通信工程專業(yè)創(chuàng)新實驗虛擬平臺建設與實踐

1、    通信工程專業(yè)創(chuàng)新實驗虛擬平臺建設與實踐    楊絮+王宇+李洋+陳宇摘 要：隨著現(xiàn)代實驗課程體系的發(fā)展，實踐操作與虛擬仿真結合越來越緊密，已經(jīng)漸漸融合到一起，可以起到取長補短的作用。虛擬實驗是真實實驗有益且必要的補充，通過虛擬仿真實驗，學生可以對理論課上所學的抽象的知識有更加具體、直觀的認識，加深理解。同時，學生可以通過虛擬環(huán)境，完成實驗的預習、實驗參數(shù)設計、功能分析等工作。從而節(jié)省實際操作的時間，提高效率并降低錯誤率。關鍵詞：虛擬實驗平臺 通信工程專業(yè) labview 虛擬儀器：g712 ：a ：1674-098x（2016）08（c）-013

2、8-02隨著計算機技術、虛擬儀器技術和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡功能的不斷更新及完善，計算機、網(wǎng)絡與儀器的結合更加緊密，基于此類技術產(chǎn)生的虛擬實驗教學平臺以其豐富的資源共享性、互動操作性、安全性等特點，在智能化、信息化、性價比等方面都具有非常明顯的優(yōu)勢。在高校通信類課程中，由于很多概念過于抽象，學生只能通過實驗來對課本上的理論知識有一個更為深刻的理解，為了提高學生的實踐動手能力和實驗設計能力和在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新探索的能力和協(xié)作精神。在高等工科教學實驗教學中采用創(chuàng)新實驗虛擬平臺，可以從根本上解決實驗經(jīng)費短缺的問題和學生規(guī)模擴大與實驗基礎設施發(fā)展滯后的嚴重比例失調問

3、題。利用虛擬儀器技術與計算機網(wǎng)絡相結合可以實現(xiàn)對儀器設備的遠程控制，在實驗、教學、科研等領域中具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景，同時還可以減少實驗設備的資金投入，有利于從整體上改善辦學條件和提高教學水平。1 建設方案1.1 以能力培養(yǎng)為主線的通信工程專業(yè)平臺架構設計方案通信工程專業(yè)創(chuàng)新實驗虛擬平臺建設緊緊圍繞通信專業(yè)知識鏈與學生能力提升兩條主線。圍繞通信知識鏈主線，實現(xiàn)“基本原理開發(fā)技術專業(yè)技術系統(tǒng)應用全網(wǎng)通信”的無縫連接，以保證實踐能力培養(yǎng)的連貫性；從通信專業(yè)知識的基礎性、綜合性、工程性和創(chuàng)新性等多個層面構建平臺架構，完整地體現(xiàn)通信信息處理流程與通信專業(yè)知識鏈的結合。在能力培養(yǎng)方面，著重培養(yǎng)學生

4、的理論結合實踐能力與工程認知能力、理論知識運用能力、創(chuàng)新能力與研發(fā)能力；同時，充分考慮到學生知識結構和能力上的個體差異，按多個層次來設置虛擬實驗模塊，使全部學生獲得應有的基本技能，又保證優(yōu)秀的學生能脫穎而出。1.2 基于多課程的通信專業(yè)虛擬實驗平臺建設按照通信專業(yè)知識的深入，提出理論基礎和應用技術相結合的多課程虛擬實驗融合平臺，即：通信理論子平臺、通信技術子平臺、通信系統(tǒng)子平臺、全程全網(wǎng)子平臺?！八拇蟆弊悠脚_既可獨立運行，也可互聯(lián)互通，組成一個與現(xiàn)網(wǎng)同步的“終端與業(yè)務接入網(wǎng)核心網(wǎng)”電信級全程全網(wǎng)實驗平臺。通信工程虛擬實驗平臺結構圖如圖1所示。每個模塊、子平臺、課程的虛擬實驗建設，均按照工程性、

5、設計性、創(chuàng)新性3個模塊進行實驗內容設計，分別培養(yǎng)學生的理論結合實踐能力與工程認知能力、理論知識運用能力、創(chuàng)新能力與研發(fā)能力。通信工程專業(yè)創(chuàng)新實驗虛擬平臺組成框圖如圖2所示。其主要由硬件實驗室、虛擬實驗中心、網(wǎng)絡服務器、校園網(wǎng)用戶和遠程用戶組成，其中校園網(wǎng)用戶又包括學生宿舍、多媒體教室、機房及辦公室。該平臺包含程控交換、光傳輸、ngn、wcdma、數(shù)據(jù)通信、光接入、電信業(yè)務研發(fā)。這7個子系統(tǒng)不僅可以相互獨立地進行某一環(huán)節(jié)的實訓，還可按照從“終端接入網(wǎng)核心網(wǎng)”聯(lián)合組網(wǎng)進行全程全網(wǎng)實訓。為學生深入分析和了解數(shù)據(jù)、信令和網(wǎng)絡運行提供了先進實驗手段與條件。與其他虛擬平臺不同的是，該平臺依托“長春理工大學

6、-華為網(wǎng)絡技術學院”實驗室的商用級通信設備，結合了現(xiàn)代在線調試技術，充分發(fā)揮了虛擬實驗平臺專長，實現(xiàn)了專業(yè)硬件設備與虛擬儀器結合的遠程網(wǎng)絡虛擬實驗。1.3 全功能的課程演示實驗實踐服務體系建設以通信原理課程為例，在傳統(tǒng)書本及理論教學的基礎上，增加交互性與實踐性，通過仿真軟件的交互性界面幫助學生更形象地理解概念；通過便攜或專業(yè)的實驗平臺，引入真實的信號，借助實際的應用來闡述理論。實現(xiàn)學生在工程思想和創(chuàng)新動手實踐方面的提升，采取“課堂演示”“軟件實驗”“硬件實驗”“創(chuàng)新實驗”等多方面的教學手段。利用labview軟件編寫完全演示型課件，用于老師上課直接展示，特別適用于不方便現(xiàn)場演示或者存在理論極值

7、無法實驗得到結果的知識概念的演示。利用軟件+教學板，這類教學板是專門為通信原理實驗教學定制板卡，通過提供便于動手操作的硬件電路框圖，實現(xiàn)虛中帶實，實中有虛的教學效果。利用仿真軟件+具體功能平臺，不僅可在統(tǒng)一的功能平臺上使用仿真軟件，制作出多種已有的通信協(xié)議系統(tǒng)的原型，還可用于更為復雜或者更為前沿的通信系統(tǒng)。既適用于教學演示，也適用于學生創(chuàng)新科研項目。例如，以聲卡、pc作為硬件平臺，采用虛擬儀器開發(fā)平臺可以制作虛擬示波器、虛擬電壓表、虛擬功率測量儀、虛擬多功能函數(shù)發(fā)生器、虛擬頻譜分析儀等虛擬儀器。學生可以自己構建簡易虛擬實驗室，該項工作已經(jīng)指導本科畢業(yè)設計取得一定成果。2 實踐教學推廣應用創(chuàng)新實

8、驗虛擬平臺建設內容主要服務于本科的課程實驗、實習、課程設計、畢業(yè)設計、參與科研等幾個方面。通過虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、計算機仿真技術，實現(xiàn)課內與課外、校內與校外、現(xiàn)實與虛擬的融合，致力于虛擬仿真實驗和傳統(tǒng)實驗相結合的實驗教學方法改革。依據(jù)演示型、基礎型、綜合型、設計型、創(chuàng)新型5個實驗層次構成的創(chuàng)新虛擬實驗教學平臺，使該校學生在理論、實驗、動手能力、創(chuàng)新意識方面不斷地提高。該校學生實踐效果得到了明顯提升，在各類學科競賽中屢獲佳績，2015年獲全國大學生電子設計競賽省二等獎3項。平臺的建設與推廣，為學生理解理論知識、成功完成實驗、實訓、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)創(chuàng)建了便捷可靠的實驗環(huán)境，減輕了師生的教學負擔，提高了實驗實踐的成功率。另一方面，平臺充分調動了學生自主學習的積極性，促成學生的自我學習與自我驅動，為培養(yǎng)有研究精神，創(chuàng)新能力和視野開闊的通信人才提供了便利。參考文獻1 李安，周南潤，王玉皞.通信工程國家級特色專業(yè)虛擬實驗室建設與實踐j.實驗室研究與探索，2013，