通信電子電路課程教學(xué)改革的探索

陳冬梅，陳宏濱，胡 煜，王衛(wèi)東

(桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院，廣西桂林，541004)

通信電子電路是通信工程、電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)中的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門理論性、工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要研究模擬通信系統(tǒng)中一些基本單元電路的組成、工作原理及功能、基本分析方法和工程計(jì)算方法，強(qiáng)調(diào)電路結(jié)構(gòu)和單元電路的模型化。[1]通過學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生可以初步具備通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝技能，并能使用電子儀器進(jìn)行調(diào)整和測試，為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本文根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐，分析該課程教學(xué)現(xiàn)狀，探索教學(xué)改革。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

(一)教學(xué)內(nèi)容多，課時(shí)少

根據(jù)學(xué)校的教學(xué)改革要求，通信電子電路課程的課時(shí)被壓縮，造成教學(xué)內(nèi)容多與教學(xué)課時(shí)少的矛盾。[2]同時(shí)，先修課程所接觸的電路基本上都是線性電路，而本課程涉及的電路是非線性電路，因此教師教得費(fèi)力，學(xué)生學(xué)得吃力。

(二)與先修課程、后續(xù)課程聯(lián)系密切

通信電子電路的先修課程有高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)等，后續(xù)課程有通信原理、現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)等，因此它是一門承前啟后的課程。[3]

(三)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)

理論教學(xué)中介紹的電路多是分立元件電路且沒考慮實(shí)際電路的高頻效應(yīng)，學(xué)生在課堂上很少接觸實(shí)際的電子產(chǎn)品及電路，實(shí)踐教學(xué)多以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，缺少創(chuàng)新性和自主性。[4]

(四)理論教學(xué)和集成電路學(xué)科發(fā)展差距大

理論教學(xué)仍以較為經(jīng)典的分立元件電路的內(nèi)容為主，這與集成電路學(xué)科發(fā)展的差距較大，造成學(xué)生所學(xué)與所用脫節(jié)，學(xué)而無用的現(xiàn)狀，也就是說，學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程之后難以設(shè)計(jì)出實(shí)用的高頻、射頻電路，甚至連相關(guān)的文獻(xiàn)資料也看不懂。

二、教學(xué)改革的探索

針對上述教學(xué)現(xiàn)狀，本文對通信電子電路課程教學(xué)改革進(jìn)行了如下探索：

(一)修改教學(xué)大綱，精簡教學(xué)內(nèi)容

隨著通信技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，電路的集成度越來越高，通信電子電路的課程教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容要順應(yīng)時(shí)代潮流不斷更新，刪除、縮減一些陳舊的教學(xué)內(nèi)容，比如丙類倍頻器、二極管調(diào)幅電路等，增加一些新技術(shù)的介紹和典型的集成電路模塊，比如鎖相環(huán)倍頻器、集成模擬乘法器調(diào)幅電路等。除此之外，相似內(nèi)容避免重復(fù)講，比如幅度調(diào)制、乘積型同步檢波、混頻器等電路的核心器件都是相乘器，只需要詳細(xì)介紹首先接觸到的幅度調(diào)制電路選用什么樣的相乘器來實(shí)現(xiàn)以及相乘器工作原理，后兩種電路中的相乘器介紹即可忽略。

(二)改進(jìn)教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)本課程的承前啟后

由于通信電子電路課程是一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)課，所以理論教學(xué)過程中要采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)法。

1.移植教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生“承前”

案例一：LC選頻回路。

教學(xué)過程中，采用如下步驟進(jìn)行：

(1)LC選頻回路是線性元件電感、電容、電阻等組成的電路，因此它是一個(gè)線性系統(tǒng)。

(2)接著，讓學(xué)生回憶信號(hào)與系統(tǒng)課程中線性系統(tǒng)的常用分析方法，即頻域分析法，將信號(hào)與系統(tǒng)中的頻域分析法移植到LC選頻回路的分析中，從系統(tǒng)傳輸函數(shù)的幅頻特性和相頻特性兩個(gè)方面來分析LC選頻回路的選頻效果。

案例二：正弦波振蕩電路。

移植教學(xué)法可以不斷提出問題讓學(xué)生思考。教學(xué)過程中，采用如下步驟進(jìn)行：

(1)設(shè)問：正弦波振蕩電路是線性電路還是非線性電路？(是典型的非線性電路)這種非線性系統(tǒng)采用什么分析方法——圖解法、冪級(jí)數(shù)分析法等？由于正弦波振蕩電路在起振初期的信號(hào)是小信號(hào)，所以可以將正弦波振蕩電路看作是一個(gè)近似的線性電路，采用模擬電子技術(shù)課程中微變等效電路分析方法來分析其振蕩條件的滿足。

(2)在微變等效電路分析的基礎(chǔ)上推導(dǎo)振蕩條件、振蕩頻率等。教學(xué)過程采用這種移植教學(xué)法給學(xué)生不斷設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生思考問題，這樣學(xué)生很容易接受陌生的教學(xué)內(nèi)容，也能學(xué)會(huì)分析問題、解決問題的方法，也會(huì)明白學(xué)以致用的道理。

2.對比教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生“承前啟后”

下面分別通過案例一說明如何采用對比教學(xué)法“承前”，通過案例二說明如何采用對比教學(xué)法“啟后”。

案例一：高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器。

模擬電子技術(shù)中介紹過低頻放大器，通信電子電路介紹高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器，如圖1所示。這兩者的共同點(diǎn)是都屬于電壓放大器，可以采用對比教學(xué)法分析高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器的性能，過程如下：

圖1 高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器

(1)對比電路結(jié)構(gòu)的不同。教學(xué)過程中可通過設(shè)問來比較兩者的電路結(jié)構(gòu)的不同。不同點(diǎn)之一：低頻放大器的輸入信號(hào)形式通常采用阻容耦合方式，高頻放大器采用變壓器耦合方式。不同點(diǎn)之二：低頻放大器的負(fù)載是電阻，高頻放大器負(fù)載是LC選頻回路。

(2)分析步驟的異同點(diǎn)。分析步驟的異同點(diǎn)如表1所示。高頻小信號(hào)放大器的分析部需要低頻放大器的步驟一。因?yàn)榈皖l放大器的微變等效電路采用H參數(shù)，H參數(shù)與放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)有關(guān)，而高頻小信號(hào)放大器的微變等效電路采用Y參數(shù)，Y參數(shù)與放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)無關(guān)，所以忽略此步驟。接下來的步驟二是類似的，但是這部分學(xué)生往往對電容電感的處理感到棘手，教學(xué)中常用黑板板書列出電容電感元件處理方法的不同，如表2所示。步驟三是類似的，只不過分別采用H參數(shù)，Y參數(shù)微變等效電路。步驟四也是類似的，性能指標(biāo)的計(jì)算有所不同而已。若采用這種對比教學(xué)法的話，學(xué)生能輕而易舉地掌握高頻小信號(hào)放大器的分析方法。

表1 分析步驟的異同點(diǎn)

表2 交流等效電路中電容、電感

案例二：幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。

本課程中介紹的三種調(diào)制方式都屬于模擬調(diào)制方式，雖然模擬調(diào)制系統(tǒng)在現(xiàn)今通信中不大常用，但是模擬調(diào)制是后續(xù)課通信原理中模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制的分析基礎(chǔ)。兩門課程都會(huì)介紹模擬調(diào)制，但是側(cè)重點(diǎn)和分析內(nèi)容不同，因此可以采用對比教學(xué)法來“啟后”。比如，通信電子電路著重介紹調(diào)制信號(hào)是單頻信號(hào)情況下的三種模擬調(diào)制原理及電路形成，而通信原理著重介紹調(diào)制信號(hào)是帶限信號(hào)情況下的三種模擬調(diào)制原理及相應(yīng)的模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能分析，系統(tǒng)性能分將會(huì)有助于課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中如何選擇一個(gè)合適的調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)通信。

(三)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，以賽促學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的重要輔助部分，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一。對于通信電子電路課程來說實(shí)踐教學(xué)尤為重要。

首先要合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，多讓學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)部分電路或改進(jìn)部分實(shí)驗(yàn)電路，這樣既能加強(qiáng)對理論知識(shí)的理解，又能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

其次要加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)，豐富課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。針對學(xué)生的個(gè)人特點(diǎn)，課程設(shè)計(jì)可以設(shè)定為軟件仿真類、硬件設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)類的課程設(shè)計(jì)也不一定要學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)全新的通信系統(tǒng)，可以試著用學(xué)過的理論知識(shí)來改進(jìn)現(xiàn)有電路以實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的功能。

最后還要以賽促學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的積極性。教學(xué)過程中可以將全國電子設(shè)計(jì)大賽和廣西電子設(shè)計(jì)大賽與本課程教學(xué)內(nèi)容密切結(jié)合，課堂上適當(dāng)介紹本學(xué)科的發(fā)展前沿，推動(dòng)本課程的課程教學(xué)、教學(xué)改革等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我校的科協(xié)和創(chuàng)新基地等為學(xué)生提供了動(dòng)手的平臺(tái)，學(xué)生參加各類電子類大賽成績斐然，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。[5]

(四)充分運(yùn)用多媒體和仿真軟件

在信息時(shí)代的大環(huán)境下，多媒體教學(xué)已成為一種趨勢。多媒體教學(xué)融入文本、電路圖、框圖、動(dòng)畫等元素，使抽象的內(nèi)容形象化、生動(dòng)化，學(xué)生容易理解和接受。比如在講解高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器時(shí)，通過多媒體動(dòng)畫演示，引導(dǎo)學(xué)生思考下一個(gè)要分析的問題是什么。

另外，將仿真軟件Multisim引入到課堂教學(xué)，相當(dāng)于將實(shí)驗(yàn)室搬到課堂中，利用強(qiáng)大的虛擬儀器儀表功能對講授的單元電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，這樣可以加深學(xué)生對電路功能的理解，使教學(xué)內(nèi)容更加直觀。

三、結(jié)束語

本文針對通信電子電路的教學(xué)現(xiàn)狀，對教學(xué)方法進(jìn)行了探索，通過具體的教學(xué)案例重點(diǎn)介紹了如何實(shí)施移植教學(xué)法和對比教學(xué)法。總之，在教學(xué)過程中，只有不斷進(jìn)行教學(xué)方法的改進(jìn)才能取得好的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

[1] 王衛(wèi)東，陳冬梅，胡煜.高頻電子電路[M].第3版.北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2] 陳冬梅，周勝源.Multisim 8軟件在通信電子電路課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(4)：317-320.

[3] 李士軍，宮鶴，徐艷蕾.“高頻電子線路”教學(xué)研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(8)：201-202.

[4] 景新幸.高頻電子電路實(shí)驗(yàn)·設(shè)計(jì)·仿真[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2011.

[5] 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編：2005[Z].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.