“高频电子线路实验”课程翻转教学模式的探索
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作者:滕旭东 白园飞 麻超 王晓丽
[摘 要] 传统的高频实验教学模式，过于重视理论验证，对高频理论的工程应用能力训练较少。为此，我们引入翻转教学思想，从教学形式和教学方法上进行探索。采用开放式实验模块，将验证和设计结合，课内指导和课外实验相结合，让学生从工程角度来实验电路和分析问题，突出设计性和实用性，从而有效地激发学生的自主学习和主动探究兴趣。
[关键词] 实验模式;翻转教学;开放式模块
[基金项目] 2019年度上海工程技术大学实践教学建设项目资助（X201902003）
[作者简介] 滕旭东，上海工程技术大学电子电气工程学院教师（通讯作者）。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）17-0297-02 [收稿日期] 2019-09-27
一、前言
传统高频电子实验课程教学中缺乏电路设计过程，对高频基本分析方法的运用和必要工程计算等能力培养明显不够[1]，造成学生对高频实验内容兴趣不高，从而制约学生学习的主动探索精神和创新思维。近年来，大量EDA电路仿真软件如Multisim，Pspice，Tina等广泛的使用，高頻实验教学方式也呈现出“以软代硬”“以综合代基础”等特点[2-3]。然而，我们发现这些仿真软件的引入，对学生高频电路的设计、制作和调试能力并没有明显的提高，常规高频测量仪器，如示波器、高频电压表和阻抗分析仪等基本操作反而存在较多问题;其次非线性高频电路实验，如振荡器和变容二极管调频电路等仿真结果与实际电路结果差异较大，给学生理解和分析也带来很多困惑。
因此，我们对高频实验课程引入翻转课堂的思想，把传统课内实验扩展到课内外结合的方式，将单元电路实验转变为功能模块的实验;通过更细化的设计、计算、调试和分析的指导，学生完成实验的同时也提升工程问题的解决能力。
二、实验内容
高频实验课程和理论课程同步开设，实验内容按照通信系统结构分为三个独立的功能模块，每个模块有若干基本电路单元组成，如图1所示。
图1中发射模块实现从产生低频信号，振荡调制，功率放大到天线匹配等发送功能;接收模块实现信号混频、检波和鉴（频）相以及音频功放等功能;开发模块使用集成电路IC，可自由搭建一个简单通信系统，并配置虚拟示波器接口，能够通过学生个人电脑就完成波形的观察。每个模块中，基本单元电路配置多种类型，如发送模块中配置晶体振荡器、Clapp振荡器和压控振荡器等;接收模块中配置集成乘法混频器和双平衡二极管混频器。三个模块均为便携式，可分别独立供电，发射模块和接收模块的基本单元电路结构固定，但关键元器件采用插拔形式，可根据设计要求调整参数。开发模块除主芯片如MC1496，74HC4046等外，电路结构与元器件可以在实验板上灵活布置。
三、实验指导
实验内容为开放性实验，实验过程贯穿整个理论学习过程，如图2所示。从基本电路结构、模拟仿真、电路调试和分析，要求学生必须完成全部训练。
根据课程内容进度，学生应充分理解高频电路工作原理基础上，参考实验指导书中给出参考电路结构、元器件参数选择原则和测量方法等，在实验课前应该完成指定技术指标的基本电路单元设计，可以借助于软件对所设计的电路进行仿真验证，但不要求一定有结果;实验课内重点解决电路设计存在的问题和实验调试和测量方法，不强调学生都按步骤操作，倡导学生与教师讨论来完善各自设计电路;对于共性问题和原理问题进行适当补充，也允许不同组别之间存在实验内容进度差别;学生在课后将继续使用功能模块，通过配置的数据采集器（南京汇虹电子科技有限公司提供），实验课外通过虚拟示波器软件调试电路，不受到课内时间限制，充分扩展学生高频实验的空间和时间;教师应减少实验内容的讲解，更多在于指导学生设计中出现的理论错误，参数计算和设备操作规范，尽量避免为学生调试实验结果。
四、考核管理
根据翻转课堂教学模式，弱化学生出勤率所占比例，强调实验过程和团队合作成效。实验根据功能模块分组完成，每个小组至少四位同学，每个同学分别完成不同的单元电路的设计，最后一起实现模块功能和参数测试[4];教师考核方式不是单纯看学生实验报告，或通过一次考试来给出学生实验掌握情况，而是通过同组学生共同完成进度和技术报告答辩的表现对一组同学给出统一评价;改变实验报告撰写形式，重视设计过程，理论计算和测量分析，不要求同学仔细论述实验过程，步骤和无分析的数据记录;设计的功能模块评估要细化，引入工程技术指标如噪声系数、1dB压缩电平和非线性失真系数等进行量化比较。
五、教改成效
这次教改我们摈弃了传统整体实验箱，取而代之功能模块;实验指导书将基础理论和工程实例设计结合，强调计算分析。学生必须先有设计（含电路仿真），才能调试实际电路，最终完成一个复杂功能模块。
通过三年的高频电子线路实验教学探索，我校高频选修人数、课程通过率、高频类课题申报和竞赛参与度都有显著的提升，见表1。同时教师也不必受到课时限制，课内外都可以指导实验，在完成设计过程中也激发学生主动实验和开拓创新思维，切实提高频理论知识的综合运用能力。
（致谢：非常感谢南京汇虹电子科技有限公司吴达勇总经理在高频电子线路实验平台建设的教学改革中给予的大力支持和帮助！）
参考文献
[1]郑艳华.高频电子线路实验课程中综合性实验项目改革探索[J].课程教育研究，2019，（6）.
[2]王丽.高频电子线路实验课程教学的改革[J].江苏科技信息，2018，35（32）：59-61.
[3]罗晖，王传云.高频电子线路课程实验改革探讨[J].华东交通大学学报，2005，22：71-72.
[4]周梓发，吴波，李超英.高频电子线路教学改革探讨[J].教育教学论坛，2018，24：136-137.
Abstract：The traditional teaching method of high-frequency experiments course gave much more over-emphasis on theoretical verification，instead of high-frequency circuits design training.For this reason，we introduced Flipped Classroom Model （FCM） to improve the teaching mode，which not only help students to deeply understand basic theory of HF，but also greatly inspire the interest of self-study of students，and enhance student’s practical ability to engineering application.
Key words：experimentalmode;Flipped Classroom Model;open module
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