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基于混合式学习理论的《通信原理》虚拟仿真实验教学研究

范文

李建锋刘晓爽

摘要：《通信原理》作为一门理论性、实践性以及应用性都很强的课程，是通信工程、电子信息工程专业非常重要的一门专业基础课程。由于该课程知识点抽象，学生普遍反映难学，不好掌握。鉴于传统《通信原理》实验开展模式存在的诸多不足，本文将混合式学习理论应用于《通信原理》虚拟实验教学中，探讨其可行性。首先，简单概述了混合式学习理论和虚拟仿真实验教学;其次，针对《通信原理》课程理论性强、实验条件较差的特点，提出了基于混合式学习理论的虚拟仿真实验教学模式，将其灵活地应用到该课程的各个重要知识点，从而加深学生对《通信原理》课程内容的理解，提高学生的系统分析和综合设计能力。

关键词：混合式学习理论;通信原理;虚拟仿真;教学研究

中图分类号：TN911-34 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）32-0146-03

1概述

作为电子信息、通信工程类专业重要的一门专业基础课，《通信原理》这门课在理论教学中，具有大量的公式推导、较难理解的新概念多、需要的先导知识多，因此不利于学生的理解。实验教学也是《通信原理》的重要环节，可提高学生动手能力，奠定坚实的理论基础，从而可以加强其“遇到问题一分析问题一解决问题”的能力，使其产生合理的思维方法和严谨的工作作风。对于《通信原理》这门课，学生不仅应该掌握通信系统的基本原理和基本方法，还应熟记重要结论并灵活运用。非常强的理论性和实践性，在我国高校《通信原理》教学过程中，实验教学环节一直以来都是采用传统的教学模式。传统《通信原理》教学主要是课堂理论教学与硬件验证性实验相结合，缺乏对学生专业学习兴趣的培养，未考虑学生实践创新能力方面的探索。近些年来，信息技术不断发展进步及计算机技术的普及，高校实验教学开始普遍使用基于计算机网络的虚拟实验。本文探索混合式教学理论应用于《通信原理》虚拟仿真实验教学的可行性。

2混合式学习理论

在E-Learning发展的低潮期，出现了混合式学习理论，它充分有机结合了传统教学（面对面）和在线教学这两者各自的自身优势，因此，受到了广大学者的极大关注。混合式学习最早产生于美国。在这种理论中，对教师和学生都有所要求。首先，教师应该根据实验内容设计教学过程，设计所需网络教学系统;学生应该发挥自身学习主动性，积极参与教学过程。混合式教学理论有效地将传统教学和网络化教学两种模式有机结合，实现优势互补的目的，从而可以更加有效地開展优质实验教学工作。

随着现代教育技术的发展，混合式学习理论正在逐渐替代传统课堂教学模式。目前，混合式学习理论还是一个较新的概念。在教学中，它既要突现学生的主体地位，培养其创造性和积极性;又要求教师发挥启发、引导及监控的作用，最大限度提升教学质量。总之，混合式学习理论可以全方位地应用在《通信原理》的各个教学环节中，为教学的高效开展提供保障;帮助学生在e时代学习更轻松、提高其积极性。

3虚拟仿真实验

随着虚拟实验技术的成熟，学者开始意识到虚拟仿真实验在教育领域的应用价值。它有利于高校的科研工作的顺利开展，同时提高了实验教学方面的利用率，更加便于实验室维护。近年来，国内外的众多高校纷纷建立起虚拟仿真实验室来进行科研和教学。虚拟仿真实验即在线实验，没有普通意义上所需的实验设备，只是基于互联网的途径，在计算机上采用仿真软件模拟现实，可以通过远程操作进行虚拟实验，或者在远端设备上开展实验等方式。用软件模拟实验条件其实是一条非常可行的路。

随着虚拟仿真实验的诞生，传统实验中所需的实验仪器就可以全部移到计算机上开展在线实验。这样做不仅可以减少硬件的投入，而且还可以保障实验的安全性，同时也能够满足人们对实验教学的要求。因此，引进虚拟仿真实验是当代高校新型实验教学模式的发展趋势。

4基于混合式学习理论的《通信原理》虚拟仿真实验教学

4.1实验改革的必要性

作为《通信原理》的教授者，众所周知，以往这门课的实验仅仅是硬件验证性实验，经过很多年的教学实践，该实验方法存在的问题有以下四个方面：

1）实验方式机械。《通信原理》实验箱的固化模块是导致这个问题的主要原因。因为模块的参数大都设定好了，故学生按照实验步骤做就可以在示波器上观察显示的波形。这个过程不需要学生动脑分析实验原理，也就无法真正掌握实验原理。

2）实验内容单调。由于实验箱的局限性，上面的都是验证性实验。这就导致学生无法亲身经历实验过程，不能参与其中，也就不了解实验运行原理和设备运行状况，根本无法达到掌握理论灵活运用的程度，综合思维能力及创新能力也得不到提高。

3）实验室建设、维护成本高。由于硬件设备易受损且学生误操作，故《通信原理》实验室建设、维护需要较多的资金、人力、物力。

4）实验缺乏系统性。《通信原理》课程的各个实验是相对独立的，典型的验证性实验如AM（Amplitude Modulation）调制与解调、数字基带信号、数字调制与解调、PCM （Pulse Code ModMa-tion）脉冲编译码等。内容不相关联，这样就非常不利于学生从整体了解通信的过程。

为了加强学生直观认识（感受）《通信原理》实验课程，可以采用虚拟仿真实验。教师可以采用图形图像、仿真以及虚拟现实等技术，将《通信原理》实验操作步骤所需要的硬件及软件都在计算机上完成。最后，学生可以直观《通信原理》可视化实验仿真平台。目前，虚拟仿真实验还是作为《通信原理》实验的辅助，有效补充和完善传统实验存在的上述不足，充分发挥两者的优点，便于《通信原理》实验的顺利开展。

4.2基于混合式学习理论虚拟实验教学模式建构

教师根据《通信原理》课程内容，根据表1进行三段式课堂教学设计。混合式学习理论是传统教学和网络教学相结合的教学模式，因此建构基于混合式学习理论的《通信原理》虚拟仿真实验教学需要依托传统实验教学的设备，辅助开放实验室的需求，充分发挥出虚拟实验和传统实验各自的优越性。也就是说，在传统实验室的基础上，构建在线开放实验室，从而实现混合式实验教学环境，该环境可以为学生提供一个全天候的实验条件。

下面以《通信原理》中数字调制系统MATLAB仿真为例进行说明。图1是数字调制系统的仿真图，图2为利用GUI的设计数字信号调制的可视化界面。

5总结

《通信原理》是电子信息工程与物联网工程等专业最重要的专业基础课程之一。根据《通信原理》实验课程的特点，本文首先概述了混合式学习和虚拟仿真实验相关理论;其次，提出了基于混合式学习理论《通信原理》虚拟仿真实验教学模式的具体建构过程，并且举例进行了说明。通过探究基于混合式学习理论《通信原理》虚拟仿真实验教学模式，可以看出混合式学习理论是将传统教学、网络教学的模式的有机结合。若构建该教学模式，需要在学校的实际情况下合理建构。本文所提教学模式希望可给其他高校开展虚拟实验教学一些参考，从而提升自身实验教学质量;同时该教学模式还需要边实施边改进，本文也将针对此进一步展开研究。

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