虚拟仿真技术与`其在《光纤通信》课程实验教学中应用探索与实践.docVIP

虚拟仿真技术及其在《光纤通信》课程实验教学中应用的探索与实践 　　【摘要】虚拟仿真技术是实践教学改革的重要发展方向之一。针对电子信息类专业人才培养需求，结合南京邮电大学《光纤通信》课程教学实践，讨论了基于虚拟仿真技术的实验教学及其实践 【关键词】虚拟仿真 实验教学 电子信息 光纤通信 【Abstract】Virtual simulation technology is one of the most important development directions for experimental teaching mode. Focusing on Electronic Information Engineering Personnel Cultivation， this paper proposes the exploration and practice of virtual simulation experimental teaching for Optical Fiber Communication course in NJUPT. 【Keywords】Virtual Simulation； Experimental Teaching； Electronic and Information Specific； Optical Fiber Communication 【基金项目】江苏高校品牌专业建设工程资助项目（TAPP：P，“十二五”国家级虚拟仿真实验中心建设项目，南京邮电大学教学改革重点课题（JG00215JX01，JG00215JX54） 【中图分类号】G482 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0254-02 1.引言 电子信息产业已经是我国国民经济第一大产业，同时也是当前国际间新一轮产业竞争和抢占经济科技制高点的战略先导领域[1][2]。电子信息技术的不断进步和突破，对高校电子信息类专业人才培养提出了新的需求：必须进一步加大力度培养全面掌握电子信息技术和经过充分训练的创新型人才，以适应行业发展和区域经济发展的迫切需要 《光纤通信》是通信工程、电子信息工程、光电科学与技术等多个电子信息类专业的核心专业课之一。随着技术的进步和教学内容的更新，传统的以实验箱为主的实验实践教学模式已经无法满足需要，而依托真实系统设备建设实验室也面临着投入巨大和更新频繁等挑战。因此，引入虚拟仿真实验技术并依托包括虚拟现实、多媒体和通信网络等手段，构建虚拟实验环境和实验对象，不仅可以以较低的成本开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。同时，也为实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，特别是在一些不可及或不可逆的实验环节提供了可靠、安全和经济的实验手段[3] 2.虚拟仿真实验教学特点 随着技术的不断发展和教学内容的深化，采用传统实验实践教学模式日益受到局限，引入虚拟仿真技术手段可以更好地推动信息化条件下学生的自主学习、探究学习、协作学习等实验教学方法的改革，也为教师提高教学能力、丰富教学内容、拓展实验内容提供了良好的手段。另一方面，现代电子信息系统多为大型复杂系统，成本高且难以进行二次开发，虚拟仿真实验教学具有诸多优点： （1）实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。以《光纤通信》课程为例，光纤传输参数中损耗系数的基准测量方法为剪断法，测试中需要对光纤进行多次剪断，在大规模实验中受到许多条件的制约。而虚拟仿真技术可以模拟近似真实的光纤线路，构造虚拟剪断测试点，这样不仅可以不受有限的硬件资源限制，同时也可以获得近似真实环境下的实验结果和数据 （2）有效解决传统实验教学模式中存在的高成本和高消耗等缺点。传统的光纤通信系统性能实验教学环节中，需要有完整的多个节点组成的真实系统，同时还要配置包括传输分析仪、信号发生器、光谱分析仪及网络分析仪等贵重测试仪器，成本极高且对操作者的要求也很高。引入虚拟仿真技术开展实验，有效地解决了制约实验教学的初次投入问题 （3）开发现阶段技术条件不具备或无法实现的实验教学功能。当前光纤通信已经进入100Gbit/s时代，而400Gbit/s乃至更高传输速率的系统也已在开发中，如此高的传输速率使得现阶段开发包括调制、编码、解调、接收等实验装置都非常困难，这也催生了只有依靠虚拟仿真技术才能开展相关的教学活动 （4）拓展实践教学开展模式和促进终身学习。以大规模在线开放课程（MOOC）为代表的在线教学已经成为当前高等教育界普遍关注的热点话题。传统的实践教学要求学生必须到实验室现场完成教学活动，而虚拟仿真技术的引入可以在很大程度上改变这一格局。随着包括智能手机和平板电脑等终端的普及，未来将会有更多的实践教学