基于虚拟实验平台的“高频电子线路”教学方法实践与探索
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摘要：“高频电子线路”课程是通信电子专业一门重要的技术基础课，如何提高学生对这门课程的深入理解一直是高校教学任务研究的重要内容。由此，本文提出在教学中将虚拟仿真平台与课程内容相结合起来，进一步加深学生对高频电子线路理论及电路设计的研究。
关键词：虚拟实验；高频电子线路；虚拟仿真；教学方法
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0162-02
一、前言
“高频电子线路”是高等院校通信电子专业的专业基础课，由于其基本理论知识比较抽象、电路设计比较复杂，一直被学生认为是较难学懂的课程。为了提高学生对电路设计的认识，[1，2]等文献提出，将虚拟仿真实验引入课堂的教学方法，把电路的理论分析与电路实践相结合，可加深学生对电路等课程的认识。虚拟仿真实验平台由于具有仿真效果逼真、易于安装等特点，近年来已经开始受到很多高校的重视，建立了相关的虚拟仿真实验室，同时许多高校专门对一些虚拟仿真实验进行研发，以适应不同专业不同课程学生的需要。
如何将虚拟平台与“高频电子线路”这门课程结合起来，则成为高频课程教学研究的重要内容。
二、虚拟实验平台在教学中的应用
一般来说“高频电子线路”课程的组成主要包括三个方面——理论课堂教学、实验教学和课程设计。理论教学是以学习基本知识为主，包括电路工作原理、电路设计、参数设置等内容，然而相对于学生来说，这些理论比较抽象，不容易理解；高频实验内容主要是对理论教学进行辅助，主要包括对理论教学主要内容进行验证，其实验为已经设计完成的电路板，学生通过调整简单的电阻、电容等参数观察输出信号的变化，以达到对教学内容进行进一步理解作用，然而这种验证的实验对学生来说仅仅是连接输入输出导线、接信号源与示波器、观察输出输入波形，对电路设计的理论知识难以进一步理解；高频课程设计是则是学生依据基本理论知识，设计并实现一定功能的电路，一般来说，由于电路成本及高频电路容易受到干扰等原因，大多数都停留在理论设计层面，很少真正地去实现。
虚拟仿真实验平台可以有效地对电路设计进行模拟仿真，由此，本文提出将虚拟仿真实验平台与高频电子线路理论课程、实验教学、课程设计相结合的起来，以达到进一步提高“高频电子线路”课程教学质量的目的。
（一）虚拟实验平台在理论课堂的应用
传统的“高频电子线路”课堂理论教学内容比较枯燥，尤其是电路的设计几乎都需要利用公式推导计算得到结果，而这些结果是否正确、能否达到实现电路功能的目的，难以被学生在课堂中得到认可。虽然一些实验设备可以有效地对理论进行验证，但是由于实验设备体积较大，配套设备也较多，难以搬入课堂在教学中进行验证。选取虚拟仿真实验平台在教学中应用可以有效解决这一难题。
依据教学内容在虚拟仿真平台上设计对应的电路。比如LC选频网络，其电路仅仅需要将电感、电容、电阻和信号源连接起来，如何设计这些元器件的参数，则需要在课堂上根据相关知识点推导完成。计算结果，获取元器件参数数值，并在虚拟仿真平台中连接，最后，通过软件中的示波器、频谱仪观察实验结果。也可以随时修改元器件参数，观察电感、电容、电阻变化对选频网络的影响。这种虚拟实验平台“搬入”课堂，使学生更为直观地观察到理论与实践结合的效果，加深对相关知识的理解。
另外，由于在高校中大多数教师都采用多媒体教室上课，为了防止计算机病毒传播，多媒体教室中的电脑多数选择安装“还原精灵”。需要选择合适的软件平台适合在多媒体教室中使用，现在流行的电子线路仿真平台也比较多，安装时间短、仿真效果好的仿真软件平台成为教学中的首选，如WEWB软件的大小仅仅18M，直接拷贝到计算机中即可使用，省去安装的环节。
（二）虚拟实验平台在实验教学中的应用
针对“高频电子线路”这门通信专业的基础课程，传统的实验室中的实验几乎都是利用实验箱中的实验板进行验证实验，学生可以通过动手连接输入输出导线，通过示波器观察电路输出波形，对相关理论进行验证。这种实验学生做起来内容简单，按照实验步骤一步一步操作即可完成，学生只能直观了解电路的结构、基本内容，难以进一步对理论进行深入了解。实验箱所做的实驗几乎都是验证性实验，现在高校教学中所提倡的综合性、设计性、研究探索性实验[3]很难利用这种实验箱来实现。充分利用电子线路仿真平台可以说是对“三性”实验的补充，教师可以依据教学内容，设计适合在仿真平台中实现的“三性”实验，如在“高频电子线路”课程中，给出载波、调制信号参数，要求学生依据调幅波调制基本理论，设计“对称斩波调幅”仿真实验，学生自行发挥，实现幅度调制过程。
电子线路仿真平台在学校机房即可使用，教师可以依据教学内容增加“三性”实验，对现有的实验内容进行补充。
（三）虚拟实验平台在课程设计中的应用
课程设计是“高频电子线路”课程中重要的实践环节，考查学生是否能够根据理论教学内容独立完成一个电路的设计，是对理论内容理解程度的一个检验，是学生利用理论完成实践内容的重要练习过程。
传统的课程设计中，学生根据课程设计内容计算参数，完成设计电路设计，电路是否正确却难以判断。如果采用实物实现，测试条件、成本等问题也难以解决。利用虚拟平台可以有效解决以上存在的问题。
教师根据教学内容，给出课程设计内容及相关参数，学生首先设计电路完成先关参数计算，然后通过虚拟仿真软件，依据所设计的电路进行仿真实现，并验证所设计的电路是否正确。如果所设计的电路存在问题，则可以随时修改电路、调整参数，直到能够正常工作为止。在虚拟仿真软件中修改参数容易，比起用实物电路验证来说，简单易操作，因此，许多院校已经开始将虚拟平台用于课程设计。
（四）虚拟平台与实物实验关系
由前面分析可知，虚拟实验平台可以应用在“高频电子线路”中的各个环节，尽管虚拟实验平台几乎可以模拟所有的电路，但是学生毕业走向工作岗位后接触和设计的是具体的电路，完全采用虚拟实验平台可能会导致学生对具体实物不了解，难以很快进入工作状态，因此，虚拟实验平台只是对实物实验的一个补充，不能取代实物实验。只有合理运用虚拟实验平台才能更有效地发挥其作用，达到提高教学水平的目的。
三、结论
由于虚拟实验平台做仿真实验操作简单、观察结果方便，合理地将其用于“高频电子线路”教学中，可以提高学生对这门课程的理解与掌握情况。
参考文献：
[1]全晓莉，周南权.基于虚拟仪器技术的数字电路实验系统研究[J].实验技术与管理，2014，（04）：96-98.
[2]孙荣平，戚甫峰.基于多媒体仿真技术的电路与电子技术虚拟实验教学系统[J].实验技术与管理，2001，（04）：46-49+53.
[3]牛芳琳，于玲，王琼.虚拟实验平台在电子线路教学的应用[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2014，（01）：121-123.
[4]袁敏.高频电子线路实验教学新模式研究[J].科教导刊（下旬），2015，（11）：81-82.
[5]廖永忠.《高频电子线路》课程教学改革探索[J].长江大学学报（自科版），2014，（22）：116-118.
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