中国现代教育装备
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 实验室建设  
空间电磁环境监测信号处理科教一体实验平台设计与应用
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2021-9-22 17:16:14
  [导读]为更好地落实立德树人根本任务,以太阳射电观测科技前沿研究为基础,自主研发了本套融科研与教学于一体的实验平台,该平台包括天线接收、模拟前端、数字接收机和上位机等部分。学生通过该平台可以开展多项信号处理实验项目,也可以此为基础开展相关的科学研究。本实验平台有效激发了学生的实验热情、科学探索精神和创新意识,为综合素质培养、拔尖人才培养提供了强有力的支持。

  实验教学是高等教育中的重要实践教学环节,是培养学生创新能力、实践能力和综合素质的重要教学手段[1],也是落实“以学生为中心”的教育理念不可或缺的一环。

  为深入贯彻落实党的十九大精神,更好地落实立德树人高校根本任务,克服“数字原生代”或“网络一代”[2]大学生对常规教学和以软件仿真为主的实验方式产生的审美疲劳,提高理论知识和实验过程的耦合度,提升学生的综合实验能力和创新实验能力,本着“以学生发展为中心、以教促研、以研促教”的原则,教学团队成员不断提升自身在人才培养中的教学和研究能力,自主研发了本实验平台。平台以空间电磁环境信号为研究对象,应用信号采集处理、数字信号处理等技术,将太阳射电观测的科学前沿研究融入教学实践中,将理论教学应用于科研载体上。本实验平台主要涉及信号与系统、数字信号处理、硬件描述语言与FPGA技术等本科专业课程(简称3门主要课程)和地球物理学专业的射电观测技术专题硕士研究生课程,已依托该平台规划了演示与验证型、综合与设计型、研究与创新型共3层次的7项实验项目。有效实现了科教融合,推动了实验教学方法、教学手段的改革创新,解决了多门课程教学中的部分重点、难点问题;提高了教师在人才培养中的教学与研究能力,以及学生的实践能力和创新能力。

  1 整体架构

  2 主要功能模块设计

  3 教学设计

  4 主要特色

  5 结语

  本实验平台已先后在山东大学(威海)自动化、测控技术与仪器、电子信息科学与技术等本科专业和地球物理学、信号与信息处理等研究生专业得到了应用,受益学生覆盖广,有效支持了3门主要课程的理论教学与实验教学,得到了广大师生的好评。系统中的天线模块、模拟前端模块、数字接收机模块和上位机模块,让学生对信号采集、数字化处理和显示有了较为全面、系统、直观的理解,实现了虚拟到现实的跨越。模块化的设计,有助于学生由浅入深、循序渐进,由简单到复杂,由局部到整体地开展实践探索活动。以此平台为基础,学生可以对各功能模块进行重新组合与二次开发,从而构建新的创新实验作品及工程项目,有助于提升学生的实践能力,加强学生对科技的热爱,挖掘学生的好奇心,强化学生的创新思维,增强学生的创新意识和工程意识。

  参考文献

  [1] 李和平,龚波林,刘万毅.深化实验教学改革强化技能型人才培养[J].实验技术与管理,2013,30(2):59-161.

  [2] 周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究,2017,5(3):22-35.

  [3] JOHN D K, RONALD J M . Antennas: for all applications, third edition[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2006.

  [4] 习友宝,李朝海,陈瑜,等.以学生为本 培养学生实践创新能力[J].实验室研究与探索,2019,38(9):170-173.

  [5] DE JAGER H J, NIEUWENHUIS F J. Linkages between total quality management and the outcomes-based approach in an education environment[J]. Quality in Higher Education, 2005, 11(3): 251-260.

严发宝 武 昭 常树旺 苏艳蕊 陈耀 山东大学(威海)


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