基于翻转课堂的“调制解调概念”互动式教学方法探讨
李文娟，周杰，匡劲松
（陆军炮兵防空兵学院 信息与通信工程教研室，安徽 合肥）
摘 要: 调制与解调是“通信原理”课程中的重要知识点，也是通信系经的重要组成部分。针对该部分知识入门难、理论抽象难懂的特点，从工科学生的认知特点出发，通过课前自学、课中研讨、课后深入学习讨论三者相结合的翻转课程方式进行“调制解调概念”部分教学，达到以学员为主体的教学目的，教学效果良好。
关键词: 翻转课堂；调制；解调；通信原理
一 引言
通信原理课程是通信、信息相关专业的学科基础课程。在该课程中，对调制解调原理的掌握是对学生的基本要求，也是学生学习的重点内容。但是，在调制解调原理的教学过程中，学生普遍反映概念较抽象难懂，对不同调制解调方式之间的关系把握不清，从而导致对实际中调制解调技术的应用理解不透，影响了后续相关知识点的学习与掌握。
单子其将死乎！朝有著定，会有表，衣有禬，带有结。会朝之言，必闻于表著之位，所以昭事序也。视不过结禬之中，所以道容貌也。言以命之，容貌以明之，失则有阙。今单子为王官伯，而命事于会，视不登带，言不过步，貌不道容，而言不昭矣。不道不共，不昭不从，无守气矣。[注]本文引用的《左传》为中华书局影印清嘉庆刊本《春秋左传正义》(北京：中华书局，2009年)。为行文流畅，仅在需要说明处出注。
调制解调的基本概念包括调制解调的目的、调制解调的原理和调制解调的应用三部分内容。通过该部分内容的学习，旨在让学生对调制解调技术有基本的理解，为后续不同调制解调技术具体实现原理的学习打下基础。对该部分的教学基于翻转课堂的教学思路[1]，要求学生课前自学相关知识点，并引发实际问题的讨论，课中对学生把握不清的问题进行研讨式精讲，课后对相关问题进行深入讨论和作业巩固[2]，达到使学生能够全方位地深入理解调制解调概念相关知识点的目的，在教学中起到了事倍功半的效果。
第一，相关执法人员没有根据规章制度和基本原则进行执法，有较大的随意性。人员执法时不仅缺乏一定的规范性，还经常出现对违法行为的判处与相关规定不符等情况，其规范程度有待加强。
二 辩论式进行调制目的教学
对于调制解调目的的教学，课前要求学生自学调制解调的定义和含义，并布置一道讨论题。该讨论题为:假设语音信号的频率范围为300-3400Hz，现在对语音信号进行无线传输，请问天线尺寸为多少可以有效辐射语音信号？选项设置为:A.1米以下；B.1米到100米；C.100米到1公里；D.10公里以上。选取1个班72名学生的回答结果进行经计，有28名同学选择答案A，有1名学生选择答案C，有43名学生选择答案D。排除极其特殊的答案C，大约有40%的学生选择了A，60%的学生选择了D。
在现实生活中，尽管很多学生在课堂上积极表现，参与跨文化教学，学习到了跨文化知识，但是在课后很难及时练习，这也就限制了学生们的跨文化交流能力的提高。学生们的练习渠道有限，合作伙伴缺乏，自身的交际能力得不到练习。因此，英语教师应当为学生提供交流的平台与联系的机会，让学生在课后能够与其他人共同练习英语，学习跨文化知识，在理解与应用中提升自己的跨文化交际能力。学生们可以举办多种多样的英语比赛，比如演讲、戏剧等，还可以邀请英语老师作为裁判打分。
针对前面问题中的A和D答案，课上组织学生进行辩论。根据辩论情况总结，选择A的学生进行选项判断的理由基本上是根据观察日常生活中的实际天线尺寸得出的答案，他们中的大多数学生都举了手机和收音机天线的例子；选择D的学生的理由大多是根据电磁波理论计算得出的答案。根据电磁波传播理论，当天线的尺寸大于被辐射信号波长的十分之一时，才能够保证信号被有效地辐射出去。再根据信号的频率与波长的乘积等于光速的关系，可以根据语音信号的频率计算出信号的波长，从而得到天线的尺寸。以语音信号的最高频率3400Hz可以算出最小波长约为88kHz，从而得出天线尺寸至少为8.8公里。
高锟夫妇的举动其实不乏先例。美国前总统罗纳德·里根就曾在卸任后公开了自己患有阿尔茨海默病的消息，并于1995年创立了里根-南希研究所，专门从事对阿尔茨海默的研究。里根留下的遗产之一，就是引起美国乃至全世界对阿尔茨海默病的关注。在他的影响下，有更多的人勇于公开地承认和谈论自己的病情。
在调制解调概念部分的教学中，选择具有代表性的调幅为例理解调制解调的基本原理，并为后面其它调制方式的学习打下基础。在该部分的教学中，课前，让学生自学基本的调制方式和解调方式。通过自学，大多数学生都能够知道调制有调幅、调频、调相这三种基本的调制方式，解调有包络检波和同步检波两种基本的解调方法，以及载波通常使用余弦信号。分析学生课前自学掌握的情况，提炼出6个问题进行课上探讨。
三 问题式进行调制解调原理教学
在调制从理论到实践应用的教学中，可以穿插一段人文知识，使学生既能够通过学习前人的研究精神和思维方式提升自己的科学素养，又能够进一步理解调制解调技术给生活带来的益处。1906年12月24日圣诞节前夕，晚上八点左右，在新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上，一些听惯了莫尔斯电码声的报务员们，忽然听到耳机中传来朗读圣经的声音。报务员们惊呆了，这其实并不是什么奇迹的出现，而是由美国的物理学家费森登花费了4年的时间设计出来的无线电广播，其核心就是调制系经。从此，电波就能够载着声音开始展翅飞翔了！
问题1:为什么余弦信号可以作为载波？
针对该问题的回答，可以引导学生回顾信号与系经课程中所学过的傅里叶变换的频移性质。频率上位移的改变对应于时域上是信号与复指数信号相乘，根据欧拉定理，可以用余弦信号表示复指数信号。因此，信号与余弦信号相乘可以实现频谱的搬移。
通过课前自学，大多数学生都能够理解标准调幅AM信号的实现方法，但对标准调幅信号的性能讨论不够。接下来两个问题就是针对AM信号在实际使用中性能的考虑所设计的。问题3是针对AM信号对功率的浪费进行分析，问题4是针对AM信号对频谱资源的浪费进行探讨。
面对国内建筑行业与国际接轨的必然趋势、EPC模式相关政策导向与现有问题，建筑施工企业参与EPC项目势在必行。因此，如何谋定而动、谱写开篇，是建筑施工企业亟待思考的核心问题。结合笔者公司发展战略与实施，本文总结出建筑施工企业EPC业务板块拓展战略调整与实施路径的八大要点。
问题3:标准调幅信号的调制效率如何？
问题2:除了余弦信号，还有没有其它信号可以用于载波？
事实上，除了余弦信号，载波还可以使用其它的信号形式，其中比较有代表性的有脉冲信号。这部分内容可以引导感兴趣的学生课下查阅相关资料了解载波的其它信号形式，并与余弦载波进行对比。
针对问题3，可以引导学生从AM信号的组成进行分析。AM信号由边带分量和载波分量组成。只有边带分量与基带信号有关，边带分量携带有用信息[3]。而载波分量并不携带信息，造成了功率的浪费。由于调制效率为有用功率与信号总功率之比，因此AM信号的调制效率比较低，当满调幅时，调制效率才能达到最大值1/3。
在得到AM信号调制效率比较低的结论以后，诱导学生进一步思考提高调制效率的方法。由于载波成分不携带任何信息，如果能够将载波分量去掉，自然就可以得到一种调制效率较高的调制方式，也就是抑制载波双边带调制[4]。通过这种循循善诱的方式，使学生易于掌握双边带调幅的基本原理。
在学生辩论以后，课上引发另一个问题:为什么理论计算得出的答案为D，而实际中使用的情况却是答案A呢？换言之，看似正确的答案通过理论分析却是错误的，而看似错误的答案却被理论证明是正确的。理论与实际之间的差距究竟有多大？通过一连串设疑促思，激发学生的思维，顺理成章地抛出调制在工程实现中的目的。要想缩短天线的尺寸，需要减小被辐射信号的波长，也就是增加辐射信号的频率，调制实现的就是信号频谱从低频处到高频处的搬移。增加频率，这一理论看似简单，但是完成理论到实践的跨越，前人用了整整四年的时间。
问题4:标准调幅信号与基带信号相比，其传输带宽有何变化？
双边带调制虽然提高了调制效率，但是它与AM信号一样，传输带宽都是基带信号带宽的2倍，造成了频谱资源的浪费。引导学生观察双边带信号，它的两个边带中的任何一个都包含了原始基带信号的频谱成分。因此可以进行反问，是否可以只保留其中一个边带呢？答案是肯定的，滤除一个边带，既保留了基带信号的完整信息，又可以节省一半的传输带宽。由此顺理成章地得出更为高效的单边带调制。与标准调幅相比，单边带调制既节省了发射功率，又可以节省一半的传输频带，确实是一种高效的调制方式。讨论到这里，话锋一转，纵观目前主流的通信标准，不论是已呈现出星火燎原之势的LTE，还是最新的wifi标准802.11ac，抑或是在国内外广泛使用的数字电视标准DVB，它们所使用的都是双边带调制，为什么不使用更高效的单边带调制呢？这是因为单边带调制需要比较苛刻严格的条件。引导学生针对这一问题课下在网络平台的讨论区进行深入讨论。
对于这一问题，课上采用matlab仿真的方法进行实验验证。首先给出两个基带信号。第一个基带信号为余弦信号加上常数1，该信号幅度均为正值；第二个信号为余弦信号，幅度正负交替。对这两个信号分别进行双边带调制，再分别进行包络检波。解调结果表明，包络检波法只适用于基带信号幅度全部为正值的情况。因此得出结论，包络检波在实用中主要用于AM信号的解调。
问题5:是否所有的调幅信号均可使用包络检波法进行解调？
综上所述，高龄剖宫产术后孕产妇产后出血发生率较高，而影响其产后出血的危险因素众多，临床工作中可依据其危险因素为高龄剖宫产术后孕产妇实施合理防治措施。
问题6:包络检波法和同步检波法的优缺点各是什么？
该问题安排学生分组讨论并归纳总结。包络检波法的优点是结构简单、成本低，缺点是即使没有发送信号，发射端也要发送一个直流信号，造成了功率的浪费；同步检波法的优点是性能更好，应用范围更广，缺点是需要产生于发射机同频同相的信号，结构复杂，成本高。通过归纳总结，提高学生对这两种解调方法的应用领域的理解。
四 归纳式进行调制解调应用教学
课前安排学生查阅资料，搜集调制解调的应用领域并谈谈自己对具体应用的理解。根据学生提交的课前作业情况来看，搜集的应用领域很多，但对这些应用的归纳整理深度不够。因此，课上选取几个典型应用进行研讨归纳。前面原理学习时使用的载波频率只有一个，为单载波调制。而在实际应用作用，调制使用的载波频率往往不只一个，为多载波调制。
例如，为了充分利用信道资源所采用的频分复用技术。在语音频分复用系经中，使用多个载波频率分别将多路语音信号分别调制到不同的频率处。频率复用所采用的多个载波频率一旦确定就固定不变了，属于固定载波的多载波调制。
再如，军事上为了抗干扰而采用的跳频通信技术。跳频通信是在调制时不断变换载波频率，从而使得调制以后的信号不停地跳动。限于干扰器自身因素的影响，只能对某一频段的信号实施干扰，而对通信的整体效能并未产生较大影响。跳频通信的多个载波频率是动态变化的，属于变化频率的多载波调制。
选取金属包层材料为银，核心及环境的电介质εI=εⅢ=10，波导尺寸RI=85 nm，RⅡ=90 nm，对此波导应用上述方法求解待定系数.当SPP的光子能量为2.1 ev时，可以得到1～5阶模SPP的β和待定系数，见表1．
五 结语
对调制解调的基本概念的理解是学习调制解调具体原理的重要保证。本文基于翻转课堂的思路，要求学生在课前对基本知识进行自学，课上对重点问题进行研讨和实验，课后对难点问题深入讨论和练习。教学反馈表明，该教学方法体现了学生的学习主体性，达到了较好的教学效果。
参考文献
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[4] 何英庆，黄旭方，张海龙. 基于“通信原理教学仿真平台”的课程设计—DSB的调制和解调过程分析[J]. 教育教学论坛，2015（11）:14-16.
本文引用格式: 李文娟，等.基于翻转课堂的“调制解调概念”互动式教学方法探讨[J]. 教育现代化 ,2019,6(45)：250-251,263.
DOI: 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.45.083
作者简介: 李文娟，女，硕士，讲师，研究方向为信号与信息处理；周杰，男，博士，讲师，研究方向为多源信息融合；匡劲松，男，硕士，助教，研究方向为信息与通信工程。
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