而不同的时期的相同课程仍然有着不同的要求，对于走在时代前沿的光纤通信技术类的课程要求更加紧迫。这条课程改革的路程才刚刚起步。我们需要始终努力！

参考文献：

[1]魏彩萍.多媒体教学现状与改进的思考.辽宁高职学报.2006.(1).

光纤技术实验课程的优化探索 篇4

光纤通信技术和光纤传感技术已深入到社会生活的各个层面，相关系统已成为现代社会重要的关键基础设施，且随着实验室研究技术的发展，市场化的光纤产品不断推陈出新，具有前沿性和工程应用性紧密结合的特点。与光纤技术相关的专业课程教学是国内外院校光学工程类的重要课程设置之一，如清华大学、南开大学、华中科技大学、国防科技大学、香港理工大学、香港城市大学等，均开设了光纤技术类的课程，包括《光纤传感技术》《光纤通信技术》《光纤光学》等。作为一门具有明确工程应用背景的学科，实验教学是光纤技术授课的重要环节之一，许多院校均开设了光纤技术的相关实验。我校在本科生阶段的《光电技术实验》、研究生阶段的《高等光电技术实验》都安排了光纤技术实验，在相关专业课程讲授中还安排了若干演示实验。通过对授课对象在不同学习阶段理论知识水平和学习特点的分析，合理设置实验内容和实验方法，既培养了学生的动手能力，增强了学生对理论知识的理解，同时由于在课程整体上的优化设置，极大地激发了学生进行实验的兴趣，并提高了实验教学资源的利用率。

二、本科阶段的光纤技术实验课程设置

本科生阶段的光纤技术实验安排在大四学期，授课对象为光学工程专业的所有本科生。在这一阶段，部分学生已经选修了《光纤通信》、《光纤传感技术》等课程，对光纤有了初步的认知；但仍有一部分学生只具备光学专业课程基础，没有学习过专门的光纤课程。根据授课对象的这一特点，本科生阶段的光纤技术实验安排了三项内容：光纤的基本认知实验、光纤器件认知实验和简单的光纤通信系统实验。光纤的基本认知实验包括光纤端面切割与观察、光纤模场观察和光纤损耗测量三个部分。这一实验主要为观察实验，对学生的理论知识储备没有特殊的要求。通过在显微镜下直接观察光纤的端面结构、通光状态下光纤截面内的能量分布、测量光纤传导前后的光能量损失（损耗），学生对光纤这一特殊的波导建立起了直观的认知。光纤通信实验则采用集成电路箱，提供模块化的光收发装置，要求学生建立起必要的光纤连接，实现光纤的通信功能，从而加深对光纤通信系统各组成要素的深入了解。总结两个实验的特点可以看出，本科生阶段的光纤技术实验以认知实验为主，对学生动手搭建实验系统的能力要求较低，侧重点是通过直观地实物演示，使学生逐步建立起对光纤、光纤器件和光纤系统的直观印象。这一阶段的实验为学生日后可能的应用需求提供了丰富而系统的知识介绍，但在实验深度上不做过多要求。

三、研究生阶段的光纤技术实验课程设置

研究生阶段的光纤技术实验课程开设在第二学期，授课对象为光学工程专业的所有硕士研究生。在此阶段，由于学生在本科阶段对光纤已经有了基础的认知，同时通过《光电子学》《光纤光学》《光纤传感系统》等专业课程的基础，绝大部分学生已经对光纤系统的原理和特点有了深入的认识，因此这一阶段的实验课程难度增大，实验目的是培养学生动手搭建光纤系统的能力。研究生阶段的光纤技术实验课程包括四个实验：光纤基本实验、光纤器件实验和光纤系统实验。光纤基本实验包括光纤切割、熔接、损耗测量、数值孔径测量、空间耦合等多项内容，并根据学生动手能力的差异，部分实验内容要求必做，部分实验为扩展内容。在实验过程中安排光纤截面观察、模场测试等本科阶段已经完成的内容，一方面帮助学生回忆已经掌握的光纤实验要领，另一方面使学生深刻领会在光纤操作过程中的各种在线监测技术手段。与本科阶段的光纤器件实验不同，研究生阶段的光纤器件实验只包括一个器件：光纤耦合器。但在实验内容安排上，要求学生完成从空间光向光纤器件中的光耦合、测量光纤耦合器对不同波长和不同偏振态输入光的响应。与本科阶段的耦合器测量实验相比，研究生阶段的实验内容更加深入。通过这些实验安排，学生深刻领会了光纤器件的波长相关特性和偏振相关特性。光纤系统的实验包括光纤通信系统、光纤放大系统两个。其中光纤通信系统提供分立的光学和电学模块，要求学生在理解光纤通信原理的基础上自己采用所提供的电子元器件制作完成光收发模块；光纤放大系统实验同样要求学生利用分立的光纤器件搭建完整的系统并测量系统放大特性。对比本科生和研究生阶段的光纤技术实验可以看出，后者有三个特点：一是难度大大增加，做到真正以培养学生对光纤系统的深入认知、培养学生搭建光纤系统动手能力为目的。二是利用极少量的时间适当安排了对本科阶段已经进行的实验内容回顾，使学生在实验开始就能够找到成就感，激发学生完成所有实验的兴趣。三是实验内容充分考虑了个体差异，对于基础较好能力较强的同学我们提供了扩展实验内容，使其能力得到充分发挥。

四、专业课中的演示实验设置

对于光纤专业的学生，在本科生和研究生阶段都有许多专业课程可选择，在这些专业课程中适当加入课堂演示实验，对于加深学生对知识的理解效果是最明显的。我们在授课过程中充分考虑到这一特点，在每门专业课程讲授中都加入了1-2个课堂演示实验。与专门的实验课不同，课堂演示实验的侧重点在实验效果上，通常都是完整的光纤系统，包括光源、光传输链路、光接收模块、显示模块等等，并且注重显示效果。系统功能性明显，但结构复杂。在实验内容选择上，通常以便携式的工程化光纤系统为主。以研究生的《光纤传感系统》专业课程为例，我们选取了光纤光栅应变系统作为课堂演示实验内容，这套系统的光收发模块为集成化的便携式光纤光栅解调仪，采用法兰盘对接可建立起多个光纤传感串接阵列，解调信号直接显示在电脑程序界面中。通过这套系统，我们完整地演示了光纤传感器、光纤传输链路、光纤系统收发模块和光纤传感信号解调等多项知识内容，学生普遍反映通过这一演示实验对光纤传感系统有了清晰深刻的了解。

光纤技术类的实验课程贯穿了相关专业学生的本科生和研究生学期阶段，实验内容和实验方式的安排不当极易造成内容重复和资源浪费，达不到实验教学的目的，甚至有可能使学生产生反感心理，丧失对实验学习的兴趣。因此，对所有实验内容进行系统优化有着极其重要的作用。我校在近两年的教学改革中，对不同阶段开设的实验课内容和方式进行了系统优化。进行优化的三条原则是：根据授课对象的知识储备准备实验；根据授课对象的应用需求准备实验；根据授课课程的特点准备实验。根据这三条原则，我们的实验优化探索取得了较好的结果。实验授课内容的系统优化是一个长期的、循序渐进的过程，也是一项艰巨的任务，本文旨在对光纤技术类实验课程优化问题上进行有益的探索，期待抛砖引玉，加强与各位同行在这方面的交流。

摘要：光纤技术实验是现代光学实验的重要组成部分, 也是光纤技术课程的重要授课形式之一。我校在近两年的教学改革中, 对不同阶段开设的光纤技术实验课内容和方式进行了系统优化, 取得了较好的结果。本文详细分析了各阶段的实验特点, 并对光纤技术实验课程的优化原则进行了分析和总结。

关键词：光纤技术,实验课程,优化探索

参考文献

[1]孟洲, 胡永明, 姚琼, 宋章启, 张振慧.光纤传感技术研究生课程改革探讨[J].中北大学学报 (社会科学版) , 2007, 23 (2) :97-100.

[2]周建华, 邱琪, 周晓军.光纤通信实验教学改革探讨[J].电子科技大学学报社科版, 2003, 5 (2) :89-91.

[3]王叶, 余鲲, 王燕, 阎晓娜.光纤通信基础课程建设中的新思考和突破口[J].江西科学, 2005, 23 (4) :424-426.

[4]赵小兰, 《光纤传输技术》课程实验型教学探索[J].科教文汇, 2007, (06) :104.

[5]杨聚庆, 刘娇月.高职光纤通信课程实验教学探索与实践[J].实验室科学, 2007, (3) :134-135.

通信报告通信原理实验心得体会 篇5

091180024代岳 通信工程

众所周知，《通信原理》是电子、通信、计算机、自控和信息处理等专业的重要基础课，所以我们通信工程专业的同学在本学期除了平时要上每周2次，每次2节的通信原理理论课程外，还要上每周1次持续3个小时的实验课来帮助我们理解通信原理课的知识，使同学们掌握和熟悉通信系统的基本理论和分析方法，为后续的学习打下良好的基础。

在做本学期的实验前,我以为跟以往的电子类实验差不多，以验证为主，不会很难做,就像以前做物理实验一样,课上按照要求做完实验,然后课后两下子就将实验报告写完，下次课上一交，就OK了。直到做完本学期所有的通信原理实验时,我才知道其实并不容易做,因为自主设计占了很大一部分，需要查找资料和跟不断跟同学讨论问题来解决难点，但学到的知识与难度成正比,使我获益良多.首先，在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就很可能会听不懂,这将使我们在做实验时的难度加大,浪费课上完成实验的宝贵时间。比如做BPSK自行设计的实验,你要清楚BPSK系统的传输特性以及输入输出序列的原理,如果我们不清楚,在做实验时才去探索讨论,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半。同时，做实验时,一定要亲力亲为,不要钻空子，务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,最好能理解明白。在完成实验后,还要进行一定的复习和思考。只有这样,你的才会印象深刻,记得牢固。否则,过后不久，也许是半个学期，就会忘得一干二净,这是很糟糕的一种情况。在做实验时,老师还会根据自己的经验,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到通信原理实验的应用是那么的广泛，可以大大增强我们的探索的兴趣。

通信工程专业综合实验方案的探索 篇6

关键词：通信工程专业；应用型本科；综合实验

当今世界已步入飞速发展的信息时代。通信是现代信息社会的基础，是一门技术科学，为现代社会提供先进可靠的通信支持；同时它也是一门基础科学，是有关工程技术的理论基础，几乎渗透到所有科学和国民经济部门。应运而生的通信工程专业，是目前各高校的热门专业，有广阔的社会发展前景。

我校的通信工程专业还刚刚起步，要想在强手如林的高校群中占有一席之地，必须突出我校技术应用型本科院校的特色，对该专业的课程体系进行不断的探索，特别是实践类课程的探索。为适应现代科技的飞速发展，在激烈的就业竞争中立于不败之地，学生必须提高综合应用知识的能力。我们秉承加强理论教学和实践教学有机结合及灵活运用实验手段开展实践教学的理念，尝试搭建一类综合实验的平台，让学生经过系列专业课程学习后，以4～5人为一组，根据不同课题内容，利用两周时间把多门课程知识综合起来，融会贯通，将理论灵活应用到实践中进行综合实验，从而加深对知识的理解，提高动手实践能力，取得更好的教学效果，适应现代社会对“大专业、宽口径”人才的需求。

一、加强理论教学和实践教学的有机结合

淡化理论教学和实践教学的界限，将理论教学与实践教学有机地结合起来。

理论教学与实践教学各有侧重，但不是相互独立的，而是互相交叉融合的。实践教学不是理论教学的辅助和补充，而是理论教学的延伸以及创新素质培养的重要环节。

通信工程专业系统地学习了高等数学、信号与系统、数字信号处理、数字图像处理、信息压缩技术等课程，这些看似抽象的课程给学生的理解带来了一定困难，如果能找到一个合适的切入点，让学生将抽象的理论学习和具体的动手实践有机结合起来，相辅相成，牢固掌握知识，同时增强创新意识，那么教学效果就会事半功倍。为此，笔者设计了以下综合实验方案。

方案1：语音信号的采集、滤波、回放

为了巩固所学的信号与系统、数字信号处理等课程知识，使学生对声音信号的采集、处理、传输、显示和存储等过程有一个系统的理解和掌握，笔者精心安排综合实验的内容：借助PC机和Matlab仿真软件，录制一段个人语音信号，并对录制信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换法设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后根据设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱图，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号。

方案2：二维DCT变换编码压缩和解压缩

为巩固所学的数字图像处理、信息压缩技术等课程知识，使学生对图像信号的采集、处理、显示、存储、压缩、解压缩等过程有一个系统的理解和掌握，笔者精心安排综合实验的内容：借助PC机和Matlab仿真软件，先对一幅图像通过二维DCT变换、量化、游程编码进行压缩；然后通过游程解码、量化恢复、二维IDCT变换，进行解压缩；并对压缩前后的图像进行对比，分析图像的变化及压缩比和图像质量之间的关系。

二、灵活运用实验手段开展实践教学

淡化软件实验和硬件实验的界限，充分利用各种手段提高实践教学效率和效果。

信息技术日新月异，在实践教学中，在条件允许范围内，应充分而灵活地应用各种最新器件和芯片以及仿真软件和工具。即根据实验室的条件和课题内容的不同，能软则软，能硬则硬，或软硬结合。比如同样设计一个电路，可以让学生直接在实验箱上搭建调试，也可以让学生用仿真软件，在虚拟电子实验室的环境下进行仿真设计分析，或者让学生先用仿真软件设计电路，然后根据产生的PCB文件，由线路板刻制机对覆铜板进行钻孔、雕刻、割边，然后焊接元器件，并调试。

通信工程专业开设了电路、模拟电子、数字电子、通信电子线路、通信原理、电子工艺等课程，这些课程在开展理论教学的同时，也培养了学生一定的实验能力。在此基础上，要加强培养学生对知识的综合应用能力，针对不同内容，灵活运用合适的仿真软件或者硬件设备，进行综合实验，不仅系统掌握和运用知识，并且形成全局观念，在实践中锻炼创新意识。为此，笔者设计了以下方案。

方案1：PWM基带信号产生电路的仿真设计

为了巩固所学的电路、模拟电子、数字电子、通信原理等课程的知识，使学生对PWM基带数字信号的产生原理、分析处理等过程有一个系统的理解和掌握，初步具备仿真设计电路、测试分析电路的能力，笔者精心安排综合实验的内容：首先，理论分析多谐振荡器产生PWM基带数字信号的基本原理；接着，用相关仿真软件（Orcad、Protel）绘制电路原理图；然后，进行电气检查；最后，加入信号、调节参数对电路进行仿真分析。

方案2：PWM基带信号产生电路的PCB实现

为巩固所学的电路、模拟电子、数字电子、通信原理、电子工艺等课程的知识，使学生对PWM基带数字信号的产生原理、分析处理等过程有一个系统的掌握和理解，初步具备仿真设计电路，同时借助硬件设备进行PCB实现的能力，笔者精心安排综合实验的内容：首先，理论分析多谐振荡器产生PWM基带数字信号的基本原理；接着，用Protel软件仿真设计PWM基带信号产生电路，并产生PCB文件；然后，根据PCB文件，利用线路板刻制机对覆铜板进行钻孔、雕刻、割边；最后，选定元器件，并进行焊接、调试。

三、方案总结

选择综合实验方案的过程，始终贯穿以下原则：

1.实验的应用性

由于信号与系统、数字信号处理、数字图像处理、《信息压缩技术》等课程比较抽象，学生在长时间的枯燥课堂教学之后，特别渴望知道：这门课用在哪里？他们的物理概念究竟体现在哪里？针对学生的这种心理，在实验的设计过程中要把握好应用性原则，与实际生产和生活相联系，才能满足学生的求知欲。

2.实验的兴趣性

兴趣是最好的老师，这也是设计实验的一个很重要的原则。应尽量挑选学生感兴趣的内容，使设计的结果看得见、摸得着，比如对自己话音的采集、滤波、回放就这样的一个例子。

3.实验的综合性

让学生能综合运用多门课的内容，并融会贯通，同时借助一定的软硬件进行综合设计。比如PWM基带信号产生电路的PCB实现这个方案，就能让学生结合多门课的知识，从根据电路性能设计原理电路开始，然后利用仿真软件进行仿真分析，最后利用硬件设备进行制板，从而完成一整套系统的设计过程。

四、小结

笔者对传统的单一的课程实验进行改革，逐渐探索并总结出综合的实验设计方案。结合通信工程专业的特点、学生的实际情况以及实验设备的配置情况，合理设置综合实验的内容，既联系理论，使学生综合运用多门课程的知识，又重视实际，让学生带着兴趣进行实践，并在实践中锻炼学生的创新意识，取得了不错的成效。

参考文献：

[1]薛亚茹.提高信号与系统课程设计综合性的初步探索[J].电气电子教学学报，2006（4）.

[2]冯彦君，靳鸿，章晓眉.应用MATLAB分析语音信号[J].光电技术应用，2011，26（3）.

[3]毕厚杰，王健.新一代视频压缩编码标准——H.264/AVC（第二版）[M].北京：人民邮电出版社，2009.

《光纤通信》课程实验 篇7

“通信原理”是高等院校通信工程、电子信息工程等信息类专业非常重要的专业理论基础课, 它可使学生了解通信的基本概念、掌握通信系统的基本结构和原理, 并为通信专业的后续课程的学习打好坚实的理论基础。但该课程的特点是内容丰富、概念抽象、理论性强, 需要许多先修课程, 如《概率论》、《信号与系统》、《通信电子线路》等, 许多内容概念抽象、公式推导多, 使学生对该课程的理解较为困难, 所以学起来就会比较吃力, 因此, 《通信原理》课程对理论联系实际的要求是非常高的, 通信原理实验教学是该课程教学的重要组成部分, 完善有力的实验教学可在很大程度上起到良好的辅助作用, 帮助学生更好地理解该课程的内容。

2 现有实验模式的弊端

目前, 该课程的实验教学主要围绕现有的实验箱展开, 可做的实验个数有限, 且大多是验证个别知识点的验证性实验, 缺乏综合性和设计性实验;另外, 因为受到场地和资金的限制, 实验台套数受限, 学生做实验时一个实验需分3-4组, 每组至少2-3人, 所以他们的动手能力大大受限, 并且实验箱能做的实验模块本身基本已搭建完成, 学生需做的仅仅是连几条线, 或者不需连线来观察一下波形即可, 这也限制了它们动手能力的发展;此外, 通信技术日新月异, 新的技术不断产生, 而现有的实验箱很难满足学生对这些新技术的研究需要。因此, 对通信原理课程实验教学的改革迫在眉睫。

3 多平台实验模式改革

本文提出一种多平台实验模式“实验箱+计算机仿真+EDA技术”, 这三种平台各有优缺点, 灵活地利用它们, 将会很好地解决目前实验教学中存在的诸多问题。

3.1 实验箱

利用实验箱做实验效果感受比较直观, 比较适合于验证性实验, 有利于学生深入理解通信原理的单个知识点, 是进行更高级实验的基础。但对于综合性和设计性实验来说, 其灵活性和可操作性不强, 并且, 它还具有如前面内容所述的许多弊端。所以它的应用范围受限, 但也是一个不可或缺的实验平台。

3.2 计算机仿真

计算机软件仿真平台可大大提高实验内容的设计性, 提高了学生的自主学习能力, 实现了软硬件相结合的实践教学, 比较适合于设计性和综合性实验, 另外, 该平台的引入, 不但极大地缓解了实验室硬件设备资金投入方面的压力, 而且消除了由于通信设备发展迅速, 实验室设备面临不断更新的后顾之忧。此外, 该平台不仅可以作为实验教学的有力补充, 也可生动地展现波形, 从而用于辅助理论教学。

常用的仿真软件有System View和Matlab。其中System View是一个信号级的系统仿真软件, 在该软件环境下设计搭建系统然后仿真其通信过程, 比较适合各类大小的通信系统的仿真, 所以对综合性和设计性实验都比较适合。Matlab也可以灵活地仿真许多通信系统, 通过改变某些参数来观察通信系统的性能, 加深学生对知识的理解, 从而可以获得较好的教学效果, 尤其是Matlab中Smulink的通信部分, 几乎把常用的调制技术都已经封装成了具体的模块, 便于我们直接拿来搭建系统进行仿真。

利用计算机仿真进行实验教学虽有以上诸多优点, 但是仿真实验不如实物实验那样感觉真实直观, 所以该平台也只能作为实验教学的重要组成部分, 而不能作为全部。

3.3 EDA技术

EDA是以计算机为工作平台、以硬件描述语言 (VHDL) 为设计语言, 以可编程器件 (CPLD/FPGA) 为实验载体, 以ASIC/SOC芯片为目标器件来进行必要的元件建模和系统仿真的电子产品自动化设计过程。主要过程是利用计算机在MAX+PLUSⅡ环境下, 利用VHDL语言对要实现的通信电路编程, 然后将程序通过下载电缆加载到CPLD FPGA芯片中去再用示波器和频率计等完成外部测量。应用EDA技术, 在同样的硬件平台上, 加载不同的程序, 可实现不同的电路功能。

该实验平台可充分锻炼学生的综合能力, 且可通过硬件观察结果, 感觉真实直观。但该实验平台对学生的基础要求较高, 并且完成一个实验耗时较多, 所以它比较适合一些课时较多的实验, 或是实验教学之外的其他的实践教学, 如生产实习、毕业设计等, 另外, 该平台应用时最好和别的平台结合着用。

4 实验内容及手段改革

因为传统的实验模式仅有实验箱一种平台, 而它只适合做验证性实验, 所以以往的实验内容多是验证性的, 大大限制了学生的动手能力和通信系统的综合设计能力, 所以上述多平台的实验模式提出后, 相应的实验内容也要随之改动, 应该增加设计性和综合性实验的比重, 不同的实验内容灵活地选择实验平台来完成, 即为实验手段的改革。

验证性的实验应选择实验箱平台或计算机仿真平台, 设计性的实验应选择计算机仿真平台或EDA平台, 综合性的实验应采用计算机仿真平台和EDA平台相结合的方法, 难度大到一定程度的设计性或综合性实验, 可用作其它实践教学的内容。

5 结束语

该多平台实验模式不仅能高质量的完成该课程的实验教学, 还能完成课程设计、生产实习、毕业设计等其它实践教学, 并大大提高学生的动手能力和通信系统的综合设计能力。此外, 该模式成功应用于“通信原理”课程后, 也可推广于其它的课程。S

摘要：针对通信原理课程地位及特点决定的其实验的重要性, 以及目前通信原理实验模式存在的种种弊端, 提出一种多平台实验模式“实验箱+计算机仿真+EDA技术”, 它不仅能高质量的完成该课程的实验教学, 还能完成课程设计、生产实习、毕业设计等其它实践教学, 此外, 该模式也可推广于其它的课程。

关键词：通信原理实验,多平台实验模式,实验教学,实践教学

参考文献

[1]刘小群, 周云波.EDA技术在通信原理实验中的应用[J].科技广场, 2009, 9.

[2]孙爱晶, 张明远, 刘毓.软件仿真平台在通信原理实验教学改革中的实践[J].中国现代教育装备, 2009, 7.

[3]金小萍.融多种实验平台和方法于通信原理的实验教学中//全国高等学校电子技术研究会论文集[M].2008, 7.

《光纤通信》课程实验 篇8

物联网是智能感知与识别技术、普适计算、云计算、泛在网络系统的融合应用,被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。物联网在智慧交通管理、智慧城市、国防军事、环境监测和医疗卫生等诸多领域具有十分广阔的应用前景。2011 年,物联网工程作为专业正式进驻高校,目前已有百余所高校开设了物联网工程专业,如何培养社会所需的物联网专业人才是至关重要的问题。物联网本身并非仅是一门单纯的技术,而是一个复杂的系统,涵盖了多领域的技术与知识,融合多种异构通信技术和网络平台,所涉及的通信技术和标准众多,包括属于WPAN的蓝牙和IEEE 802.15.4、属于WLAN的wifi、属于蜂窝通信的GSM、GPRS和CDMA等技术,以及如何在这些技术的基础上构造网络架构与现有的因特网集成[2]。

物联网工程专业与传统专业不同之处即在于物联网专业更注重学生的创新、实践与协作能力的培养。物联网工程专业的性质也决定了实践教学成为该专业教学体系中不可或缺的重要环节。物联网通信技术作为物联网专业的专业基础课,为后期的传感器网络和硬件课程设计等课程奠定了基础,物联网通信技术实验直接影响后续课程的开展,为此实验教学的研究和探讨十分重要。

二、物联网通信技术实验教学现状

(一)师资力量薄弱

物联网通信技术课程以互联技术为主线,融合现有无线通信、移动网络等课程的相关内容和最新的前沿技术。因而,不仅需要实验教师具备扎实的理论基础,而且还要有较强的实践动手能力。而物联网工程专业作为新兴专业,全面掌握物联网技术的人员又非常少,再加上对实验教师的培养又不够,缺少参加培训和深造访学的机会,因而,实验教师师资力量薄弱严重影响了实验教学的开展。

(二)实验教学内容不一致

由于物联网通信技术包括的教学内容很多,如:各种短距离无线通信(蓝牙、Zigbee等技术)、蜂窝通信以及如何在这些技术的基础上构造统一开放的网络架构并与现有的因特网无缝集成[3]。如果将所有内容都泛泛地讲,学生很难真正地掌握每项技术,所以必须要有所侧重,各高校讲授内容的侧重点不同,实验教学内容也不一致。这里我们将重点放在无线通信原理和短距离通信技术上,需要在IEEE 802.15.4/Zigee的基础上设置相应的实验内容,使学生能够结合之前的课程,利用无线通信技术完成相应的功能,提高实践动手能力。

(三)实验室建设不完善

实验室作为物联网专业学生的实践平台,其实验设备和实验管理手段都具备一定的先进性和科学性,要充分发挥实验平台的功能。开设物联网通信技术实验,对实验环境要求较高,需要在各个传感器节点上做软件开发,而各硬件节点又极易出现各种问题,使得许多时间浪费在硬件检测上,为此需要加强对实验室的管理,确保每个硬件都正常运行。

三、物联网通信技术实验教学的改革与创新

为了进一步提高学生实践动手能力,培养出社会所需要的物联网专业人才,需要在实验教学中不断的探索与创新,下面从以下几个方面进行探讨。

(一)优化实验教学内容

从这几年的实验教学来看,这里采用总—分—总的方式来进行实验教学,具体各类型实验的内容如图1 所示,将实验类型分为综合演示实验、基础实验和综合设计实验。为了激起学生学习兴趣,首先向学生演示一个物联网综合系统,让学生对整个实验效果有个整体的把握;其次再对系统中的各个实验进行操作,由于学生刚接触传感器节点,入手比较困难,这里采用先讲解主要接口函数和方法,在此基础上对其进行更改并完成相应的功能;最后,要求学生将所学到的知识综合到一起,完成一个综合型实验,通过zigbee无线通信完成网络拓扑的绘制以及对各个传感器节点信息显示。

1.综合演示实验。作为物联网通信技术课程的第一个实验,主要目的让学生对本课程有个整体的了解,激起学生学习的兴趣,因此在这个实验中,首先需要向学生介绍各个传感器节点的组成和作用,以及软件开发环境IAR,使学生对实验开发环境有所了解,在此基础上演示“物联网综合演示系统”,此演示系统可在PC机上通过zigbee技术对传感器节点进行管理和维护,通过数字和图表的方式,可多方位显示无线传感网的状态及控制传感网上的设备。

2.基础实验。对于物联网通信技术的实验需要在实验箱上完成,各高校配备的实验箱不同,每种实验箱都有不同的核心板、不同的程序,但是基本原理是一致的。这里我们在硬件上使用CC2530 作为实现嵌入式Zigbee应用的片上系统,学生需要在掌握CC2530 工作原理的基础上,完成前两个基础实验,实现节点的串口通信和无线通信。首先利用CC2530 实现串口通信,由于许多实验的结果需要在PC机上显示,需要通过串口线将数据从传感器节点传到PC机串口,在这个实验中学生通过按传感器节点上不同的按键向PC机传送不同数据,同样,PC机也可通过串口线向传感器节点传送不同命令;其次利用CC2530 的无线通信功能,完成两个或者多个传感器节点互传数据的功能,可令一个传感器节点作为发送端,发送操作命令,另一个传感器节点作为接收端接收命令完成相应功能。

由于物联网通信技术主要以讲解短距离、低成本、低功耗的zigbee无线通信技术为主,这里利用TI公司提供的Z-Stack协议栈完成相应无线通信实验。学生在掌握了Z-Stack协议栈的体系结构后,利用协议栈中提供的各种接口函数,完成相应的功能。首先利用Z-Stack完成传感器节点间的通信以及串口通信,由于有CC2530 做基础,这个实验掌握起来要容易些;另外利用Z-Stack实现星状网络,获取节点的网络地址形成网络拓扑,为后续实验做好铺垫。

3.综合设计实验。为了是实验内容更丰富,这里首先引用一个或多个传感器模块,进行数据采集,可将此部分的功能直接提供给学生,因为在后续的传感器原理课程中还要详细讲解数据采集的原理。有了这些基础实验,学生可完成一个综合性实验,可利用Z-Stack无线通信,将各个传感器节点采集到的数据以无线方式发送到协调器,协调器通过串口通信传到主机,在主机上对相应信息进行显示以及绘制网络拓扑,与此同时,主机可通过串口向传感器节点发送各种命令,完成控制功能。

(二)加强实验教学师资队伍建设

物联网工程专业作为新兴专业,很多都是新技术,物联网通信技术涵盖的内容又很广泛,需要教师不断地学习和探讨,为此可定期组织教师集体备课,讨论理论课和实验课的主要教学内容以及之间衔接问题。另外也可聘请有实际经验、有一定教学能力的企业技术人员对学生和教师进行实验培训,激发学生学习兴趣,提高教师业务水平。

(三)完善实验室建设

物联网通信技术实验课所需的实验设备主要包括各种传感器节点,这些部件具有体积小、易携带、易损坏等特性。因此,要对这些节点进行很好的管理,每位学生固定使用某些部件,可把这些部件贴上相应的标签,另外,需要配备额外的节点供学生使用,一是为了及时更换损坏的节点,二是供学生课后使用。也可设置开放实验室的时间,增加学生实践动手的时间和机会,充分发挥学生主观能动性和创新性,实现理论与实践的有机结合。

(四)创新实验教学模式与考核制度

物联网通信技术实验涉及的内容比较多,对学生的要求也很高,考虑到每个学生的基础不同,这里采用以小组为单位的实验教学。在一个小组中可能有的同学理论基础很扎实,有的同学编程能力比较强,这样他们可以互相学习,尽快地掌握相应技术,即培养了学生的合作能力,又提高了实验教学的效果。

对于成绩分布方面,物联网通信技术课程的总成绩应由理论成绩和实验成绩两部分组成,这里需要增加实验成绩的比例,提高学生对实验的重视程度,实验成绩至少需要站总成绩的30%。对于实验项目的考核,应更加注重学生的实际动手和研发能力,要杜绝拷贝抄袭的现象,为此不能采用传统的考核方式,需要制定新的考核方法。对于学生的每个实验项目,应该从各个方面进行评价,包括实验课的课前预习情况、实验项目的运行情况和学生实际解决能力,对于在实验过程中勇于创新的学生,可将其实验项目作为范本进行演示,这样既给优秀学生提供了展示自己的机会,又大大激励了其他学生学习的兴趣。

物联网通信技术课程作为物联网工程专业主干课程,物联网通信技术实验课程作为硬件综合设计实验的基础,其实验效果直接影响后续课程的开展,为了进一步提高学生实践动手能力,我们需要在实践中不断探索、总结经验,建立起一套完善的实验教学体系。本文针对物联网通信技术实验教学环节中存在的不足,从实验教学内容、实验师资建设、实验室建设、实验教学模式和考核方面进行了分析,希望能为各高校物联网通信技术课程提供一些参考。

摘要：物联网工程作为高校的新兴专业,如何提高学生实践能力,培养社会所需的专业人才已成为首要问题。文章从物联网通信技术课程实验教学现状与问题出发,提出了创新物联网通通信技术实验教学的策略。

关键词：物联网通信技术,实验教学,教改方法

参考文献

[1]安健,桂小林,杨麦顺.物联网工程专业实验教学初探[J].实验室研究与探索,2014,(33).

[2]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育,2010,(16).

《光纤通信》课程实验 篇9

以通信原理课程为例, 该门课程是高校电子信息类学科专业的必修主干课程。理论教学着眼于通信系统基本概念的讲解, 其教材内容理论分析严谨, 涉及概率统计和信号变换的相关知识, 逻辑性较强, 学生比较难以理解[1,2], 因此, 必须辅之以实践环节来加深对通信理论的理解。传统的做法是借助于实验箱、示波器、信号测试仪等硬件实验设备来完成, 实验项目大多是由固化在实验箱里的程序来完成的, 而且项目有限, 若要增加新的实验内容, 则需重新购买实验模块。学生在做实验的过程中, 按部就班地按实验步骤操作, 观察固定的实验结果。这样一成不变的实验模式, 忽略了对学生创造力的培养。针对上述教学过程存在的问题, 提出了建立“虚拟通信实验室”的构想, 既可以让学生自己设计通信系统来仿真, 也可将系统仿真模型应用到课堂教学中, 直观地在课堂上演示仿真的过程, 提高教学效果。

一、虚拟实验室的内涵与应用现状

虚拟实验室是指由计算机网络技术、计算机仿真技术和虚拟仪器技术等综合生成的实验系统, 可通过软件编程来模拟实际仪器, 在计算机上虚拟出各种功能的实验仪器 (例如:函数发生器、示波器、万用表等) , 用户也可以根据需要自己设计和定义各种仪器[3]。实验人员可以像在实际环境中一样完成各个实验项目, 所获得实验效果甚至比在真实环境中所取得的还要好。

在国外, 虚拟实验室的应用已十分普及。作为最早提出虚拟实验室概念的美国, 从一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发, 在很多大学里的普及应用也非常广泛。其中, 麻省理工学院于1998年开发了网络远程实验室并投入使用, 它提供了微电子学、电路设计两门课程的实验教学, 学生可以在个人电脑上设计各种电路模型, 然后通过测试设备来获取测试数据, 验证自己的设计。美国的另一所大学俄勒冈大学物理系开发了物理实验网站, 在网站上创建了力学、热学、天体物理及能量与环境等几十种虚拟实验。

近年来, 国内有很多高校都根据各自的科研和教学现状创建了一些虚拟实验室。中国科技大学研究并开发了几何光学设计实验平台、物理仿真实验软件及大学物理虚拟实验教学系统;浙江大学以VRML为基础开发虚拟实验环境, 创建了基于Web的虚拟化学实验系统, 并实现了虚拟实验环境中的人机交互;同济大学则建成了虚拟现实实验室, 可对建筑景观和结构来实现虚拟仿真。

二、通信原理课程虚拟实验平台的创建

Lab VIEW是一种图形化的虚拟仪器开发环境, 使用图形化编辑语言G编写程序, 产生的程序是框图的形式。它将软件和各种不同的测量仪器硬件和计算机集成在一起, 建立虚拟仪器系统[4]。在通信原理虚拟实验平台的创建过程中, 需要利用高效灵活的虚拟仪器仿真软件Lab VIEW来完成各种测试。

(一) 优化教学内容, 为理论教学创建辅助平台

在教学辅助系统使用的过程中, 以学生为主体, 教师起指导作用。教师负责创设学习的资源和协作学习的环境。课题组选取合适的教学演示模块是教学成功的关键, 必须是学生感兴趣的且能够让学生直观、易懂的。教学演示模块既要和教学内容紧密结合, 又要能够调动学生学习的积极性, 且由易到难地逐步渐进, 同时又要有一定的设计空间, 让学生能运用学过的虚拟仪器知识在已有教学演示模块的基础上创造发挥, 扩展其功能。

(二) 改革教学方法, 分阶段实施辅助平台教学

将虚拟平台辅助教学法融入通信原理课程的教学过程, 具体实施步骤如下。

第一阶段, 系统建模。结合通信原理的基础理论知识, 对课堂讲授的内容进行总体规划, 在虚拟仪器工作平台上紧密联系教学内容, 并采用层次化的设计方法进行总体架构的建模。通信原理的课程教学主要围绕模拟通信系统和数字通信系统两大类展开讨论, 而两类系统中各自也涉及了多个章节的理论内容。以数字通信系统为例, 总体上包括了信源的模数转换、数字调制与解调、同步技术、纠错编码及信道噪声等多个模块, 而每个模块又涉及不同的理论章节, 可进一步细化为不同形式的子模块。例如:数字调制模块可以分为振幅键控 (ASK) 、频率键控 (FSK) 、相移键控 (PSK) 等调制方式, 每种调制方式分别对应一个子模块。

第二阶段, 系统设计。根据系统的功能要求, 利用虚拟仪器技术, 采用模块化的设计方法, 按层次设计系统的模型和用户界面。在设计过程中, 将信号源控件、信号处理控件和信号显示控件等与用户交互的空间嵌入到系统的总体框图中, 紧密联系课程教学内容, 编写程序框图, 完成相应前面板界面的设计, 使得类似的信号波形可以在同一个显示控件中显示[5]。

例如:在数字通信系统中, 采用QDPSK的方式对信道编码产生的数字信号进行载波调制, 在设计相应的调制模块的过程中, 采用虚拟仪器平台软件Labview来构建QDPSK调制软件包。针对QDPSK调制过程中的各个模块建立了有四进制基带信号生成子模块、抽样判决子模块、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, 最后进行QDPSK调制系统的顶层设计, 通过仿真结果来验证系统的合理性及功能[6]。

第三阶段, 系统应用。在虚拟仪器的工作平台上, 通过前面板的设计和程序框图的编写, 建立通信原理教学辅助系统, 将其应用于课堂教学, 使学生能够了解各类通信系统的工作过程, 直观地看到通信信号的时域波形和频域功率谱等, 从而加深了学生的感性认识和兴趣。教师在教学过程中引导学生自主学习和操作, 让学生通过自己动手操作的过程体会到一个通信系统模型的建立从开始设计到最后实现过程中所遇到的各种问题, 加深学生对书本理论知识的认知并提高学生处理问题的能力, 激发学生的学习主动性, 促使学生按计划完成学习任务, 从而达到既定的教学目标。

(三) 加强实践教学环节, 增加实验教学的灵活性

通信原理课程的教材内容理论性偏强, 学生比较难于理解, 通过更新完善实践教学环节, 增加实验教学的灵活性, 让学生带着问题学, 加深学生对书本知识的理解。

该门课程的实验主要包括基础验证性、设计性和综合性实验等。基础验证性实验部分包括模拟和数字调制两大类。其中, 模拟调制部分主要有幅度调制 (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) 两种方式;数字调制部分主要有振幅键控 (ASK) 、频移键控 (FSK) 和相移键控 (PSK) 三种方式。

在不改变课程实验学时的基础上, 课程组教师对通信原理课程的实验大纲进行了调整, 减少了验证性实验的学时, 增加了相应的综合性实验的学时。对修订后的实验大纲的实施具体方案有如下几点。

第一, 对于基础验证性实验, 可安排在相应的理论课教学结束后进行, 让学生“趁热打铁”, 加深对理论知识的印象。鼓励学生利用课余时间对实验内容进行预习, 设计前面板、编写程序框图并进行仿真, 而在实验课上进行相关的硬件实验和软件仿真调试。

第二, 将部分基础验证性实验和综合性实验相结合, 通过综合性实验的开展来巩固加深对基础验证性实验内容的理解, 这样不仅可减少基础验证性实验单独开设的学时, 还可以让学生将多个基础验证性实验综合应用, 从而提高学生从总体上把握通信系统实验操作的能力。

第三, 增加实验教学的灵活性。除了用实验箱做硬件实验、用Lab VIEW等软件平台做虚拟实验之外, 还可以安排学生到电子设计自动化 (EDA) 实验室做设计性实验。通过融合实验箱硬件平台、EDA软件设计平台和计算机仿真平台, 充分发挥各类实验平台的优点, 提高实验效果[7]。

以通信原理课程为例, 在电子信息类专业课程的教学过程中引入“虚拟实验室”作为辅助手段, 是在新形势下对该门课程的教学改革实践的尝试, 既可以将设计好的系统仿真模型应用到课堂教学中, 直观地在课堂上演示仿真过程, 也可以让学生自己设计通信系统来进行仿真实验, 增加实验教学的灵活性, 提高学生学习的自觉性和主动性, 收到较好的教学效果。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理: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.通信原理课程教学改革的探索与实践[J].黑龙江教育:高教研究与评估, 2011, (1) .

[3]张重雄.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京:电子工业出版社, 2007:214-218.

[4]陈锡辉, 张银鸿.LabVIEW8.20程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2007:102-123.

[5]刘保庆, 张志平.基于虚拟仪器的通信原理实验系统[J].价值工程, 2011, (4) .

[6]尹晓琦.基于虚拟仪器的QDPSK调制系统的模块化设计[J].电测与仪表, 2010, (12) .

光纤通信实验教学的探索与实践 篇10

光纤通信实验包含的内容很多, 涉及通信原理、激光原理、半导体学、数字信号等多门课程[4], 因此, 加强光纤通信实验, 增强了专业课程之间的关联性和系统性, 必将成为“应用型复合型人才”培养的有力抓手。但是, 学生的知识结构和层次不尽相同, 很多学生感到很难掌握。基于此, 本文结合多年来常州工学院的实践经验, 探讨在有限的时间、人力和财力的情况下, 在地方高校中如何有针对性地开展这门实验课程。

一、存在的主要问题

(一) 教学实验仪器落后, 实验项目不全

目前, 常州工学院所用的光纤通信实验仪器是天津市拓普仪器有限公司的WGX-6型光纤信息与光通信实验系统, 以及湖北众友科技有限公司生产的综合实验台, 均为模块化设计的产品, 其操作简单, 成功率高, 但是不能根据学生的想法自主实验, 加之本领域发展很快, 部分实验明显落后。此外, 部分模块不能正常使用, 且维修困难, 这就造成能有些实验项目难以开展, 难以达到该实验该有的教学效果。

由于光网络设备一般比较贵, 国内有主要技术的厂家主要是一些大型公司, 如华为[5], 这些公司对实习生的入门门槛要求比较高, 地方高校的学生进入这些公司实习难度较大。

(二) 实验课时较少, 实验安排不够合理

随着社会的发展和科技的进步, 各种学科的交叉性和综合性日益明显, 各高校也强调专业的宽口径和职业的迁移能力, 开设的课堂教学内容越来越多, 导致实验课时相对减少。同时, 地方高校教师匮乏, 每一位教师所带学生较多, 实验课时间有限, 往往要求同一学生在几节课内, 同时完成几个实验, 或多个学生交替完成同一个实验。从表面上看, 这样节约了师生的时间, 但结果是学生仅仅匆忙完成了实验, 但没有思考, 更谈不上师生之间的深入探讨。

(三) 认识程度不够, 实验沦为副科

实验课程一般在课堂教学后安排, 并非自成体系, 平时课时少, 有的高校安排的机动性较大, 实验成绩也比较随意, 长期如此, 使部分师生认为实验课, 特别是课内实验是一门“副科”, 可有可无, 并不重要。经过几届学生, 这种意识不断积累, 使得学生对实验课程不重视, 不能主动学习和思考。有时的实验报告质量不高, 做得好的, 看不见加工整理, 做得差的, 明显抄袭, 没有起到训练学生思维的作业。一些学生存在“对付”的心理, 比如一名学生做完实验后, 同组的学生, 往往只是简单测量和记录数据就算完成, 甚至其他小组的学生也跑来记录数据。

(四) 教学内容陈旧, 教学方法单一

通信技术日新月异, 然而有的学校实验项目十余年来都没有变化, 新的技术没有反应到实验项目的设置中。有的学校为了提供实验的完成率, 设计的项目比较死板, 缺乏创新性, 更不可能提供高质量的应用性实验。同时, 实验教学方法也比较单一, 主要是灌输式的理论教学和模块化的试验教学。有的教师不能利用计算机仿真软件、网络教学、MOOC等现代化的教学手段。学生没有自主探索精神, 教师缺乏必要的引导。一般都是全班一起实验, 一个标准, 没有做到根据学生的层次和要求进行个性化教学。

(五) 师资力量薄弱, 实验教师地位弱化

地方高校光通信实验教学人员比较缺乏, 有时是对应理论课程教师兼任, 同时学校对实验教学人员的收入低, 聘任要求低, 实验岗有时甚至成为为了引进高层次人才, 解决其配偶工作的岗位, 导致现有人员只能保管钥匙, 开开门。同时, 其考核和培训也较薄弱, 自我提升的内在驱动力也较小, 实验队伍日益恶化。加之部分领导对理论教学和实验教学认识颇偏, 非常注意理论教学, 忽视实验教学, 或仅仅当做理论教学的简单验证, 教学质量和教学效果可想而知。

(六) 实验成绩考核方式比较单一, 重形式而轻内涵

目前, 实验考核的方式主要是批改实验报告, 这样导致学生进行实验的目的是完成实验报告, 束缚了探索和创新能力, 影响了实验兴趣和教学效果。目前, 受“评估”的影响, 部分地方高校的实验报告均“规范化”了, 不能反映出学生的个性差异;所做实验也“规范化”了, 体现不出时代的发展和社会的需求;考核也要求严格按照“标准答案”, 体现不出学生的观察和思考。更可怕的是, 学生哪怕提出了更好的实验改进措施, 也由于不符合“标准”, 难得高分, 有时不得及格。

二、基于项目的光纤通信实验课程改革措施

基于地方高校光纤通信实验的现状, 我们提出自己的改革措施, 并付诸实践, 效果较好。那就是基于“项目”的实验教学方法。论文中的“项目”指的是在教学过程中相对独立的一个知识单元、测试技术或仪器。

(一) 分层次教学, 按项目实施

我们将光纤通信中的项目分成4个层次:演示性实验、基础实验、综合性实验、设计性实验。不同层次的实验教学方法, 教学手段和教学要求均不相同。

1.演示性实验一般为验证性实验, 不单独使用实验课程, 而是由教师在课堂完成。例如, 光源的发光, LED与LD的区别, 光纤的物理性质, 光纤的熔接, 光耦合, 各种元件的外形及端口介绍等。对于大型实验设备, 如江苏省移动数据网络的设备, 实物不方便搬动, 则由教师做好电子资源, 通过多媒体展示给学生。部分教学中不能做的实验, 通过与相关单位联系, 或直接向企业购买电子资源, 做成微课, 也放在演示实验中。

2.基本实验的主要目的是通信中的基本参量测量、基本仪器的使用以及基本实验方法和技术的训练。实验要求是:理解实验原理, 掌握仪器的使用, 理解基本仪器的原理, 以及运用基本实验原理解释解决简单问题。

基础实验一般采用实验箱和光通信实验平台完成, 包括光纤损耗和色散的测量光纤通信中编码、解码、波分复用/解复用, 搭建简单的语言通信系统, 光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光环行器、光减器的性能测试等。基础实验为学生必做实验, 要求在实验教师的指导下完成。这些实验的要求是进一步巩固基本理论知识, 培养学生简单的动手能力。

3.综合实验旨在基础实验的基础上, 就一个小问题设置的小型实验。一般使用实验箱或Optisystem仿真软件完成。该实验一般包括波分复用/解复用, 模拟图像传输系统、计算机数据传输系统、光电终端机、5B6B编译码、HDB3编译码、CMI编译码、误码测试、OCDMA/OTDR实验, 以及通信中加扰、解扰等。

在该类实验中, 教师应该注意引导学生自主思考, 自主实验, 然后给予鼓励。该类实验学生选题应该适当, 重要的知识点有对应的实验即可。

4.创新性实验, 目的是根据本校的实验设备, 自主开发实验, 完成创新创业, 挑战杯等创新较强的实验项目。开设该类实验可以采取与毕业设计相结合的方式, 通过软件仿真完成;也可以综合数据采集, 通信和显示等知识, 学生自己自制系统, 由相关厂家加工成小设备。在指导教师的帮助下, 学生应学会独立查阅文献资料、自行设计实验, 学生独立分析并解决出现的问题, 最后独立总结经验。创新型实验不必人人都做, 有部分学生选做就可以。

(二) 充分利用仿真软件, 弥补做项目时设备不足

软件仿真是目前很多公司采用的一种设计方法, 具有强大的生命力。我们的综合性和创新性实验的主要采用计算机软件仿真, 这是在有限经费条件下, 地方高校开展大量实验的最有效办法。仿真实验教学模式要求利用计算机软件为平台, 运用网络技术, 显示技术等对进行建模, 通过特殊的软件程序模拟实际操作, 得到实验数据。仿真实验教学已经发展成为重要的实验手段, 具有成本低、安全性好、不受时间、空间限制等优点, 同时与网络技术结合后, 可以实现群共享。光通信系统Optisystem软件, matlab软件和光学设计软件Zemax均是高效的设计软件, 并有部分对应的软件模型, 利用它们作为光纤通信实验课的部分手段[6], 具有重要意义。同时, 编写出的光纤通信实验仿真软件在学生中可以“代代相传”, 并根据社会上技术的更新不断更新和优化。

(三) 开展文献检索专题项目, 培养自主学习能力

开展文献专题研究性教学, 要求学生掌握光纤通信课程中的基本概念, 基本理论和基本方法, 同时还要了解最新发展状况。因此, 提高学生的文献检索和利用能力, 具有重要意义。

具体组织时, 一般要根据教学的实际情况, 以不同的课程计划, 科学地设计检索题目, 既要使学生学会检索方法, 又要使得检索的知识有意义, 难度有区分。此外, 还要适合不同层次学生, 有时还要兼顾地方特色。例如, 我们目前的题目有:光纤通信系统的研究进展, 通信用激光器的研究进展, 损耗和色散补偿技术等, 通信用光源和光接收机的研究进展, 常州地区通信产业发展现状, 常州地区通信网的优化设计等。

教师应尽可能让学生自己提出题目。实际上, 文献检索的主要目的是促进学生自主探索科研创新, 获取科研经验, 培养科学研究的能力, 避免填鸭式教学, 被动接受。具体研究的题目是什么, 已经不重要。

考核时, 可以让学生把检索报告制作成PPT, 在讲台上面向全体学生进行一次汇报, 达到在教师干预较少的情况下, 学会自主学习, 主动学习的目的。

(四) 以项目完成质量为基础, 改革评价方式

经过本科教学评估后, 地方高校的实验课考核均采用实验报告及实验情况评分的方式, 这种方式的优点在于成绩的高低“有据可查”, 但是不能真实地反映学生的能力。因此, 很有必要采用灵活的考核方式。

1.对实验报告的综合灵活的评分。这个评分将实验数据, 实验结果的分析, 试验中的异常现象分析、实验中遇到的问题和解决方法、实验中的新发现等综合评分。实验成功与否不能作为分数高低的唯一依据。

2.学生课下的软件仿真作业。督促他们进行课下软件仿真实验, 其创造性, 能够留给下一届的作品可以加分, 记录在实验课成绩中。

3.完成了综合性或创新性实验, 成绩合格, 如果能够证明达到基础性实验水平, 其基础实验成绩视为合格。

三、总结

培养地方特色鲜明的应用型人才是新时期地方高校发展的必由之路。加强实验教学, 是实现该目标的有力抓手。光纤通信实验教学改革是一个系统工程, 需要学生、教师、学校和社会各方面配合和共同努力。

我们根据深化实验教学的要求, 按照项目分层次教学, 改革评价方式, 充分利用软件, 多媒体等现代教育手段, 最大限度地把师生的积极性和创造性发挥出来, 使得光纤通信实验达到人才培养与课程建设相一致, 理论性和应用性相一致以及研究性和学习性相一致的目标。

摘要：为了提高光纤通信实验的教学效果, 本论文针对目前地方高校光纤通信实验教学中的问题, 提出采用基于项目的分层次教学, 通过分类实验, 选用软件演示和播放实验视频等教学手段, 弥补实际不足, 为深化实验改革提供了有益的参考。

关键词：光纤通信实验,教学改革,分层次教学,仿真软件

参考文献

[1]张小衡.高职《光纤通信》实验教改探讨[J].武汉工程职业技术学院学报, 2005 (1) :68-70.

[2]顾畹仪, 李国瑞.光纤通信系统[M].北京:北京邮电大学出版社, 2006.

[3]唐志军, 席在芳, 吴新开.光纤通信实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索, 2008 (5) :101-104.

[4]龙青云, 左敬龙, 肖明.基于大工程观的光纤通信实验教学改革探索[J].实验室研究与探索, 2012 (8) :342-345.

[5]龙青云, 张富全, 张昌梓等.光纤通信实验中的问题及其对策[J], 韶关学院学报, 2007 (9) :140-142.

《光纤通信》课程实验 篇11

关键词：通信工程专业;实验实践教学;改革

一、通信工程专业的人才培养的现状

纵观国内外高校，有关通信工程专业的人才培养的现状和存在的问题主要体现在下面几点。

1.通信与信息技术日新月异。高等学校正面临着“教什么，如何教;学什么，如何学”的严峻挑战，人才的培养模式正在由知识型向能力素质型转变。

2.通信工程专业的教学现在还是停留在原来20世纪90年的教学内容和教学理念上：以教师为主体、以书本为中心进行传授知识，没有一个系统的、全局的、结构合理的、开放式及动态自适应的教学内容体系和教学模式来适应以学生为主体、以开发学生智力和能力为中心的开放型现代教学内容和教学模式。传统教学模式试图把教学变成一种“模具”，将学生塑造成由同一副模具浇铸的产物。这不仅会影响學生个性的发展，而且在某种程度上会压抑学生学习的主动性，尤其是会限制学生创造性思维的活动空间。当人类步入21世纪的网络时代，社会需要大量的创新人才。这就迫切需要新的教学形式和手段来突破传统的教学模式。

二、实验实践教学——影响通信工程专业的人才培养的关键因素

在通信技术飞速发展的今天，要求通信技术人员必须具有良好的理论基础和实践经验。因此为了培养合格的通信专业学生，除了要讲授最新的理论知识外，还要通过大量的专业实验让学生理解、验证理论知识，了解其应用。在传统的实验教学中，对一些实验仪器的工作原理，内部结构以及外形、功能、注意事项等很难在短时间内向学生交待清楚，如果学生实验中操作不当会造成仪器的损坏。而且，在通信工程专业相当多课程的实验环节所需要的实验设备比较昂贵，特别是有关“场”的课程，比如再谈“射频电路”的实验教学，一般来说射频分成三大领域—阻抗、频率、功率，彼此之间又互有关联，测量设备则包括了网络分析仪、频谱分析仪，高带宽的功率计、频率计、扫频源等等，建一个射频实验室需要几百万甚至上千万的投资，测量设备的昂贵制约了实验室设备的采购，而各设备复杂的操作也让有限的课时无法有效地进入实验，加上学生无心的破坏，均让建设实验室的老师望之却步！所以，纵观通信专业实验、实践环节的教学发展趋势，存在三大矛盾：电子信息技术的快速发展与电子实践教学落后的矛盾;创新实践能力的高要求与传统实践教学落后的矛盾;教学多元化要求与实践教学资源不足的矛盾。实践教学对国家、对学生的重要性怎么强调都不过分。理论教学是对知识的传授，实验教学对学生进行技术的传授，而实习环节就是对学生能力的培养，培养学生的工程实践能力、创新实践能力和第一职业能力。

三、实验实践教学改革——建立有鲜明特色的创新实验、实践教学体系

不断完善实践教学体系，深化实验教学改革，大量开设综合性、设计性实验。通信工程专业要在教学计划中构建完整的工程设计训练体系。要加强课程设计、实习和毕业设计（论文）等环节的管理和实施，把工程化教育和学生实践能力、应用能力的培养落到实处。

1.变革传统实验教学简单模式，构建虚拟网络仿真实验系统。通信专业实验室建设普遍存在设备采购昂贵、投资巨大，实验室设备操作复杂等问题，制约了通信专业实验室的建设。为了解决上述的制约实践环节教学的三大矛盾，我们可以借鉴国内外部分高校的虚拟实验室制作方案，以某些重点课程为突破口，逐步构建通信专业的虚拟网络仿真实验系统。

我们以通信专业主干课程《高频电子线路》相配套的高频电子线路实验的虚拟网络仿真实验系统为例，阐述这方面的构想。由于高频电子线路课程是通信工程的专业基础课，是其它后续专业课的基础，是通信工程专业方向的主干课程，因此高频电子线路实验教学的虚拟化和网络化具有非常重要的意义。我们以高频电子线路实验教学为突破口，希望能够为传统实验教学的改革作出一些贡献。

高频电子线路实验的虚拟网络仿真实验系统实质就是建立高频电子线路仿真实验教学的数字化、网络化系统。分别按照实验过程的模拟演示、数字化实验仪器的建设、实验的互动仿真、实验的实时仿真等四个大的方向建立。

（1）实验的模拟演示方向。现有的实验教学课件非常少，如果我们以高频电子线路为突破点把理科的实验过程一一做成模拟演示，力求对课堂和实验教学产生较大的帮助，取得更好的教学效果。

（2）数字化实验仪器的建设。实验仪器是传统实验的必备条件，学校为此投入了大量的资金但还是不能满足需要;同时仪器的维修和保养也是个问题。如果把实验仪器逐步数字化不但能满足网络教学的需要，还可以缓解学校对于仪器设备投入的资金压力，可以实现仪器的共享，同时还可以向其它院校发布销售。

（3）实验的互动仿真。实验最强调动手能力，实验的网络化和数字化后如何体现动手能力确实是个问题，只有充分发挥实验的互动仿真才能解决此问题。可以采取动画互动和实验仿真软件互动的方法解决此问题。

（4）实验的实时仿真。国外对实验仿真软件的开发已经进行了多年，而国内对这方面的研究相对较少。国内大多采用购买国外产品的形式完成实验，但这些软件的价格非常高，所以我们应该发挥我国的软件资源优势自主开发相关软件来解决此问题。

虚拟网络仿真实验系统目标是改革实验教学的简单模式，激发学生兴趣，增强学生对专业课程的深度了解，采用实时显示结果和动画模拟，参数修改等手段，并且给出错误提示，增强了学生回答未知问题的能力。本实验系统采用可虚拟现实的科学理念，免去巨额的实验设备投资，当然不会存在学生损坏实验仪器的问题。

2.建立网上自助教学系统。为了解决教学多元化要求与实践教学资源不足的矛盾，适应目前的教学要求个性化发展和激发式教学的需要，我们可以引入网上自助教学的概念，逐步建立网上自助教学系统。 “自助”即学生学习的自助，它不再依赖于非学生自身的学习压力，而是激发学生本身对学习过程中的问题的探索和兴趣爱好，让学生主动地到网络上寻找实例进行比较并寻求解决，举例来说，当发现自己在课程设计中遇到了问题，最好的方法莫过于与同类设计进行比较，引导学生利用先进网络通信的优势，通过网络搜索来解决问题，提高自我解决问题的能力。同样地，“自助”也是教师的教学自助，它为教师在课堂以外的场所对学生进行指导提供了可能，帮助教师通过学生的实际作品发现教学过程中值得注意的问题，也引出新的教学目标和方向。最有效的方法是鼓励每位任课老师建立个人网站，对自身任教的每门课程建立课程网页，最终建立网上自助教学系统，通过网络的资源和优势进行互动式教学。

参考文献：

[1]吴建伟，张瑞芹，桑林.全程全网通信专业实验的开发与建设[J].实验技术与管理，2005， 10.

《光纤通信》课程实验 篇12

上个世纪30年代, 这项技术所应用的“量子纠缠”效应曾被爱因斯坦称作幽灵般的超距离作用, 直至今天, 某些报道中也出现过这样的描述, 称要实现文本、语言或者图像的传输, 只须通过该“幽灵通信”就能瞬间实现传递 (超光速通信) 。那么, 量子通信是否真如众人所说的神乎奇乎, 它能否掀起一场新的信息安全技术革命浪潮, 又或者仅仅是出现在科研书上的几个高大上的概念性文字?本文将对其详细讲述。

全球量子热

何为量子神技

科技界与产业界被云计算、大数据等热词刷屏多时, 今天终于迎来了一种更为高精尖的技术——量子通信。

通过查阅相关资料发现, 量子通信发展至今已有些历史, 可为什么在国内到当前才被争相热议?这还得追溯到年初评选的2014年中国十大科技进展, 中国科学技术大学潘建伟院士团队的“量子通信安全传输创世界纪录”成功上榜。随后不久, 中国工商银行成功应用量子通信技术, 实现了该行北京分行电子档案信息在同城间的加密传输。中国的量子通信技术创世界之最, 并且在银行业首次得到成功应用, 这两场重头戏, 彻底地打响和提高了量子通信在公众面前的知名度与活跃度。

那么, 岁末年初闯出来的这只“黑马”究竟是什么来头?引用国际顶级量子专家王肇中教授的话, 量子通信就是单模光纤两端加上能代替常用光模块功能的、光量子态的发送和接收设备, 实现基于物理加密的保密通信。

传统的保密通信分为加密、接收、解密3个过程, 量子保密通信的过程与之相同, 只不过加密与解密的密钥改用微观粒子携带的量子态信息。简单地说, 微观世界里, 有共同来源的两个微观粒子之间存在纠缠关系, 若一方状态发生改变, 另一方的状态也会相应作出变化, 而这种相互感应的关系不受双方空间距离的限制。正是这幽灵般的相互作用, 为信息社会的安全通信带来了福音。

一直以来, 保密通信始终是非常重要的科研领域, 且历史悠久。古人的信件常以火漆封口, 一旦拆封便会留下泄密痕迹, 运用于量子通信系统中的量子密码同样有此神技, 因此, 量子通信堪称不可破译的通信方式。基于量子不可克隆的原理, 任何干扰量子密码的操作都会改变量子的状态, 有人即使截获了量子密码, 得到的终究是毫无意义的信息, 同时, 信息的合法接收者也能从量子状态的改变中得知该密码曾被截获。目前, 在量子通信的两种方式中, 量子密码通信应用最为成熟, 另一种方式称为量子隐性传送。

全球竞技热

量子密码通信真正闯入科学研究领域是在1984年。这一年, IBM华生实验室工程师本奈特和布拉萨德提出了全新的通信协议。由于量子通信在多领域潜在的应用价值和发展前景, 此后便掀起了国际量子通信的竞技狂潮。

美国是最早将量子通信纳入国家战略、国防和安全研发计划的国家, 世界第一个量子密码通信网络正是由美国投入运行, 它位于马萨诸塞州的剑桥城, 网络传输距离约为10千米。目前, 一套辐射美国主要城市、总长超过1万千米的环美量子通信网络正在悄悄酝酿。

日本将量子通信技术作为国家级高技术列入开发计划始于2000年。与其他国家不同的是, 各大电子工业巨头的加入带来了持续不断的更加稳定的光源和更为紧密的探测器, 为日本量子通信技术迈向实用化, 以及实用化后的运用水平贡献良多。

“欧洲量子科学技术”计划和“欧洲量子信息处理与通信”计划, 是欧盟在欧洲核子中心和航天技术采取国际合作后的又一大规模国际合作。此外, 还专门成立了包括英国、法国、德国、意大利、奥地利和西班牙等国在内的量子信息物理学研究网。种种推进, 足以窥见欧盟在发展量子通信方面的宏图战略。

中国跻身第一方阵

基础研究势如破竹

鉴于量子通信仅有30年的发展历史, 且中国涉足量子通信领域的研究时间与发达国家相差无几, 因此, 在这个高精尖的科技领域, 中国没有特别沉重的历史包袱。在国际化的竞争中, 中国在应用研究的多个方面势如破竹, 其中, 城域量子通信的关键技术已达世界先进水平, 与欧美发达国家旗鼓相当。

中国能有如此高的成就, 离不开科研专家以及高校、科技企业的协同合作, 在这里不得不提的是华人顶级量子通信专家潘建伟教授及其科研团队。

早在上世纪90年代, 在国外留学的潘建伟教授便开始投入量子通信的研究中。当时在奥地利进行的“量子态的隐性传输”试验, 堪称国际上的首次实现。在过去的十余年间, 他带领自己的研究团队, 屡次在量子通信领域获得突破性进展。其一, 在光子纠缠态的制备与操纵上连续刷新了世界纪录, 在8年的时间里分别实现了五光子、六光子以及八光子多光子纠缠态的操作, 与欧美发达国家的研发水平拉开了一段距离;其二, 扫除了量子通信中的一大绊脚石, 完成了广域量子通信网络和全球网络亟须解决的“量子中继器”的实现与操作;其三, 验证并实现了一次又一次的长距离量级的自由空间量子隐形传态和双向纠缠分发, 为基于卫星的广域量子通信以及大尺度量子计算、量子信息技术应用与实施奠定了坚实基础。

应用研究并行

量子通信绝非仅仅是概念上的创新。随着信息技术手段的不断升级, 保密措施也变得愈加复杂, 特别是在国家大力推行信息安全战略的背景下, 凭借着保密性强这一绝对优势, 并在信息传输容量、传输速度等方面有着革命性的突破, 如今的量子通信已在若干方向实现了初步的实用化。

在军事、国防等国家级保密通信方面, 中国已在世界各国面前作出表率。建国60周年国庆阅兵期间, 在通信量不少于一场战役的大阅兵的关键时期, 量子保密通信热线出色地完成了通信保障任务, 使中国一跃成为首个将这种技术实用化的国家。

近日, 中国工商银行将量子通信技术应用于电子档案信息在同城间的加密传输, 实现了该技术在国内银行业的首次应用, 这再一次证明量子通信在多元领域的应用价值。

人人皆知, 银行乃金融命脉。在信息化时代, 随着金融市场的日趋成熟, 各项业务不断推陈出新, 整个园区的网络安全承载了该银行系统的稳步运营, 而信息也成为极其重要的商品。因此, 如何有效地保护信息安全、管理和维护银行系统安全, 也成为银行业网络建设时需要解决的主要问题。出于灾备的需求, 目前银行业在内的高端用户多采用“两地三中心”的建设方案, 未来量子通信能否在这方面作出技术性的革新, 非常值得期待。

按照预定的研发和推广计划, 我国正在逐步构建量子通信全国架构的局面。针对信息安全要求较高的政府、金融、医疗等用户, “合肥城域量子通信试验示范网”已于2012年完成, 网络覆盖合肥主要城区, 连接40组“量子电话”用户和16组“量子视频用户”;而在2014年投入使用的“济南量子通信试验网”, 则面对用户的日常需求, 实现安全的文件传输和视频、语音通信;同年, 世界第一条量子信息保密干线——“京沪干线”量子通信工程也紧锣密鼓地开工建设, 预计两年后交付。

研究与应用并行, 可见在量子通信领域, 中国绝非坐谈之客。

量子通信前景瞻观

“神坛”模式有争议

对传统的通信而言, 实现信息的传输是其基本目的, 如当下流行的文件、视频和语音等经典通信形式。而当前量子通信在全球的应用研究, 主要还是传输密钥的方式, 该应用现象导致业内人士对量子通信开启的“神坛”模式有所争议。

他们提出的疑义是, 回顾国内已建成使用的合肥、济南量子通信试验网, 仅仅是对量子密钥分发的实现, 即便是中国即将发射的量子通信试验卫星, 也只是通过量子态解决保密问题, 而非传输大容量数据。因此, 称为“量子通信”实属勉强。

对此潘建伟给出了一个国际上的解释, 量子隐形传态、量子纠缠交换和量子密钥分发等若干技术统称为量子通信。很明显, 这种定义趋向广义, 认为量子通信是通过量子态来传递信息, 无论是经典信息亦或是量子信息。他认为, 基于现有技术水平的限制, 目前量子通信的技术优势的确是主要体现在安全性方面, 而大容量传输的实现与提高, 今后有可能借由容错编码、密集编码等技术研究来实现突破。

另外, 出于隔空取物的神往, 部分人相信, 有了量子通信技术的辅助, 就能实现文件等信息的瞬间传递, 即前文所提的“超光速通信”。这种观点遭到了北京计算科学研究中心量子光学与量子信息实验室游建强教授的否定, “完全通过量子纠缠, 不可能传递所有的信号, 纠缠是一个物理现象, 不可能加载全部的信息。”他认为, 这在科学上是不准确的。

虽然理论上量子通信并没有传输介质的限制, 但在现实运用中, 无论是哪种量子传输方式, 都需要传统的通信技术的参与。显然, 这一辟谣同时也说明了, 量子通信实际上是量子网络与传统通信的相结合, 不可能存在完全替代传统通信技术一说。

中国的路径选择

目前, 欧美主要国家都投入重金用于量子通信的研发应用, 可以说, 纵然长路漫漫, 但谁获得先机, 谁就掌握了发展的主动权。而在这场长跑竞赛中, 回首过去, 从研发的硕果累累中可以看到, 中国始终位列第一方阵;展望未来, 中国在量子通信领域又将如何选择?

一般情况下, 对一件新产品的考验, 无非就是技术和市场两项因素, 量子通信也不例外。从技术的角度分析, 摆在眼前有3个技术瓶颈, 分别是单光子源、量子中继器以及量子存储。基于现有技术的限制, 由于找不到理想的单光子光源和完美的量子中继器, 潘建伟团队研发了基于光线诱骗态实现量子密钥分发, 而实现远程量子通信亟须的量子中继器则可以用卫星代替。

然而, 没有产业化作支撑, 技术的实现也将是无源之水。走出实验室并走向市场, 这是各国都在努力的方向。国内的量子通信技术水平已达国际领先水平, 下一步便是要着重于定位的问题。部分专家认为, 量子通信是现有传统通信的互补, 两者融合是一个取长补短的过程, 因此, 它应该有不同于传统通信的发展路径, 量子通信应专注于重点领域的发展需求, 而非现有网络广撒网的性质。