電子技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)綜合改革研究

嚴(yán)紅麗， 計(jì)成超， 石永華， 張陽熠

隨著人類的步伐跨入21世紀(jì)，信息經(jīng)濟(jì)時代已經(jīng)來臨。在信息經(jīng)濟(jì)時代，只有掌握最先進(jìn)的信息技術(shù)才能把握時代經(jīng)濟(jì)的命脈。信息技術(shù)是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要驅(qū)動力，電子信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。電子信息科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、自動化等電氣信息類專業(yè)，正是為了社會各行各業(yè)對信息技術(shù)人才的需求以及自身發(fā)展的需要而考慮開設(shè)的。目的就是為了培養(yǎng)和輸送社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的具有較高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

電氣信息類專業(yè)開設(shè)的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)核心課程一般包括：電路分析、高頻電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理等。這些課程的特點(diǎn)是覆蓋面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，是理論與實(shí)踐緊密相關(guān)的課程，是培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的重要課程。如果理論和實(shí)踐教學(xué)有脫節(jié)，學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力得不到有效鍛煉和提高，則不利于實(shí)現(xiàn)和保障應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，對電子技術(shù)類的基礎(chǔ)核心課程的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行整合以及教學(xué)方法等方面進(jìn)行綜合改革，對培養(yǎng)具有較高素質(zhì)的應(yīng)用型人才非常必要。

1 綜合改革的意義

在“培養(yǎng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的較高素質(zhì)應(yīng)用型人才”的辦學(xué)思想指導(dǎo)下，為加強(qiáng)和重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該對電子技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)采取了一些旨在突出實(shí)踐能力培養(yǎng)的新做法，如整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將一部分實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立設(shè)課，調(diào)整實(shí)驗(yàn)課時數(shù)等。

以電子信息工程專業(yè)為例，電路分析、高頻電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理這五門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程通常的教學(xué)計(jì)劃進(jìn)程安排如表1所示。從表1可以看出，這幾門課在這個專業(yè)中占的分量很重，電路分析實(shí)驗(yàn)是單獨(dú)設(shè)課的。電路分析是電類專業(yè)入門的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生掌握了基本電路的分析方法，可以為學(xué)習(xí)后續(xù)幾門課程打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)了信號與系統(tǒng)課程后，才能為數(shù)字信號處理和通信原理兩門課程打下基礎(chǔ)。即這些課程都是相關(guān)的，互相聯(lián)系的,也有許多基本教學(xué)內(nèi)容是部分重疊的。如電路分析課程中，動態(tài)電路的頻域分析這一部分教學(xué)內(nèi)容和《信號與系統(tǒng)》中連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域分析的內(nèi)容基本上相同。其它課程均有這樣的情況，即兩門課程或者多門課程間的內(nèi)容有很多相同的內(nèi)容。

由上面的分析知，這幾門課程有許多基本教學(xué)內(nèi)容相互貫通、相互融合。另外，各門課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也有部分重疊，如高頻電子技術(shù)的幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)和通信原理的模擬乘法器幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本一樣。

表1 教學(xué)計(jì)劃進(jìn)程表

因此，需要對這些相關(guān)課程進(jìn)行總體規(guī)劃，由單一課程建設(shè)向綜合優(yōu)化的課程群建設(shè)方向轉(zhuǎn)化，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，壓縮重復(fù)內(nèi)容，減少課程學(xué)時數(shù)，強(qiáng)化實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

2 理論教學(xué)內(nèi)容的梳理、重組和優(yōu)化

在對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革前，必須先對理論課的知識體系進(jìn)行梳理、重組和優(yōu)化，重新設(shè)計(jì)教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃，否則達(dá)不到實(shí)踐體系改革的目的。

對電子技術(shù)類課程進(jìn)行綜合改革，關(guān)鍵是五門核心基礎(chǔ)課程的知識點(diǎn)的融合和分解，通過融合和分解，可以減少和消除內(nèi)容的重復(fù)，有利于教學(xué)效果的再提高。

如《信號與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》都有離散信號的時域分析和Z變換的內(nèi)容?！缎盘柵c系統(tǒng)》中的周期信號的傅里葉級數(shù)和非周期信號的傅里葉變換教學(xué)內(nèi)容又和《通信原理》中的確知信號的內(nèi)容基本相同。而《信號與系統(tǒng)》中的傅里葉變換中的頻移性質(zhì)、《通信原理》中的線性調(diào)制的原理、《高頻電子技術(shù)》調(diào)制的原理是基本一樣的。此外《電路分析》和《信號與系統(tǒng)》都有拉普拉斯變換和關(guān)于動態(tài)電路的頻域分析等內(nèi)容。

在處理諸如重復(fù)內(nèi)容的問題上，有的教師會將和其他課程重復(fù)的內(nèi)容略講或者干脆不講，這樣做盡管解決了該課程的課時有限的問題，但是會和其他課程銜接不上，給學(xué)生的印象是課程間是獨(dú)立的、沒有關(guān)聯(lián)而不成體系；有的教師會全部內(nèi)容都講而不管和其他課程的內(nèi)容是否有重復(fù)，這樣必然會引起課時不夠、重點(diǎn)不突出的問題。因此，需要對課程進(jìn)行再分解和設(shè)計(jì)，突出各門課程的側(cè)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)課程體系的優(yōu)化[1-3]。

課程《信號與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》兩門課都是從時間域到變換域，都注重實(shí)例分析，并且都對離散信號的時域分析和頻域分析進(jìn)行了非常詳細(xì)地闡述。因此，可以從一門課中刪除這部分內(nèi)容而在另一門課中保留。處理的結(jié)果是：《信號與系統(tǒng)》側(cè)重于確定性連續(xù)時間信號和系統(tǒng)分析，不再講述離散部分，而《數(shù)字信號處理》以離散時間信號和系統(tǒng)分析、數(shù)字譜分析和數(shù)字濾波為主要內(nèi)容。同理，在《信號與系統(tǒng)》里講授傅里葉級數(shù)和傅里葉變換，而《通信原理》不再講解，《通信原理》里著重講解線性調(diào)制，而其它課程可以簡單講解。依此，可以避免重復(fù)和可能出現(xiàn)疏漏的問題。圖1是改革后各課程之間知識的融合與分解示意圖，圖中的數(shù)字1-5分別代表電路分析、高頻電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理等五門課程。

圖1 各課程之間知識的融合與分解

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合和分解

理論與實(shí)踐相結(jié)合一直是工科類專業(yè)長期以來行之有效的學(xué)習(xí)方法。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)體系中，沒有考慮相關(guān)課程間的特點(diǎn)和相互聯(lián)系性，每門課單獨(dú)設(shè)定各自的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，彼此之間沒有關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)是各門課會有相同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路是去掉重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，將重復(fù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只作為一門課的實(shí)驗(yàn)，節(jié)約課時，提高了效率。

將各門課程的理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行融合和分解后，就可以對各門課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也進(jìn)行融合和分解。如抽樣定理是《信號與系統(tǒng)》的一個實(shí)驗(yàn)，同時，也是《通信原理》的一個實(shí)驗(yàn)；調(diào)制與解調(diào)是《高頻電子技術(shù)》的一個實(shí)驗(yàn)，同時也是《通信原理》、《信號與系統(tǒng)》一個實(shí)驗(yàn)。因此《電路分析》中的系統(tǒng)頻響分析實(shí)驗(yàn)，可以放在《信號與系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)課程中，同時《信號與系統(tǒng)》的離散相關(guān)的實(shí)驗(yàn)移動到《數(shù)字信號處理》課程中。示波器的使用在各門課程里都會用到，所以，不需要作為一個單獨(dú)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而作為一個實(shí)驗(yàn)技能加以掌握。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的融合和分解，在具體操作中，對各門課的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書重新設(shè)計(jì)編寫，合并為一本統(tǒng)一安排的課程群實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，相關(guān)實(shí)驗(yàn)的硬件部分、軟件部分實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起[4]。對重新編排之后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行上墻展示，統(tǒng)一安排，各課程間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由實(shí)驗(yàn)任課老師自行協(xié)調(diào)分配[5]。重新編寫后的實(shí)驗(yàn)安排如下：

《電路分析實(shí)驗(yàn)》安排16個課時，重在對電路基本理論的理解，必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：電路元件伏安特性，疊加原理的驗(yàn)證，戴維南定理——有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測試，雙口網(wǎng)絡(luò)測試，RC一階電路的響應(yīng)測試，受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的實(shí)驗(yàn)研究，日光燈電路(功率因數(shù)的提高)，三相負(fù)載的連接(三相交流電路)。RC選頻網(wǎng)絡(luò)特性測試，示波器的使用，R、L、C串聯(lián)諧振電路的研究可以作為選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

《高頻電子技術(shù)》安排14個課時，突出功能電路的組成、工作原理性能特點(diǎn)及分析方法，必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：調(diào)諧放大器，高頻功率放大器，石英晶體振蕩器，三點(diǎn)式LC振蕩器及壓控振蕩器，振幅調(diào)制電路，振幅解調(diào)電路，調(diào)頻電路。

《信號與系統(tǒng)》安排12個課時，強(qiáng)調(diào)基本的概念、理論和方法的掌握，必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：零輸入、零狀態(tài)及完全響應(yīng)，非正弦周期信號的分解與合成，信號的無失真?zhèn)鬏?，無源和有源濾波器，全通濾波器，信號的采樣與恢復(fù)。

《通信原理》安排12個課時，提高學(xué)生解決實(shí)際通信問題的能力，必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：HDB3編碼與譯碼實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)SK數(shù)字頻率調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)，PCM脈沖編譯碼實(shí)驗(yàn)，PAM脈沖調(diào)幅解調(diào)實(shí)驗(yàn)，數(shù)字多路傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，循環(huán)碼編譯碼實(shí)驗(yàn)。模擬乘法器幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)可以選做。

《數(shù)字信號處理》安排12個課時，重在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用DSP技術(shù)解決實(shí)際工作中的問題。必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：常用指令實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)存儲實(shí)驗(yàn)，中斷實(shí)驗(yàn)，陣列式鍵盤數(shù)碼管控制實(shí)驗(yàn)，液晶顯示器驅(qū)動實(shí)驗(yàn)，二維圖形生成實(shí)驗(yàn)。

4 仿真軟件的運(yùn)用

電氣信息類專業(yè)開設(shè)電路分析、高頻電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理等核心課程實(shí)驗(yàn)都是硬件相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)是器件損耗大，投資大，不易管理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受到硬件條件的限制，特別是集成化的實(shí)驗(yàn)箱，只有實(shí)驗(yàn)箱里有的實(shí)驗(yàn)才可以開設(shè)，實(shí)驗(yàn)箱里沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K就無法根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要去開設(shè)，不易發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生的能力得不到鍛煉。

在教學(xué)中引入EWB、Multisim、PROTEL或MATLAB等電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真軟件，可以補(bǔ)充硬件實(shí)驗(yàn)的不足。應(yīng)用仿真軟件可以對實(shí)驗(yàn)參數(shù)隨意進(jìn)行改變，靈活性好，并且可以在實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面和硬件實(shí)驗(yàn)同時進(jìn)行對比，從而引發(fā)學(xué)生積極思考。如《高頻電子技術(shù)》的線性調(diào)制實(shí)驗(yàn)和《信號與系統(tǒng)》的調(diào)制實(shí)驗(yàn)的原理是一樣的，但內(nèi)容是有區(qū)別的，前者的載波是高頻信號，而后者的載波一般是低頻信號，軟件實(shí)驗(yàn)中對載波頻率這個參數(shù)進(jìn)行改變出現(xiàn)的結(jié)果和載波的頻率沒有關(guān)系，而硬件實(shí)驗(yàn)中，頻率的高低會影響實(shí)踐電路的設(shè)計(jì)和結(jié)果。又如在驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)時，軟件實(shí)驗(yàn)時，抽樣頻率只要達(dá)到信號頻率的兩倍即可無失真還原原始信號，但是當(dāng)用硬件電路實(shí)現(xiàn)時，即使達(dá)到信號頻率的兩倍或者三倍還是無法無失真的還原原始信號的，要達(dá)到五倍以上的信號頻率，結(jié)果才會有改善。

充分利用Multisim等仿真軟件的強(qiáng)大仿真功能，在正式實(shí)驗(yàn)前或者理論教學(xué)的時候，先利用軟件進(jìn)行演示其導(dǎo)出過程，把抽象概念和理論直觀化，使學(xué)生先有一個直觀概念。正式開始實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生可以用仿真軟件設(shè)計(jì)研究信號參數(shù)改變對系統(tǒng)特性的影響，以及系統(tǒng)參數(shù)改變對信號影響，彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)箱參數(shù)不可調(diào)的不足。對照軟件實(shí)驗(yàn)結(jié)果和硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的異同點(diǎn)，從而可以進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)。利用這些仿真設(shè)計(jì)軟件，學(xué)生在課外可以先設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，然后再進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路搭建和測試，虛實(shí)結(jié)合，既培養(yǎng)了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，又讓學(xué)生了解當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。

5 結(jié)論

本文從電氣信息類專業(yè)的特點(diǎn)和電子技術(shù)類課程的特點(diǎn)出發(fā)，對電路分析、高頻電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理五門課程的理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，融合和分解，減少重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容，并且充分利用電路設(shè)計(jì)與仿真軟件,如Multisim軟件，軟硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)和編排，從而使得各門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前后銜接起來。通過這樣的改革，以期能提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)的許多理論和社會實(shí)踐較緊密地進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)一步提高學(xué)生的科技創(chuàng)新、工程實(shí)踐等方面的能力[6]。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 楊德俊．現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)與能力培養(yǎng)[J]．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2005(3)．

[2] 牟海維，呂秀麗，張勇,等．電子類課程實(shí)踐教學(xué)改革的思考[J]．長春理工大學(xué)學(xué)報，2009．

[3] 莫 磊．電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J]．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011,9(5)．

[4] 肖 虹，景彥君．電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J]．高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2009,101(3)．

[5] 俎云霄，王衛(wèi)東，張健明,等．基于課程群的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)．2010,20(13)．

[6] 韓芝俠．電子技術(shù)類課程創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)體系研究[J]．黑龍江科技信息，2010(26)．