高頻電子線路課程教學(xué)改革探討

陳芳妮

高頻電子線路是電子信息、通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程研究高頻電子線路的基本概念、基本原理和基本分析方法,以單元電路分析和設(shè)計(jì)為主,并介紹實(shí)際電路構(gòu)成[1-2]。

高頻電子線路課程集理論性、工程性和實(shí)踐性于一體,具有內(nèi)容多、概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣等特點(diǎn),一直以來(lái)都是電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)“難學(xué)”的課程,學(xué)生普遍反映難以掌握,教學(xué)效果比較差。如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi),讓學(xué)生了解并掌握高頻電子線路的基本理論和基本概念,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、設(shè)計(jì)能力,是該課程教學(xué)改革需要解決的主要問(wèn)題[3]。

1 目前高頻電子線路課程教學(xué)中存在的難點(diǎn)

1.1 課程內(nèi)容多與教學(xué)課時(shí)少的矛盾

高頻電子線路課程的教學(xué)內(nèi)容繁多,涵蓋了整個(gè)射頻發(fā)射、接收機(jī)的各個(gè)模塊單元,包括各模塊的功能、原理、電路、信號(hào)分析、指標(biāo)分析等。此外還涵蓋了一些高頻基礎(chǔ)知識(shí),如選頻回路、阻抗變換、噪聲與非線性失真等內(nèi)容。同時(shí),作為一門(mén)理論性和實(shí)踐性并重的課程,還需要大量的實(shí)驗(yàn)課時(shí)和實(shí)踐設(shè)計(jì)課時(shí)來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的理解,而當(dāng)前各高校都在做教學(xué)調(diào)整,存在教學(xué)學(xué)時(shí)壓縮、課時(shí)較少的情況,教學(xué)內(nèi)容多與教學(xué)課時(shí)少的矛盾就突顯出來(lái)。因此,如何在有限課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)并取得較好的教學(xué)效果成為本課程教學(xué)的難點(diǎn)之一。

1.2 學(xué)生的前修課程基礎(chǔ)薄弱

高頻電子線路通常在電信類(lèi)學(xué)生修完高等數(shù)學(xué)、電路原理、低頻電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)等課程后才開(kāi)設(shè),這些課程都是高頻電子線路的基礎(chǔ)。而電信類(lèi)的教師和學(xué)生都了解,這些基礎(chǔ)課程也并不容易學(xué),因此學(xué)生前修課程基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致在高頻課程的教學(xué)過(guò)程中,涉及到高數(shù)、低頻等課程的內(nèi)容,經(jīng)常遇到學(xué)生已經(jīng)忘記或以前就沒(méi)有掌握的情況,教師需要花費(fèi)一定的時(shí)間幫助復(fù)習(xí)這些內(nèi)容,從而影響了教學(xué)進(jìn)度。

1.3 課程抽象難懂,學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒

高頻電子線路理論性強(qiáng),專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)、名詞概念較多,內(nèi)容抽象難懂,教師為講清楚某些原理需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo),使學(xué)生聽(tīng)課難度增加。加之歷年來(lái)教學(xué)效果都不盡如人意,師兄師姐們的“恐怖形容”增加了學(xué)生的心理負(fù)擔(dān),讓學(xué)生對(duì)這門(mén)課提不起興趣。一旦在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到困難,就容易產(chǎn)生畏難情緒,認(rèn)為自己學(xué)不好這門(mén)課程也是正?，F(xiàn)象,反而不去努力。

2 對(duì)課程教學(xué)方法改革的幾點(diǎn)思考

2.1 挑選合適教材,更新精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容

通信新領(lǐng)域的技術(shù)不斷發(fā)展,高頻電子線路的課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)不斷進(jìn)行更新。選擇的教材應(yīng)能跟上目前高頻技術(shù)的發(fā)展,在保留經(jīng)典高頻電子線路內(nèi)容的基礎(chǔ)上,增加新技術(shù)的介紹及典型的集成電路模塊分析等內(nèi)容,同時(shí)摒棄一些目前已經(jīng)淘汰的電路形式。通過(guò)多方比較和篩選,最終選擇陳邦媛編著的《射頻通信電路》[1]作為教材,能較好地滿(mǎn)足這方面的要求。同時(shí)為適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo),筆者挑選了其中一些重要章節(jié)進(jìn)行教學(xué),主要教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排見(jiàn)表1。

表1 教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排Table1 Contents and classes arrangement of course

由表1可以看出,筆者以選頻回路和阻抗變換、模擬調(diào)制原理及電路、發(fā)送和接收機(jī)結(jié)構(gòu)、混頻器原理與電路、振蕩器的原理與電路為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)安排了3次習(xí)題課,通過(guò)對(duì)課堂布置作業(yè)的講解及課外作業(yè)的拓展,讓學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容。在課堂教學(xué)時(shí),簡(jiǎn)略理論推導(dǎo),突出重點(diǎn)。由于學(xué)生的前期基礎(chǔ)薄弱,高數(shù)、低頻、信號(hào)與系統(tǒng)等課程知識(shí)不扎實(shí),在教學(xué)中可略講理論推導(dǎo)過(guò)程,重點(diǎn)講清原理和結(jié)論,加強(qiáng)對(duì)具有實(shí)用價(jià)值的單元電路進(jìn)行分析,讓學(xué)生從復(fù)雜的推導(dǎo)過(guò)程中解脫出來(lái)。一方面提高教學(xué)課時(shí)的有效利用率,另一方面為學(xué)生減輕難度。

2.2 教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化概念

結(jié)合近年來(lái)的教學(xué)情況,讓學(xué)生覺(jué)得高頻難學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵原因是教學(xué)中強(qiáng)調(diào)以電路的角度來(lái)講解,從而使學(xué)生缺乏系統(tǒng)觀念和工程觀念,導(dǎo)致所學(xué)知識(shí)與實(shí)際通信應(yīng)用無(wú)法銜接起來(lái),達(dá)不到較好的學(xué)習(xí)效果。因此如表1所示,筆者在講完基礎(chǔ)知識(shí)選頻和噪聲后,將第四章發(fā)送與接收機(jī)結(jié)構(gòu)提前教學(xué),首先幫助學(xué)生建立起通信系統(tǒng)的概念,然后在講授各章節(jié)即各個(gè)單元電路時(shí),抓住系統(tǒng)—模塊—電路—信號(hào)這4個(gè)層次,引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)到各模塊再到具體電路和信號(hào)分析步步深入。首先介紹該單元電路的應(yīng)用場(chǎng)合、在系統(tǒng)中的所處的位置,再?gòu)乃鶓?yīng)完成的功能出發(fā),分析其性能對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響,進(jìn)而探討具體電路方案,分析信號(hào)產(chǎn)生及傳輸,引導(dǎo)學(xué)生去思考如何由基本電路衍生出符合系統(tǒng)要求的實(shí)用電路。通過(guò)這樣的教學(xué)方法,學(xué)生普遍反映能看清楚系統(tǒng)全貌,更好地理解課程各個(gè)章節(jié)的關(guān)聯(lián)和各單元電路間的連接方式及相互間的影響,在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠自覺(jué)進(jìn)行歸納比較,逐步建立系統(tǒng)觀念,分析電路的能力得到明顯提高。避免了以前學(xué)生學(xué)完本課程連課程內(nèi)容都說(shuō)不清的尷尬局面。

2.3 改善課堂教學(xué)組織結(jié)構(gòu)

隨著多媒體教學(xué)的普及,現(xiàn)在大部分高校都采用多媒體教學(xué)方式。高頻電子線路也應(yīng)該采用此種方式,主要的好處有二:一方面事先制作好的課件可以大量節(jié)約上課時(shí)教師板書(shū)和畫(huà)圖的時(shí)間,增加教學(xué)容量,提高教學(xué)節(jié)奏,便于對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行比較分析,從而比原來(lái)的黑板板書(shū)進(jìn)行說(shuō)明更方便更明了;另一方面可以通過(guò)增加超鏈接,將圖、文、聲、動(dòng)畫(huà)、仿真軟件等形式嵌入多媒體課件中,使抽象的內(nèi)容形象化、生動(dòng)化,易于學(xué)生理解與接受。

例如,調(diào)制與解調(diào)是高頻課程中的重點(diǎn)內(nèi)容,且調(diào)制、解調(diào)概念比較抽象,學(xué)生難以理解,因此教師在制作課件時(shí)可在該章節(jié)增加超鏈接,例如使用Multisim、PSpice等電子電路仿真軟件創(chuàng)建電路來(lái)完成雙邊帶信號(hào)(DSB)調(diào)制[4-5],還可以創(chuàng)建包絡(luò)檢波電路來(lái)完成普通調(diào)幅(AM)波的解調(diào),通過(guò)改變電路中電阻、電容的值來(lái)觀察輸出波形和檢波失真的情況。筆者通過(guò)Matlab軟件編程,完成了各種模擬調(diào)制與解調(diào)過(guò)程。如圖1所示,利用GUI用戶(hù)圖形界面顯示各種調(diào)制方式下的時(shí)域和頻域波形,并可以改變信號(hào)的電壓、頻率、波形等參數(shù)來(lái)觀察仿真波形的變化。通過(guò)這樣的仿真演示,讓學(xué)生能一目了然地看到信號(hào)的演變,增加趣味性同時(shí)加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解,有助于提高教學(xué)效果。

由于多媒體課件上課節(jié)奏快,容易給學(xué)生重點(diǎn)不突出、上課印象不深的感覺(jué),因此在采用多媒體教學(xué)的同時(shí),教師應(yīng)注重與傳統(tǒng)板書(shū)的有機(jī)結(jié)合。將每次課堂教學(xué)內(nèi)容提綱書(shū)寫(xiě)于黑板上,讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo),同時(shí)重要的電路結(jié)構(gòu)、公式推導(dǎo)和結(jié)論也應(yīng)體現(xiàn)在黑板上,突出重點(diǎn)。

2.4 及時(shí)小結(jié),反復(fù)強(qiáng)調(diào),貫穿始終

課堂教學(xué)中教師要用多種方式經(jīng)常為學(xué)生歸納小結(jié)前期教學(xué)內(nèi)容,溫故而知新,列表對(duì)比法就是很好的一種小結(jié)法。例如學(xué)習(xí)選頻回路時(shí),可將LC并聯(lián)諧振回路和LC串聯(lián)諧振回路的特性列一張表格,將兩者的標(biāo)準(zhǔn)電路形式、諧振定義、諧振頻率、諧振阻抗、Q值、帶寬、幅頻特性、相頻特性、電抗特性等一一進(jìn)行對(duì)比,有助于加深記憶和理解。又如學(xué)完調(diào)制與解調(diào)原理后,可以列一張AM、DSB、SSB、FM 調(diào)制信號(hào)對(duì)比表,將它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式、調(diào)制系數(shù)、調(diào)制信號(hào)波形、頻譜結(jié)構(gòu)、帶寬等參數(shù)一一填入表中,從而使學(xué)生更好地理解每一種調(diào)制方式的本質(zhì)。

同時(shí)教師在講新課內(nèi)容時(shí),要及時(shí)聯(lián)系前期課程乃至前修課程的內(nèi)容,不主張?jiān)倩ù罅繒r(shí)間和精力進(jìn)行理論推導(dǎo),但要強(qiáng)調(diào)基本概念和結(jié)論,及時(shí)復(fù)習(xí)和習(xí)題課可以幫助大部分學(xué)生跟上教學(xué)進(jìn)程。

圖1 模擬調(diào)制波形仿真Fig.1 Simulation of analog modulation waveform

2.5 利用網(wǎng)絡(luò)資源,擴(kuò)展教學(xué)時(shí)間和空間

充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,積極開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)教學(xué),擴(kuò)展教學(xué)時(shí)間和空間是彌補(bǔ)課堂教學(xué)課時(shí)不足,增強(qiáng)師生交流的另一個(gè)有效途徑。比如可以建立課程網(wǎng)站,通過(guò)網(wǎng)站可以進(jìn)行教學(xué)通知、課程學(xué)習(xí)、作業(yè)提交與批改、自我測(cè)驗(yàn)、答疑等教學(xué)活動(dòng),充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主化和個(gè)性化,對(duì)課堂教學(xué)將是一個(gè)有力的幫助和促進(jìn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

總之,在提倡素質(zhì)教育和電子信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的過(guò)程中,如何更好地實(shí)現(xiàn)高頻電子線路課程的教學(xué)改革,是值得大家共同思考的問(wèn)題。廣大教師必須積極調(diào)整教學(xué)思路,勇于創(chuàng)新,努力根據(jù)講授內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際,不斷探索新的、易于被學(xué)生接受的教學(xué)方法,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,引導(dǎo)學(xué)生去思考、觀察、比較、分析、歸納。只有這樣,才能提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量,才能使學(xué)生學(xué)到真本領(lǐng),實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)。

[1] 陳邦媛.射頻通信電路[M].2版.北京:科學(xué)出版社,2006.

[2] 蔡志民,陳曉芳.高頻電子線路教學(xué)改革的思考[J].科技廣場(chǎng),2007(12):204-205.

[3] 石博雅.《高頻電子線路》課程改革探討[J].中國(guó)電力教育,2008(17):136-137.

[4] 劉巧,劉恩博,鄧紅濤,等.Multisim 8在高頻電子線路課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].大眾科技,2009(6):170-171.

[5] 李紅英,賀海清.OrCAD/PSpice在高頻電子線路中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006(17):98-100.