衛(wèi)星通信課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究論文
摘要：針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本制約衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展的問(wèn)題，該文分析了本科生和研究生兩種教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，對(duì)衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)進(jìn)行了探討與摸索。本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)采用低成本實(shí)驗(yàn)設(shè)備，突出感性認(rèn)識(shí)；研究生實(shí)驗(yàn)課程突出學(xué)習(xí)的自主性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在實(shí)際教學(xué)中取得了較好效果。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；衛(wèi)星廣播電視
截至2015年底，中國(guó)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量已超過(guò)140顆，僅次于美國(guó)，位居世界第二。然而，伴隨著衛(wèi)星數(shù)量的突破，我國(guó)的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻相對(duì)滯后，尤其是地面應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展還不夠。除投入不足外，人才缺乏也是一個(gè)重要原因。衛(wèi)星通信課程作為高校電子通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程在激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的人才等方面有著不可替代的作用。
1實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)背景
由于衛(wèi)星通信設(shè)備昂貴、通信衛(wèi)星資源緊缺，傳統(tǒng)的本科《衛(wèi)星通信》課程主要以理論教學(xué)為主，以實(shí)驗(yàn)演示和參觀觀摩為輔，實(shí)踐教學(xué)的比例非常少。衛(wèi)星通信的頻率很高，常規(guī)的仿真平臺(tái)很難實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)仿真，因此,有條件的院校開(kāi)設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)僅限于衛(wèi)星通信的中頻部分[1]，讓學(xué)生觀察信號(hào)在中頻部分的處理與傳輸過(guò)程，深化學(xué)生對(duì)通信基本理論的認(rèn)識(shí)，但這些改善無(wú)法讓學(xué)生體會(huì)到真正的衛(wèi)星通信過(guò)程，也很難激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)熱情和興趣。另外，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的.迅速發(fā)展，《衛(wèi)星通信》課程的教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新，與工程實(shí)際結(jié)合也更加密切，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性越來(lái)越突顯。與理論教學(xué)相比，由于學(xué)時(shí)有限、實(shí)踐環(huán)節(jié)組織困難，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為衛(wèi)星通信教學(xué)改革與發(fā)展的瓶頸。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
為提高衛(wèi)星通信課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)衛(wèi)星通信課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和方法進(jìn)行了探索，在教學(xué)實(shí)踐中取得了一定效果。具體而言，該校在通信工程專(zhuān)業(yè)的本科生教學(xué)中開(kāi)設(shè)了《衛(wèi)星通信》課程，在研究生教學(xué)中開(kāi)設(shè)了《現(xiàn)代通信新技術(shù)》（其中包含了衛(wèi)星通信的相關(guān)內(nèi)容），針對(duì)不同的培養(yǎng)對(duì)象，教學(xué)的內(nèi)容、方式方法有很大差異。
2.1本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)
本科教學(xué)中學(xué)生數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的《衛(wèi)星通信》實(shí)驗(yàn)課程受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本，只能讓學(xué)生進(jìn)行衛(wèi)星通信的演示和觀摩，無(wú)法讓學(xué)生切身體會(huì)衛(wèi)星通信的過(guò)程。隨著技術(shù)的發(fā)展，作為一種最廉價(jià)的衛(wèi)星通信方式之一——衛(wèi)星廣播電視已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，它主要由天線(xiàn)（及其支架）、衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及電源等設(shè)備組成。該系統(tǒng)屬于衛(wèi)星通信中的單向接收地球站，而衛(wèi)星通信中的反向發(fā)射鏈路與接收鏈路相似，因此，該系統(tǒng)完全可以作為學(xué)生體驗(yàn)衛(wèi)星通信過(guò)程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。然而，雖然電視機(jī)在該系統(tǒng)中僅作為通信的終端設(shè)備，與衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，但電視機(jī)的成本卻占據(jù)該套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的70%以上；另外，衛(wèi)星廣播電視實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)通常需要在室外開(kāi)闊地域進(jìn)行，此時(shí)系統(tǒng)的室外供電也將成為課程開(kāi)設(shè)必須考慮的因素；上述兩個(gè)原因?qū)е滦l(wèi)星電視接收系統(tǒng)在《衛(wèi)星通信》實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)過(guò)程中無(wú)法得到推廣。為解決該問(wèn)題，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，將衛(wèi)星電視接收機(jī)和電視機(jī)的功能改由尋星儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。尋星儀是融合了衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及頻譜儀簡(jiǎn)易功能的一體化設(shè)備，采用鋰電池供電，不需要市電，便于室外實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)。整套系統(tǒng)成本低于1000元，其簡(jiǎn)易的頻譜儀功能還可以開(kāi)設(shè)衛(wèi)星信標(biāo)的接收實(shí)驗(yàn)。尋星儀的操作界面與常規(guī)的衛(wèi)星電視接收機(jī)完全相同，可以設(shè)置衛(wèi)星名稱(chēng)、高頻頭本振、接收頻率、符號(hào)率、極化方式等參數(shù)；連接衛(wèi)星電視接收天線(xiàn)后，當(dāng)天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)即可接收到該衛(wèi)星上的信號(hào)（即接收的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量高于衛(wèi)星接收機(jī)門(mén)限）；若目標(biāo)衛(wèi)星上有公開(kāi)的電視節(jié)目，還可以直接使用該終端收看衛(wèi)星廣播電視。在該系統(tǒng)上開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程可以讓學(xué)生熟練掌握衛(wèi)星通信中天線(xiàn)對(duì)星的基本流程與操作技巧，明確天線(xiàn)三維指向的參考基準(zhǔn)與天線(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面、整體認(rèn)知，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)在于突出學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠掌握衛(wèi)星通信的基本原理，明白衛(wèi)星通信中對(duì)星的標(biāo)準(zhǔn)是什么，并掌握對(duì)星的常見(jiàn)技巧。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，啟發(fā)他們更深入了解衛(wèi)星通信發(fā)展的新技術(shù)、新方向。
2.2研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)
與本科生相比，研究生具有更大的學(xué)習(xí)自主性，理論講授不僅要細(xì)而專(zhuān)，還要廣而泛。在本科現(xiàn)有衛(wèi)星通信內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講授與衛(wèi)星通信相關(guān)的天線(xiàn)技術(shù)、陣列信號(hào)處理技術(shù)以及通信技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀，為研究生下一步的課題選擇提供參考。作為小班教學(xué)，研究生的衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課可以采用完全自主的形式——將固定衛(wèi)星地球站、便攜式地球站、衛(wèi)星動(dòng)中通地球站以及寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)視頻采集等設(shè)備交給學(xué)生進(jìn)行自主組合，按照系統(tǒng)搭建由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，地球站由固定到移動(dòng)，通信業(yè)務(wù)由話(huà)音到視頻的漸進(jìn)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)衛(wèi)星通信在實(shí)際生活中的各種應(yīng)用場(chǎng)景以及還存在亟需解決的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生投身衛(wèi)星通信領(lǐng)域技術(shù)研究的興趣。
3結(jié)語(yǔ)
衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信基本原理的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。該文針對(duì)本科生和研究生兩種教學(xué)對(duì)象，對(duì)衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)進(jìn)行了探討與摸索，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中取得了良好效果。然而，適合于不同對(duì)象、不同接受能力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革是永無(wú)止境的，如何取得更好教學(xué)效果還需要與廣大高校的衛(wèi)星通信課程教師共同探討。
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