高頻電路實(shí)驗(yàn)課教改探索

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摘要：高頻電路實(shí)驗(yàn)作為一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學(xué)模式的效果很不理想。本文結(jié)合高頻電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀和自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該課程難教難學(xué)的特點(diǎn)，從五個(gè)方面提出了改革方案并運(yùn)用到實(shí)踐教學(xué)中，力求提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)際應(yīng)用能力，取得了教學(xué)質(zhì)量提高的效果。

關(guān)鍵詞：高頻電路;教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn);興趣

1引言

高頻電路是電子信息、通信類專業(yè)的一門實(shí)踐性極強(qiáng)的必修課。該課程講述了通信系統(tǒng)中的高頻單元電路的基本知識(shí)，以非線性分析方法為主，分析電路中輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，內(nèi)容豐富，應(yīng)用廣泛，為后續(xù)專業(yè)課程奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，在專業(yè)體系中處于承上啟下的作用。實(shí)踐教學(xué)是高等教育中的重要環(huán)節(jié)之一，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容，是高校培養(yǎng)學(xué)生不可或缺的組成部分。電子信息與通信類都是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，高頻電路實(shí)驗(yàn)作為電子信息與通信類專業(yè)的重要專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，在此類專業(yè)中的地位尤其顯得舉足輕重。設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力必須同時(shí)有理論知識(shí)和實(shí)踐能力作為基礎(chǔ)。高頻理論課程知識(shí)僅為學(xué)好該課程提供必要的基礎(chǔ)，而實(shí)際線路的組成、測(cè)量方法和儀器設(shè)備的使用等技能，還必須在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和提高。學(xué)習(xí)高頻實(shí)驗(yàn)課程不僅可以提高學(xué)生對(duì)本課程中有關(guān)理論知識(shí)的理解，還可以加深對(duì)“模擬電子技術(shù)”、“電路原理”等先修理論課的理解，使學(xué)生的理論與實(shí)踐結(jié)合得更加緊密，用理論知識(shí)去分析并解決實(shí)際的工程問(wèn)題，提升實(shí)際操作能力和動(dòng)手能力，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為將來(lái)走上社會(huì)做好充分的準(zhǔn)備。目前，高頻電路實(shí)驗(yàn)存在實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定、學(xué)生興趣不高、主觀能動(dòng)性較差、以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主、學(xué)生理論不扎實(shí)等問(wèn)題，給高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)很大困難。可見，對(duì)高頻電路實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革是刻不容緩的。為了充分發(fā)揮高頻實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的作用，真正提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，針對(duì)高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革。

2高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的改革方法嘗試

2.1在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真。高頻電路對(duì)儀器設(shè)備精度要求高，實(shí)驗(yàn)電路容易受到外界環(huán)境的干擾和電路板布線的影響，分布電容、寄生電感、集膚效應(yīng)的存在均會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，以至于部分高頻實(shí)驗(yàn)調(diào)試較難，效果不理想，導(dǎo)致學(xué)生信心不足，對(duì)高頻實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生畏難情緒，影響了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。針對(duì)高頻實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定的狀況，教師可以將仿真技術(shù)引入到教學(xué)中，采用EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件對(duì)高頻電路進(jìn)行仿真分析。目前常用的EDA軟件包括Protel、Orcad、Pspice、Matlab、Mutisim[1]。這些軟件通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和仿真，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果生動(dòng)地以數(shù)值、圖像、波形等多種方式展示。教師可以根據(jù)具體的問(wèn)題采用適當(dāng)?shù)姆抡孳浖鳛檩o助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的工具，在教學(xué)中形象直觀地演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)方法。比如，LC振蕩電路實(shí)驗(yàn)，如果單用實(shí)驗(yàn)電路來(lái)驗(yàn)證振蕩器的起振原理，由于起振過(guò)程很短暫，通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器很難觀察此過(guò)程。若引入仿真，學(xué)生可以清晰地體會(huì)到LC振蕩器的起振過(guò)程，從而留下深刻印象。學(xué)生回憶起起振理論，隨著輸入電壓的增加，放大器從甲類工作狀態(tài)向甲乙類、乙類或丙類過(guò)渡直到進(jìn)入平衡狀態(tài)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)電路的仿真演示使抽象的高頻概念變得形象化，幫助學(xué)生深入理解理論知識(shí)。學(xué)生可以將仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)前完成仿真，在實(shí)驗(yàn)時(shí)候進(jìn)行驗(yàn)證，與仿真結(jié)果形成對(duì)比，提高做實(shí)驗(yàn)的效率，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。把仿真引入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以利用多種多樣的虛擬儀器來(lái)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室硬件條件的不足，某些在實(shí)驗(yàn)室里不具備硬件條件的高頻實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)仿真形式進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和分析驗(yàn)證，增加學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，開拓創(chuàng)新思維。2.2增加高頻實(shí)驗(yàn)的趣味性。由于每次做的實(shí)驗(yàn)都是無(wú)線電收發(fā)系統(tǒng)中的一個(gè)單元模塊電路，如高頻小信號(hào)諧振放大器、三點(diǎn)式正弦波振蕩器等，學(xué)生會(huì)因?yàn)榭床坏秸麄€(gè)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)而覺(jué)得實(shí)驗(yàn)課缺乏吸引力。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以按照先整體后局部的順序去調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，提高教學(xué)效果[2]。為了建立無(wú)線電通信系統(tǒng)的整機(jī)概念，筆者在教學(xué)中進(jìn)行的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)為“半雙工調(diào)頻無(wú)線對(duì)講機(jī)”。由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)箱分別充當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的功能，通過(guò)插入話筒，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱人聲對(duì)講。讓學(xué)生體會(huì)到各個(gè)單元電路連接在一起后形成的通信系統(tǒng)的功效，對(duì)信號(hào)發(fā)射和接收的過(guò)程產(chǎn)生直觀感受。通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示激發(fā)學(xué)生的興趣，然后再告訴學(xué)生無(wú)線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)就是高頻電路這門課程的研究對(duì)象，比如調(diào)頻發(fā)射機(jī)由音源、音頻放大、調(diào)頻、上變頻、高頻功放等部分組成，調(diào)頻接收機(jī)則由高放、下變頻、中頻放大、鑒頻、音頻功放、耳機(jī)等構(gòu)成，以及后續(xù)實(shí)驗(yàn)課涉及到的項(xiàng)目都是構(gòu)成無(wú)線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的各個(gè)模塊電路。這種由整體到局部的思想讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)高頻電路的用途，了解整機(jī)的組成原理，建立系統(tǒng)的概念。此外，還可以通過(guò)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的方式來(lái)提高學(xué)生的興趣，除了經(jīng)典的高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器等實(shí)驗(yàn)外，加入一些與新技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，如正交鑒頻及鎖相鑒頻實(shí)驗(yàn)，以適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展。2.3提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性。高頻實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是教學(xué)大綱提前設(shè)計(jì)好的。按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，先由教師給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)原理和步驟，并當(dāng)場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程做出演示，然后再由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。很多學(xué)生自主意識(shí)不強(qiáng)，只會(huì)模仿老師，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟去連接電路和調(diào)試儀器[3]。遇到問(wèn)題通常不是學(xué)著自己去尋找產(chǎn)生問(wèn)題的原因，而總是習(xí)慣請(qǐng)老師來(lái)幫忙，難以靠自己排除故障。這種被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方法讓學(xué)生收獲甚微，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。針對(duì)學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，教師可以采用啟發(fā)式教學(xué)方式，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考并積極引導(dǎo)，但不代替學(xué)生進(jìn)行操作。由于學(xué)生能力差異比較大，這些問(wèn)題首先讓全班同學(xué)討論，學(xué)生可在課堂上積極提出自己的看法。對(duì)于一些有代表性或有爭(zhēng)議性的問(wèn)題，由教師予以解答。實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題解決后，再由學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。例如在做包絡(luò)檢波器實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生不理解示波器出現(xiàn)的梯形波形，這時(shí)可以讓大家一起討論產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中闡述，教師在下一次實(shí)驗(yàn)課時(shí)做出解答，讓學(xué)生深刻理解負(fù)峰切割失真。另外，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用有不明白的地方或者調(diào)試中出現(xiàn)故障，先讓他們自己看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或者請(qǐng)教其他同學(xué)，力爭(zhēng)能夠通過(guò)自身的努力排除故障，這樣學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和儀器設(shè)備的使用有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。啟發(fā)式教學(xué)可以使學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)和技能自覺(jué)獨(dú)立地去探索新知識(shí)并掌握新技術(shù)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新精神，逐步培養(yǎng)自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。2.4加大綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例。目前，大部分高頻實(shí)驗(yàn)都是以實(shí)驗(yàn)箱為基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)大綱已經(jīng)提前定好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)方法單一。學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書里面的給出的實(shí)驗(yàn)方法和步驟操作，側(cè)重訓(xùn)練調(diào)試能力。學(xué)生并不熟悉實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部電路，忘記了元器件的選擇方法，這種被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方式通常讓學(xué)生不感興趣，不能提高主動(dòng)性和創(chuàng)造性。因此，合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加大綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所占的比例?？梢杂蓪?shí)驗(yàn)教師給出設(shè)計(jì)題目、技術(shù)指標(biāo)和要求，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的硬件設(shè)備完成設(shè)計(jì)任務(wù)。根據(jù)所學(xué)的高頻理論知識(shí)，自行查閱資料，構(gòu)思并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)相關(guān)參數(shù)，待電路設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試，觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。還可以讓學(xué)生綜合運(yùn)用高頻基本理論和設(shè)計(jì)方案構(gòu)建無(wú)線電通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，把各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)并整合在一起，完成由局部再到整體的回歸。通過(guò)開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不僅可以鞏固所學(xué)高頻和前修課程的理論知識(shí)，還可以學(xué)到高頻電路設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，進(jìn)而能初步調(diào)試與設(shè)計(jì)基本高頻電路，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神，鍛煉自學(xué)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。另外，可以在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束之后增加收音機(jī)或無(wú)線對(duì)講機(jī)的電子工藝實(shí)訓(xùn)，比如我校電子信息和通信類的專業(yè)開設(shè)了一周的組裝收音機(jī)的電工實(shí)訓(xùn)。通過(guò)電工實(shí)訓(xùn)，練習(xí)使用烙鐵，按照?qǐng)D紙焊接電路板，組裝收音機(jī)，焊接完成后進(jìn)行調(diào)試。這類實(shí)訓(xùn)為加深學(xué)生對(duì)高頻實(shí)驗(yàn)課程的理解提供了條件。此外，還可以組織學(xué)生參加與高頻電路相關(guān)的實(shí)習(xí)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃等活動(dòng)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)以致用的能力。2.5加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系。高頻理論課的內(nèi)容比較抽象，數(shù)學(xué)公式多且推導(dǎo)過(guò)程繁瑣，電路復(fù)雜，不易理解，很多學(xué)生都對(duì)該課程有較深的畏難情緒，造成相關(guān)理論知識(shí)掌握不好。高頻實(shí)驗(yàn)課以驗(yàn)證性為主，由于缺乏理論基礎(chǔ)作指導(dǎo)，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)只能按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟按部就班地連線測(cè)數(shù)據(jù)，不能深入體會(huì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。如果示波器上出現(xiàn)與常規(guī)不同的波形或測(cè)得不符合要求的數(shù)據(jù)，學(xué)生不知道從哪里入手去分析問(wèn)題，到底是實(shí)驗(yàn)箱元器件的問(wèn)題還是自己操作不規(guī)范造成的。即使能勉強(qiáng)測(cè)試出數(shù)據(jù)或調(diào)試出波形，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理常常不恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)不夠好，思考題的回答也不正確。這種理論課和實(shí)驗(yàn)課的相脫節(jié)的狀況造成學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，影響教學(xué)效果。理論來(lái)自于實(shí)踐，同時(shí)又指導(dǎo)實(shí)踐。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)既不能分離，也不能簡(jiǎn)單拼合，這兩者是相互獨(dú)立、又相互依存、相互促進(jìn)的教學(xué)體系[4]。因此，教師要恰當(dāng)處理理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的關(guān)系。一方面，理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師應(yīng)相互溝通，加強(qiáng)理論和實(shí)踐的聯(lián)系，改革理論課教學(xué)內(nèi)容和方法，夯實(shí)理論知識(shí)教學(xué)，努力提升教學(xué)質(zhì)量。另一方面，由于我校實(shí)驗(yàn)課是在理論課全部結(jié)束后才開始，造成大部分同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)已經(jīng)遺忘了相應(yīng)的理論知識(shí)。因此，適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，和理論課保持一致。教師在每一次實(shí)驗(yàn)課開始前講解相應(yīng)的理論知識(shí)，在最后一次理論課和每一節(jié)實(shí)驗(yàn)課快結(jié)束時(shí)簡(jiǎn)要介紹下一個(gè)要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的原理和內(nèi)容，并利用仿真軟件給學(xué)生演示。同時(shí)要求學(xué)生預(yù)習(xí)下一次實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)課時(shí)上交預(yù)習(xí)報(bào)告，使學(xué)生大致了解即將做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，克服他們的緊張和畏難情緒，增加動(dòng)手操作的信心，學(xué)會(huì)用理論來(lái)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論的理解。

3結(jié)語(yǔ)

本文中,筆者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高頻電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了研究，為教學(xué)改革提供了一定的思路。為了進(jìn)一步提升高頻電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，教師應(yīng)在教學(xué)中不斷改革創(chuàng)新并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索本課程有效的教學(xué)模式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)踐動(dòng)手能力，為他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者:王勤 程輝 單位:1.成都大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2.德陽(yáng)科貿(mào)職業(yè)學(xué)院