高频电路实验课教改的探索和研究

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　　 摘  要：高频电路实验作为一门理论与实践紧密结合的专业基础课程，传统教学模式的效果很不理想。本文结合高频电路实验的教学现状和自身的教学经验，针对该课程难教难学的特点，从五个方面提出了改革方案并运用到实践教学中，力求提高学生的学习兴趣，培养学生的创新思维能力和实际应用能力，取得了教学质量提高的效果。
　　 关键词：高频电路  教学改革  实验  兴趣
　　 中图分类号：G642.0         文献标识码：A            文章编号：1672-1578（2020）02-0035-02
　　1   引言
　　 高频电路是电子信息、通信类专业的一门实践性极强的必修课。该课程讲述了通信系统中的高频单元电路的基本知识，以非线性分析方法为主，分析电路中输入与输出信号对应的关系，内容丰富，应用广泛，为后续专业课程奠定理论和实践基础，在专业体系中处于承上启下的作用。
　　 实践教学是高等教育中的重要环节之一，而实验教学是实践教学的主要内容，是高校培养学生不可或缺的组成部分。电子信息与通信类都是实践性很强的专业，高频电路实验作为电子信息与通信类专业的重要专业实验课，在此类专业中的地位尤其显得举足轻重。设计创新能力必须同时有理论知识和实践能力作为基础。高频理论课程知识仅为学好该课程提供必要的基础，而实际线路的组成、测量方法和仪器设备的使用等技能，还必须在实践中学习和提高。学习高频实验课程不仅可以提高学生对本课程中有关理论知识的理解，还可以加深对“模拟电子技术”、“电路原理”等先修理论课的理解，使学生的理论与实践结合得更加紧密，用理论知识去分析并解决实际的工程问题，提升实际操作能力和动手能力，充分发挥学生的创新精神，增强学生的综合素质，为将来走上社会做好充分的准备。
　　 目前，高频电路实验存在实验结果不稳定、学生兴趣不高、主观能动性较差、以验证性实验为主、学生理论不扎实等问题，给高频实验教学带来很大困难。可见，对高频电路实验课程进行改革是刻不容缓的。为了充分发挥高频实践教学环节的作用，真正提高学生做实验的积极性，针对高频实验教学中出现的问题，可以从以下几个方面进行改革。
　　2   高频实验教学中的改革方法尝试
　　2.1 在实验教学中引入仿真
　　 高频电路对仪器设备精度要求高，实验电路容易受到外界环境的干扰和电路板布线的影响，分布电容、寄生电感、集肤效应的存在均会导致实验结果不准确，以至于部分高频实验调试较难，效果不理想，导致学生信心不足，对高频实验产生畏难情绪，影响了学生做实验的兴趣。
　　 针对高频实验现象不稳定的状况，教师可以将仿真技术引入到教学中，采用EDA（电子设计自动化）软件对高频电路进行仿真分析。目前常用的EDA软件包括Protel、Orcad、Pspice、Matlab、Mutisim[1]。這些软件通过实验平台的搭建和仿真，将实验结果生动地以数值、图像、波形等多种方式展示。教师可以根据具体的问题采用适当的仿真软件作为辅助实验教学的工具，在教学中形象直观地演示实验内容，完善实验方法。比如，LC振荡电路实验，如果单用实验电路来验证振荡器的起振原理，由于起振过程很短暂，通过实验仪器很难观察此过程。若引入仿真，学生可以清晰地体会到LC振荡器的起振过程，从而留下深刻印象。学生回忆起起振理论，随着输入电压的增加，放大器从甲类工作状态向甲乙类、乙类或丙类过渡直到进入平衡状态。通过实验电路的仿真演示使抽象的高频概念变得形象化，帮助学生深入理解理论知识。学生可以将仿真实验和传统实验结合起来，在实验前完成仿真，在实验时候进行验证，与仿真结果形成对比，提高做实验的效率，增强实验效果。
　　 把仿真引入实验环节的另一个优点是可以利用多种多样的虚拟仪器来弥补实验室硬件条件的不足，某些在实验室里不具备硬件条件的高频实验可以通过仿真形式进行设计实现和分析验证，增加学生做实验的兴趣，提高分析问题和解决问题的能力，开拓创新思维。
　　2.2 增加高频实验的趣味性
　　 由于每次做的实验都是无线电收发系统中的一个单元模块电路，如高频小信号谐振放大器、三点式正弦波振荡器等，学生会因为看不到整个发射机或接收机而觉得实验课缺乏吸引力。
　　 教师在实验教学中可以按照先整体后局部的顺序去调动学生的兴趣，提高教学效果[2]。为了建立无线电通信系统的整机概念，笔者在教学中进行的第一个实验为“半双工调频无线对讲机”。由两个实验箱分别充当发射机和接收机的功能，通过插入话筒，实现两台实验箱人声对讲。让学生体会到各个单元电路连接在一起后形成的通信系统的功效，对信号发射和接收的过程产生直观感受。通过实验演示激发学生的兴趣，然后再告诉学生无线电发射机和接收机就是高频电路这门课程的研究对象，比如调频发射机由音源、音频放大、调频、上变频、高频功放等部分组成，调频接收机则由高放、下变频、中频放大、鉴频、音频功放、耳机等构成，以及后续实验课涉及到的项目都是构成无线电发射机和接收机的各个模块电路。这种由整体到局部的思想让学生明白学习高频电路的用途，了解整机的组成原理，建立系统的概念。
　　 此外，还可以通过更新实验内容的方式来提高学生的兴趣，除了经典的高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器等实验外，加入一些与新技术相关的实验，如正交鉴频及锁相鉴频实验，以适应现代电子技术发展。
　　2.3 提高学生的主观能动性
　　 高频实验内容都是教学大纲提前设计好的。按照传统的实验教学方法，先由教师给学生讲解实验原理和步骤，并当场对实验过程做出演示，然后再由学生进行实验操作。很多学生自主意识不强，只会模仿老师，按照实验指导书的步骤去连接电路和调试仪器[3]。遇到问题通常不是学着自己去寻找产生问题的原因，而总是习惯请老师来帮忙，难以靠自己排除故障。这种被动的实验方法让学生收获甚微，不能有效地培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 　　 针对学生在做实验过程中发现的问题，教师可以采用启发式教学方式，启发学生独立思考并积极引导，但不代替学生进行操作。由于学生能力差异比较大，这些问题首先让全班同学讨论，学生可在课堂上积极提出自己的看法。对于一些有代表性或有争议性的问题，由教师予以解答。实验出现的问题解决后，再由学生独立完成实验。例如在做包络检波器实验时，学生不理解示波器出现的梯形波形，这时可以让大家一起讨论产生这种现象的原因，并在实验报告中阐述，教师在下一次实验课时做出解答，让学生深刻理解负峰切割失真。另外，学生对实验仪器的使用有不明白的地方或者调试中出现故障，先让他们自己看实验指导书或者请教其他同学，力争能够通过自身的努力排除故障，这样学生对实验原理和仪器设备的使用有了进一步认识。
　　 启发式教学可以使学生运用已有的知识和技能自觉独立地去探索新知识并掌握新技术，充分发挥主观能动性和创新精神，逐步培养自主分析问题和解决问题的能力。
　　2.4 加大综合设计性实验的比例
　　 目前，大部分高频实验都是以实验箱为基础的验证性实验，教学大纲已经提前定好实验内容，教学方法单一。学生只需要按照实验指导书里面的给出的实验方法和步骤操作，侧重训练调试能力。学生并不熟悉实验箱内部电路，忘记了元器件的选择方法，这种被动的实验方式通常让学生不感兴趣，不能提高主动性和创造性。
　　 因此，合理调整实验内容，加大综合性设计性实验所占的比例。可以由实验教师给出设计题目、技术指标和要求，学生利用实验室现有的硬件设备完成设计任务。根据所学的高频理论知识，自行查阅资料，构思并设计实验方案，推导相关参数，待电路设计完成后进行实验数据的测试，观察并分析实验现象。还可以让学生综合运用高频基本理论和设计方案构建无线电通信系统的发射机和接收机，把各个章节的内容联系起来并整合在一起，完成由局部再到整体的回归。通过开设综合设计性实验，不仅可以巩固所学高频和前修课程的理论知识，还可以学到高频电路设计的基本知识，进而能初步调试与设计基本高频电路，培养学生独立思考的精神，锻炼自学能力、动手能力和创新能力。
　　 另外，可以在实验课程结束之后增加收音机或无线对讲机的电子工艺实训，比如我校电子信息和通信类的专业开设了一周的组装收音机的电工实训。通过电工实训，练习使用烙铁，按照图纸焊接电路板，组装收音机，焊接完成后进行调试。这类实训为加深学生对高频实验课程的理解提供了条件。此外，还可以组织学生参加与高频电路相关的实习、电子设计竞赛和大学生创新训练计划等活动，增加学生的学习兴趣，提高学以致用的能力。
　　2.5 加强理论与实践的联系
　　 高频理论课的内容比较抽象，数学公式多且推導过程繁琐，电路复杂，不易理解，很多学生都对该课程有较深的畏难情绪，造成相关理论知识掌握不好。高频实验课以验证性为主，由于缺乏理论基础作指导，在做实验时只能按照实验指导书的步骤按部就班地连线测数据，不能深入体会实验的本质。如果示波器上出现与常规不同的波形或测得不符合要求的数据，学生不知道从哪里入手去分析问题，到底是实验箱元器件的问题还是自己操作不规范造成的。即使能勉强测试出数据或调试出波形，实验数据的分析处理常常不恰当，实验结果的总结不够好，思考题的回答也不正确。这种理论课和实验课的相脱节的状况造成学生的学习兴趣不高，影响教学效果。
　　 理论来自于实践，同时又指导实践。理论教学与实践教学既不能分离，也不能简单拼合，这两者是相互独立、又相互依存、相互促进的教学体系[4]。因此，教师要恰当处理理论教学与实践教学的关系。一方面，理论课教师和实验课教师应相互沟通，加强理论和实践的联系，改革理论课教学内容和方法，夯实理论知识教学，努力提升教学质量。另一方面，由于我校实验课是在理论课全部结束后才开始，造成大部分同学在做实验时已经遗忘了相应的理论知识。因此，适当调整实验顺序，和理论课保持一致。教师在每一次实验课开始前讲解相应的理论知识，在最后一次理论课和每一节实验课快结束时简要介绍下一个要进行的实验的原理和内容，并利用仿真软件给学生演示。同时要求学生预习下一次实验，并在实验课时上交预习报告，使学生大致了解即将做的实验项目，克服他们的紧张和畏难情绪，增加动手操作的信心，学会用理论来分析实验现象，也通过实验加深对理论的理解。
　　3   结语
　　 本文中，笔者结合自身的教学经验，对高频电路实验教学进行了研究，为教学改革提供了一定的思路。为了进一步提升高频电路实验的教学质量，促进实验教学的发展，教师应在教学中不断改革创新并总结经验，探索本课程有效的教学模式。通过实验教学，开拓学生的视野，激发学习兴趣，提高实践动手能力，为他们后续课程的学习和将来的工作打下坚实基础。
　　参考文献：
　　[1] 兰萍，王朝霞.对高频电子线路教学改革的探讨[J].中国西部科技，2009，8（28）：91-92.
　　[2] 朱颖莉.高频电子线路实验教学改革的探索[J].科技广场， 2008，2008（2）：218-219.
　　[3] 车晓岩，胡新艳.高频电子线路实验教学研究[J].价值工程，2014，2014（8）：233-234.
　　[4] 邓洪波，麦旭均.理论与实践紧密结合，深化高频电路教学改革[J].实验室科学，2013，16（5）：66-68.
　　作者简介：王勤（1987-），女，博士研究生，讲师，研究方向为通信与信息系统。
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