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【摘要】针对地方应用型高校通信工程专业实验教学中出现的设备昂贵、更新换代慢等问题，建设以电路设计、信号处理、工程实践与虚拟现实平台为内容的虚拟仿真实验室。虚拟仿真实验室的教学内容更加丰富，学生能够充分发挥学习的主观能动性，在虚拟实验环境中完成专业知识的学习和专业技能的训练，教学效果较好。
【关键词】地方高校；虚拟仿真；实验室建设；通信工程
0引言
培养地方经济和社会发展所需的德才兼备的人才，是地方应用型本科高校人才培养的主要目标。近年来，信息与通信技术（InformationandCommunicationsTechnology，ICT）在全球范围内快速发展。我国新一代信息技术的发展、智慧城市的建设和工业信息化的发展等，对我国ICT人才提出了数量和质量上的双重要求。为响应国家战略，满足地方区域发展需求，常州工学院立足培养地方ICT行业急需的应用型本科人才，大力开展通信工程专业虚拟仿真实验室建设。在将前沿信息技术与专业课程、人才培养方案相结合，充实课堂教学，更新学生知识结构，培养学生综合素质等方面，发挥了重要的促进作用。
1通信工程专业实验教学现存问题分析
通信工程专业是ICT领域的主干专业，课程体系的实践性与应用性要求强。地方应用型高校通信工程专业的人才培养目标是培养具有较好的专业基础知识和技能，具备良好的专业实践和创新能力的高素质人才。笔者通过调研，结合教学经验对地方应用型高校通信工程专业实验教学现存问题进行了总结。
（1）实验与实践教学设备技术含量高，购置及维护成本高。通信工程专业实验室的低频通用设备仪器包括稳压电源、信号源、扫频仪、万用表、示波器等，这类仪器设备已完全国产化，价格适中，质量优良，配套服务完善，高校一般都可以较为轻松地完成该类仪器设备的购置、维护及更新。但电子信息产业发展迅猛，微波、毫米波频率的卫星通信技术在世界范围内迅速发展，价格高昂、国产化程度不高的甚高频、射频及微波设备，如频谱分析仪、网络分析仪、信号源等价格较高，地方高校通常难以满足搭建综合测试平台，以及组建综合射频实验室设备的需求，通信工程专业的实验教学面临硬件不足的现实问题。
（2）通信工程专业交叉领域较多，实验设备分类较复杂。通信工程专业涉及电子与电路、嵌入式与计算机、信号分析与处理、信息理论与传输、网络规划与组建等工程领域，以及微积分与矩阵、概率论与统计学、半导体电子学、物理学、电磁场理论、光器件理论等自然科学领域，教学中要用到的实验设备种类较多，给地方高校的通信工程专业实验室建设带来了困难。
（3）通信产品更新换代快，通信工程专业实验设备易过时。纵观ICT技术的发展，从模拟通信、数字通信，到发展迅猛的移动通信、卫星通信、光纤通信、量子通信等，ICT技术的发展速度远超过一般的工业技术。在通信工程专业的实验教学中，实验室的教学设备已无法紧跟ICT技术发展的步伐，实验教学难以紧跟技术应用。综上所述，利用新一代信息技术辅助实验教学，将虚拟仿真技术与实践操作相结合，进行通信工程专业虚拟仿真实验室的建设，是解决地方高校通信工程专业实验教学中现存问题的重要手段。
2建设规划
常州工学院紧密结合地方企业的生产需求，依据应用型人才培养方案，遵循科学发现、科学创新的一般认知规律，以课程为核心，以虚拟仿真实验教学为手段，建立了通信工程专业虚拟仿真实验教学体系，如图1所示。整个虚拟仿真实验教学体系分为课程体系及平台体系2个部分，其中，课程体系主要由专业基础课程群、专业核心课程群和工程实训课程群组成；平台体系的建设与课程体系相对应，主要由电路设计、信号处理、工程实践及虚拟现实（VR）等仿真平台组成。
3建设内容
3.1课程体系建设
（1）专业基础课程群。面向大一和大二学生开设“电路分析”“模拟电子技术”“数字电子技术”等课程，并设计配套的课内实验、课外实践。
（2）专业核心课程群。面向大二和大三学生开设“通信原理”“信号与系统”“通信电子线路”等课程，并设计配套的课内实验、课外实践。
（3）工程实训课程群。面向大三和大四学生开设“光纤通信”“微波技术与天线”“移动通信”等课程，并设计配套的课内实验、课外实践。学生每学年参加的大学生创新训练、专业与学科竞赛、科学兴趣小组活动等，以及大四最后一学期开展的毕业设计，均可按照项目课题所涉及的专业知识和技能领域，对应到上述课程群的建设中。
3.2平台体系建设
（1）电路设计虚拟仿真平台。利用Pspice、Multisim、Protel等电路设计软件，进行“电路分析”课程中的交/直流电路分析、电路原理验证、信号观察、电路特征值测量等课内实验及其综合实训；进行“模拟电路”“数字电路”课程中器件与电路的原理验证、电路分析与指标计算、功能电路状态分析等课内实验及其综合实训。利用KeilC51、Proteus等电路设计软件，模拟“微机原理与接口”课程中的中断控制器编程、定时器/计数器应用、并行接口功能验证、串行通信，并进行上述功能器件的综合应用等课内实验及其综合实训；进行“嵌入式系统”课程中Linux安装与使用、编译/调试器使用、网络通信编程、TCP/IP使用等课内实验及其综合实训。此外，还可利用电路设计虚拟仿真平台进行“通信原理”“通信电子线路”等专业核心课程的课内虚拟仿真实验。在学生的课外实践活动中，电路设计虚拟仿真平台主要承担电子电路设计与制作类、嵌入式与单片机开发及应用类的大学生创新训练、学科兴趣小组活动、学科竞赛等。
（2）信号处理虚拟仿真平台。利用Multisim、LabVIEW等信号变换及处理软件，进行“通信原理”课程中的调制与解调，时分/频分复用、频移键控等课内实验及其课外实践；进行“通信电子线路”课程中关于放大器、振荡器、调制器、混频器、无线收发的课内实验及其课外实践。利用MATLAB、SPW等数学建模、信号处理软件，进行“信号与系统”课程中关于信号运算、时域分析、频域分析、Z域分析、滤波器的课内实验及其综合实训；进行“数字信号处理”课程中关于系统响应、信号采样、FFT变换、数字滤波器、音频信号处理的课内实验及其综合实训。此外，信号处理虚拟仿真平台还承担信号处理类、系统开发类的大学生创新训练、学科兴趣小组、学科竞赛等创新与实践活动。
（3）工程实践虚拟仿真平台。利用ADS、HFSS、CST、MWO等设计软件，进行“短距离无线通信”课程中的信射频电路设计、收发前端仿真等课内实验及其综合实训；进行“微波技术与天线”课程中的电磁场分析、微波器件建模与仿真、射频信号变换、天线仿真等课内实验及其综合实训。利用OptiSystem、SystemView、IUV-4G、STK等设计软件，进行“光纤通信”课程中的光发射机仿真、光接收机仿真、光功率控制与变换仿真，以及光传输仿真等课内虚拟仿真实验及其综合实训；进行“移动通信”课程中的数字调制与解调、扩频通信仿真、GSM通信仿真、CDMA通信仿真、LTE通信仿真等课内实验及其综合实训；进行“卫星通信”课程中的线性转发、再生转发、频分多址、带宽分配、功率分配、卫星数字通信仿真等课内实验及其综合实训。此外，工程实践虚拟仿真平台还承担信号与信息传输系统、通信系统开发及应用类的大学生创新训练、学科兴趣小组、学科竞赛、毕业设计等。
（4）虚拟现实（VR）仿真平台。利用3dsMAX/Unity3D等三维设计软件，进行三维素材的选取、渲染和制作，为电路、网络、系统等类课程提供器件、仪表、场景等三维素材，建立为虚拟现实仿真教学服务的素材库。利用VRSDK等VR设计软件，基于素材库建设，结合课程实践任务，开发各课程群实验与实训的VR仿真模块，形成VR实验课件，在实验项目开发的同时，利用新技术提升虚拟仿真平台技术含量，使学生深刻理解专业知识，更好地提升实践技能。基于三网融合仿真平台，利用VR技术，在3D环境中训练学生对三网融合全网规划部署完成学习、实训、竞技与测评。
4教学实践
4.1专业基础课程群教学
利用电路设计虚拟仿真平台、信号处理虚拟仿真平台、虚拟现实（VR）仿真平台进行专业基础课程群的教学与实训，能够很好地解决设备陈旧、元器件损耗等客观问题，激发了学生的学习兴趣和主观能动性。学生在学习课程知识的同时，能够通过虚拟仿真平台获得更多实践机会，强化对基本原理的理解和体会，大大提高了教学效果。
4.2专业核心课程群教学
专业核心课程群是专业培养方案的核心部分，虚拟仿真实验教学体系能够服务于专业核心课程群的教学与实训。通过虚拟仿真实验教学体系的使用，学生能够深刻理解通信基本原理，掌握通信系统基本架构，构建虚拟通信系统。
4.3工程实训课程群教学
利用工程实践虚拟仿真平台、虚拟现实（VR）仿真平台进行工程实训课程群的教学与实训，使学生能够真实体验通信应用场景、链路预算、网络架构、站点建设、设备安装、系统测试等通信系统的全功能应用。帮助通信工程专业学生具备一定的实际动手能力，更好地促进了应用型人才的培养。
5结语
在地方高校应用型人才培养中，利用虚拟仿真实验室，使新一代信息技术与课堂教学实验手段、内容紧密结合，通过虚拟仿真实验室的建设，常州工学院不仅在一定程度上摆脱了实验室建设经费、实验场所环境及实验设备上的限制，而且极大地提升了实验教学效果。学生通过虚拟仿真实验教学体系完成了教学计划中的全部实验，在接近真实的环境中体会科学发现和创新的乐趣，锻炼分析问题和解决问题的能力，有力提升了学生的综合专业素质。
作者：时翔 陈健 周寅 单位：常州工学院计算机信息工程学院
