嵌入式移动通信实践教学初探

陈卫兵，邓满珍，杨伟丰，许中华

(湖南工业大学计算机与通信学院，湖南株洲412008)

嵌入式移动通信实践教学初探

陈卫兵，邓满珍，杨伟丰，许中华

(湖南工业大学计算机与通信学院，湖南株洲412008)

随着移动互联技术的发展，移动通信设备已经非常普及，移动通信课程已经在很多高校开设。针对用移动通信试验箱开设移动通信实验的不足，从创新能力培养方面，探索移动通信实验课程教学中存在的问题，提出了将嵌入式加入到移动通信实验课程教学中，提高学生兴趣。实践证明，嵌入式移动通信实验教学方法能有效提高学生学习兴趣，化解课程教学难点，提高学生创新能力和实践能力。

嵌入式技术;移动通信;创新能力

具有实践经验的大学生走上社会比较受欢迎，因此，很多理工科院校都把实践教学作为大学教育中一个非常重要的环节。实践教学环节一般采用团队合作方式，能提高学生多方面的能力，比如:团队协作能力、实践能力、创新能力和搜集资料能力等［1，2］。但是传统实验方法一般采用“填鸭式”教学，老师在课堂上讲解实验原理，然后再讲实验方法并认真示范，学生只需按照老师示范的步骤照做就行，学生很难真正理解实验所涉及知识和技术内涵。同时实验技术也稍显落后，不能适应社会发展的要求，跟不上新技术发展的步伐。因此，本科院校实验教学改革势在必行。

一 传统移动通信实验内容和教学方法的不足

传统的移动通信实验通常采用专用的实验箱来完成，一般都是一些规定的实验，实现一些简单的功能，如:移动通信的工作方式，频分多址，时分多址，空中接口信令，有线接口信令等。上述实验内容虽然按照由易到难的顺序安排，但功能单一，难以在学生脑海中形成移动通信系统的概念，跟不上现代移动通信的发展，对学生继续从事移动通信工作帮助甚微。而且这些实验内容很难组合和设计一些综合性和大型性的实验，仅仅能验证一些以前在理论课学习过的知识。显然，这对学生创新能力的培养是非常不利的。没有大型的综合性、设计性实验就使学生失去了实际认识移动通信系统的机会，导致移动通信的理论和实践脱节，不利于对移动通信系统的深入理解和掌握。

教学方法是实验教学中另一个重要环节。传统的“填鸭式”教学中，老师承担了实验教学中的大部分工作，如:在实验课堂上讲解实验原理和实验方法、试验示范等。学生只需按照老师示范的步骤照做就行，这样导致学生根本不理解实验到底要达到一个什么目的，只是重复老师做过的方法，得到一个基本正确的实验结果就可以了。特别是接口信令的实验，只需要观测一些测量点的波形，对过程的理解很不全面，更不用说培养学生的创新能力了。显然，这不符合现代教育精神的精髓，不符合现代化建设对具备较高综合素质人才的要求。

二 嵌入式技术和移动通信

嵌入式系统是以微控制器为核心，将其嵌入到产品或设备中以实现其功能数字化和智能化的系统［3］。嵌入式系统的应用十分广泛，发展也非常迅猛，嵌入式设备已经渗透到我们大家生活的很多方面，特别是移动通信设备，如IPHONE、基于 Android操作系统的 HTC、Samsung手机［4］，因此嵌入式和移动通信两者具有天然的联系，只是高校教学中人为的将两者分开了。嵌入式系统是专用的计算机系统，现代移动通信系统也是一个专用的计算机系统，很多移动通信系统都是采用嵌入式开发的，因此，选择基于嵌入式技术来改革移动通信实验教学有比较多的好处。首先，现在的嵌入式手机属于移动通信的一个主要发展方向，代表了移动通信发展的方向—智能手机时代的来临。另外，社会上对嵌入式移动通信设备开发人才的需求急剧增加，好的就业前景可以提高学生实用的嵌入式通信技术的热情和兴趣。其次，通过对基于嵌入式移动通信系统的实验设计和实现，学生可以实际了解和设计移动通信系统，加深了对移动通信专业知识和移动通信系统的了解，传统移动通信实验环境明显无法达到这些要求。

三 嵌入式移动通信的实验内容

为了实现嵌入式技术改革移动通信实验教学的目的，在实验平台的选择上有必要考虑有嵌入式开发功能的移动通信实验平台。经过对众多实验平台的对比分析，选择了南京恒盾科技有限公司的含ARM、FPGA、GPRS/CDMA、交换接口、传感器等可以自主进行二次开发的HD－YDIV型实验系统。采用ADS1．2作为开发软件，操作系统根据实验内容分别选择uC/OSII和uCLinux。

由于移动通信实验仅仅10个学时，基本上采用恒盾科技提供的实验项目进行，5个必做实验(频分多址，时分多址，码分多址，移动信令实验，GSM组网实验)。实验结果证明，学生对实验的热情并没有提高，实验教学效果的改善不明显，主要问题如下:

1．5个实验导致实验内容限定太死，学生没有丝毫的选择余地。有的学生对已开实验中的部分实验不感兴趣，但对其他的未开的实验内容感兴趣。还有的就是觉得实验脱离了实际，觉得组网实验不应该开GSM组网，而应该开CDMA组网，这样才能跟上时代潮流。同时，学生层次也有不同，有的学生不能按时完成实验。

2．由于减少了老师讲授的时间，所以学生对实验原理的一知半解，造成了学生虽然按照实验指导书完成了实验，但是也仅仅是按照指导书一步步完成，对为什么要这样做不能理解，实验失去了它本来的意义。

针对这些问题，接下来的教学实践中，移动通信实验老师对实验内容进行了相应的改进，增加了学生课堂下讨论，开设有一定限度的自由选择实验:

3．上实验课之前，以小组为单位组织学生进行实验内容的讨论(小组人数一般2人，多的3－5人)，了解这个实验使用了哪些课堂上讲述的原理，然后让学生对照原理进行针对性的复习，加深学生对移动通信原理的理解。同时，在已有实验器材的基础上，针对本次实验的要求，根据实验原理做好书面的实验步骤设计，也就是实验预习报告。

4．实验设计时考虑到学生层次的不同，将每个实验内容分为基础部分和附加部分。基础部分比较简单，要求每位同学完成。附加部分是基础部分实验的延伸，基础比较好的同学可以考虑完成这部分实验。同时，实验设计时也考虑到同学们的不同喜好，每次实验设计两个实验，同学可以在两个实验中选择一个，确定以后就认真预习，吃透实验原理，设计好实验步骤，争取更好的完成实验。这样不同层次、喜好不同的同学都享受到了实验的乐趣。

5．把好实验验收关。实验老师在教授实验前应该熟悉实验内容、目的、步骤和注意事项，引导学生认真完成实验。在对每一小组实验验收时，不仅仅要查看实验结果，还必须就实验的关键点对每一名学生提出不同侧面的问题，如果该学生能回答出来，说明对实验目的、原理和内容已经基本掌握和理解，达到了实验课的预期目的。同时，也可以要求学生把实验中的某一步在指导老师面前重现出来。如果学生对原理比较熟悉、实验内容了然如心，则应该很快可以重复出来。由于每个实验设置了附加部分，对这部分的考评作为附加的奖励分。为了鼓励学生自主设计和创新实验，老师应对学生在这方面的工作进行鼓励和加分。经过验证确实很有意义的，应该在以后的实验中推广并对当前实验进行改进。经过实验室老师的共同讨论和后续的实验教学验证，系统化的嵌入式移动通信实验内容如表1所示。

表1 嵌入式移动通信实验内容

表1中，前面1－3号实验是验证性实验，第4个实验是一个小综合，需要用到前面1－3号实验的内容，可以算作是对前面实验的一个小总结，最后的第5个实验需要用到前面1－4号实验的内容，综合了前面所有的实验，既可以巩固前面实践所学的知识，又可以形成一个实际的完整移动通信系统。由于每个实验有附加部分，所有的实验基础部分总分只有85分，学生如果想要得到更好的成绩，可以完成附加的部分，这样可以增加5分。如果想要取得更加优秀的成绩，可以进行自主创新，自主扩充实验内容，充分展开自己的奇思妙想来获得加分，这样可以达到培养学生创新能力的目的。

四 教学方法改革

实践教学的目标是“夯实理论基础、培养创新能力”。围绕这一目标，教学方法上，任课老师应选择切合嵌入式移动通信课程特点、学生特点和自身特点的教学方法，体现“学生为主”的创新型教育、教学理念。在教学手段上，充分发挥网络技术的优点，通过网络组织讨论为学生创造良好的学习氛围。

(一)教师引导与学生自主相结合

传统的实验教学是以教师为主，辅导学生在给定实验器材上进行少量连接进行验证实验，学生动手少。这种教学模式明显不符合现代化人才培养模式中实验教学的发展要求，特别是不适应近几年国家大力提倡培育创新性领军人才的需要。随着实验教学改革的不断深入，验证型实验将逐渐减少，综合型和设计型将占主导，实验难度也将逐步提高，但是实验的趣味性和可见、可视性将增强。学生在设计实验时将遇到越来越多的挑战，比如有的知识没有学，有的原理不清楚，对某些接口的参数不了解等等。此时网络等现代科技的发展可以为学生的实验设计提供巨大的帮助。比如学生实验预习时遇到问题，老师可以通过网络和学生交流，提出自己的意见引导学生自主查找资料解决问题。也就是说，科技的进步和时代的要求需要更多的具有创新能力和实践能力的大学生，这就要求改变“以教师为主，辅导学生实验”的教学模式，采取“以老师引指导为主”的实验教学模式，引导学生去查资料，相互交流、讨论来获取相关的知识。同时，加强老师与学生之间的交流和沟通，引导学习与自主学习相结合，教学相长，增加趣味性，使得学生在一个相对轻松的氛围中进行相关理论及实验技能的学习，这样对知识的掌握将更加牢固，实验教学水平也自然得到了提高。

前面已经提到“把好实验验收关”，其中，原始实验数据的记录和实验操作非常关键，这部分占总成绩的50%，不参加此环节的学生，此次实验课没有成绩。在实验操作中，学生要亲自动手，记录的数据要真实可靠，要培养学生诚实守信的实验风格。由于多人一起实验，合理分工和团队合作是实验完成的基础。实验过程中，老师要随时巡视了解学生实验进度并给予过程评分。学生可以自由组合，小实验2人一组，创新型实验多人一组，分工协作共同完成。验收实验时，小组成员各自介绍自己的工作，包括工作内容、实验步骤、数据记录，同学之间相互打分，最后是老师查看实验原始记录、提问和评分，如果发现乱评分现象则对评分同学的实验要适当扣分，以便培育一种同学之间公平竞争的学习氛围。

(二)加强创新能力培养

创新能力培养是每一个高校对学生培养的最高目标。但创新能力不是凭空得来，需要有牢实基础，也要有天马行空的思维。因此，在嵌入式移动通信试验中，针对某些对移动通信和嵌入式特别感兴趣的同学，成立兴趣小组，以兴趣小组为单位，以“实例教学——项目的形式”来指导学生。每成立一个兴趣小组设一名组长，日常管理由组长负责，老师定时对学生进行辅导，在遇到问题时，负责引导学生查资料，自行解决遇到的疑难问题。这样，对学生起到很好的锻炼作用。如果学生有一些新的创意，可以自行组织一个小组进行研究，这时老师仅仅在学生的研究过程中遇到问题时出来提点一下，提高学生的自主性和团队管理能力和协作能力，为以后适用社会做准备。我们的一个兴趣小组现在正在做“自己的月球车”研究，“月球车”技术涉及到与机器人相关的轻型机械、机构、遥控操作、自主导航、通信和机械臂等方面，尽管现在还没有成功，但我们要鼓励学生这种探索精神，因为，这是创新性的源头。

五 结语

为了适用时代发展以及国家培养创新性人才的需要，开展高校教学改革是非常必要的。嵌入式移动通信实验课程教学改革已经开始在我校实施并已取得初步成果。已经进行的教学实践表明，学生的创新意识加强，创新能力明显提升，实验积极性和实践能力得以大大提高。很多创新实验室兴趣小组的学生到了华为、中兴和阿尔卡特－朗讯工作。

［1］刘书勇，武俊鹏，张国印．基于嵌入式技术的计算机接口实验课教学改革［J］．计算机教育，2009(8)．

［2］李文生，邓春健，吕 燚．案例驱动的嵌入式系统教学改革探索［J］．计算机教育，2011(2)．

［3］邓春健，李文生，杨 亮．“ARM嵌入式系统”课程教学方法研究［J］．计算机教育，2010(3)．

［4］张笑燕宋茂强．创新实践教学体系 培养工程化实用型通信软件人才［J］．中国大学教学，2011(4)．

G642．4

A

1674－5884(2012)01－0117－03

2011－11－02

湖南工业大学2011校级教改课题资助项目(2011D57)

陈卫兵(1966－)，男，湖南湘潭人，副教授，博士，主要从事微电子技术、嵌入式系统和移动通信技术研究。

(责任编校 许中坚)