高頻電子線路實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與探索

汪正進(jìn) 武風(fēng)波 趙 曼

（西安科技大學(xué)通信學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引言

高頻電子線路是一門(mén)實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，配套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是非常必要的[2]。通過(guò)和兄弟院校實(shí)驗(yàn)室老師的交流和實(shí)地參觀，發(fā)現(xiàn)各高校對(duì)高頻電子線路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排是根據(jù)所購(gòu)置的設(shè)備進(jìn)行，教學(xué)方法及內(nèi)容亦不盡相同。目前我們使用的高頻實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)由于編寫(xiě)時(shí)間較早，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)普遍帶有盲目性，對(duì)各儀器的使用比較生疏，沒(méi)有針對(duì)性地去測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的波形，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)安排和開(kāi)展的目的，可見(jiàn)傳統(tǒng)的高頻實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容已不能適應(yīng)應(yīng)用型本科的教學(xué)要求。

1 高頻實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)狀

1.1 依靠實(shí)驗(yàn)箱，做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

目前高頻實(shí)驗(yàn)室所使用的實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)發(fā)年代比較早，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前老師需要先講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，演示操作過(guò)程及展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如測(cè)試一些數(shù)據(jù)或看看波形），然后學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟進(jìn)行連線，邊看邊做。由于對(duì)于實(shí)驗(yàn)儀器的操作沒(méi)有提前預(yù)習(xí)或者實(shí)際操作，在實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生們看著儀器不知如何入手，或者說(shuō)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不懂得在不同的實(shí)驗(yàn)階段如何將儀器的按鈕放在正確的位置。其次學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中由于是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱元器件都是集成好的，對(duì)實(shí)驗(yàn)箱電路設(shè)計(jì)不熟悉，一旦實(shí)驗(yàn)箱元器件等出現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)奇怪的波形或者測(cè)得數(shù)據(jù)不符合要求，學(xué)生就不知道如何入手去分析、排除這些問(wèn)題，他們?cè)谡n堂有限時(shí)間內(nèi)很可能不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。久而久之，學(xué)生們做實(shí)驗(yàn)的積極性和興趣就大大降低。

1.2 高頻頻率高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定

高頻電子電路是模擬電子技術(shù)的一種延伸，它的最大特點(diǎn)是電子元器件等容易受到高頻工作環(huán)境的影響，如受到肌膚效應(yīng)等干擾而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定，出現(xiàn)的波形看似像又不像，1高頻實(shí)驗(yàn)的這種高頻率特性所造成的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定，影響了學(xué)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察分析。若在高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，引入一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的電路去測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有助于讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)板的布線和高頻的干擾會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，引導(dǎo)學(xué)生嘗試添加濾波電路等來(lái)消除干擾的影響。當(dāng)他們解決或者削弱了這種現(xiàn)象，就會(huì)深入對(duì)高頻各知識(shí)點(diǎn)的理解，消除了以往完全驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所造成的消極情緒。

1.3 受課時(shí)限制，只能隨堂實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境方面，實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境容量有限。每次實(shí)驗(yàn)只能一個(gè)班或者半個(gè)班，老師的工作量比較大，這樣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室正常開(kāi)放的時(shí)間有限，大部分學(xué)生只能在規(guī)定的授課時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。再加上每次實(shí)驗(yàn)課相隔時(shí)間長(zhǎng)，一般2周才能做一次，對(duì)一些儀器儀表的使用方法已經(jīng)淡忘，增加了他們課堂上完成實(shí)驗(yàn)的難度。

即使部分同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間來(lái)實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。若在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間損壞儀器儀表或者實(shí)驗(yàn)箱的元器件，儀器和實(shí)驗(yàn)箱出現(xiàn)故障而得不到及時(shí)解決，對(duì)正常的教學(xué)會(huì)產(chǎn)生影響。

2 高頻實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索

針對(duì)目前我院高頻實(shí)驗(yàn)室的一系列問(wèn)題，在高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索方面提出以下“4步走”方案，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為主體，綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為延伸，同時(shí)還要注意在實(shí)驗(yàn)教材編寫(xiě)和人員培訓(xùn)上尋找突破點(diǎn)[7]。

2.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中是必不可少的，通過(guò)它來(lái)引導(dǎo)學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)理論上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)圖形。因此通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)實(shí)驗(yàn)、敢做實(shí)驗(yàn)的興趣。只有這樣才能不斷提高學(xué)生們的動(dòng)手和應(yīng)用能力，引導(dǎo)他們?nèi)绾稳シ治鰡?wèn)題、解決問(wèn)題。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手做之前，我們還需要有針對(duì)性地引導(dǎo)他們?nèi)绾巫鰧?shí)驗(yàn)。要讓學(xué)生明白做實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)步驟：

①明確具體實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

②選出實(shí)驗(yàn)要用的儀器，知道各儀器的功能

③實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)箱的準(zhǔn)備工作，包括一些參數(shù)的設(shè)定④接線測(cè)數(shù)據(jù)和看波形并進(jìn)行記錄

⑤撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)誤差等分析

2.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為主體

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的內(nèi)容和步驟進(jìn)行的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)缺乏一直倡導(dǎo)的創(chuàng)新性[6]。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中除了讓學(xué)生必做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，一定要有設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，今后我們要將設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)環(huán)節(jié)的主體。但是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不能太難，它要為后面開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)做鋪墊。因此我們讓學(xué)生設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的單元模塊，如我們?cè)诿}沖計(jì)數(shù)式鑒頻和雙失諧回路斜率鑒頻中可讓學(xué)生先自己設(shè)計(jì)下單調(diào)諧小信號(hào)放大電路和雙調(diào)諧小信號(hào)放大電路。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既然作為今后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)主體環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有限，現(xiàn)在學(xué)生又都有電腦，那就讓學(xué)生在自己電腦上安裝個(gè)仿真軟件，利用空余時(shí)間進(jìn)行仿真。仿真軟件用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)常見(jiàn)的有Multisim軟件和EWB軟件[4]等。除此之外，還有一款電路分析軟件Pspice，它可與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用等。

2.3 綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為延伸

綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，要求學(xué)生有一定的實(shí)驗(yàn)功底，扎實(shí)的文化課理論知識(shí)[1]。因此，我們通過(guò)前期的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單模塊的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程，再加上學(xué)生們學(xué)習(xí)完了高頻電子課程，將綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展一般放在每個(gè)學(xué)期末端，這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)高頻電路的設(shè)計(jì)具有一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)和理解，有助于促進(jìn)他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，要求學(xué)生按照以下步驟去完成,以超外差收音機(jī)的安裝為例[8]。

①方案論證：首先要求學(xué)生查閱資料，了解超外差收音機(jī)的工作原理，了解需要哪些功能模塊組成，比如接收天線接收到信號(hào)后需要經(jīng)過(guò)高頻放大器、變頻器、中頻放大器、檢波器、低頻放大器等。學(xué)生在各個(gè)模塊中根據(jù)模塊指標(biāo)要求去設(shè)計(jì)電路，之后進(jìn)行仿真。

②計(jì)算機(jī)仿真：通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行模擬仿真。要考慮布線及元器件位置的相互影響，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整確定最終電路。

③元器件篩選：仿真結(jié)束后，每個(gè)模塊單元電路已確定，統(tǒng)計(jì)元器件的型號(hào)和值的大小以及個(gè)數(shù)，填寫(xiě)在采購(gòu)單上統(tǒng)一進(jìn)行采購(gòu)而節(jié)約成本。

④制作焊接：根據(jù)最終設(shè)計(jì)圖，制作印刷電路板并在其上面進(jìn)行焊接或者根據(jù)設(shè)計(jì)圖在面包板上搭線焊接。

⑤調(diào)試和書(shū)寫(xiě)報(bào)告：焊接完成進(jìn)行調(diào)試，使超外差收音機(jī)的制作滿足設(shè)計(jì)要求，在高中低各端都能接收電臺(tái)。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，書(shū)寫(xiě)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.4 實(shí)驗(yàn)教材編寫(xiě)和人員培訓(xùn)

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革和探索，來(lái)重新修訂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具有合理性，學(xué)生能輕松學(xué)好高頻實(shí)驗(yàn)課，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)興趣。同時(shí)，我們還需要提升從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)一線教師的教學(xué)水平，我們可以安排教師參加全國(guó)高校教師關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)或者教育機(jī)構(gòu)的相關(guān)培訓(xùn)；其次，還可以組織教師去一些高些進(jìn)行調(diào)研，通過(guò)交流和學(xué)習(xí)來(lái)不斷提高自身素質(zhì)，學(xué)習(xí)一些先進(jìn)的教學(xué)理念和經(jīng)驗(yàn)，更好地來(lái)指導(dǎo)我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)。3 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的普及，各種仿真系統(tǒng)層出不窮。若我們充分利用如今的網(wǎng)絡(luò)資源，搭建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以足不出舍就可以了解實(shí)驗(yàn)室的各種儀器使用方法和實(shí)驗(yàn)前通過(guò)仿真軟件的設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課。

目前有些高校已經(jīng)開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)室的搭建工作，他們通過(guò)將相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)做成網(wǎng)頁(yè)的形式向?qū)W生開(kāi)放，學(xué)生可以通過(guò)使用虛擬儀器進(jìn)行仿真測(cè)試。虛擬實(shí)驗(yàn)室的引入，讓學(xué)生對(duì)儀器的使用方法提前熟悉，通過(guò)仿真加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)，提前就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。同時(shí)也解決了實(shí)驗(yàn)室硬件不足多帶來(lái)的諸多不便，讓每個(gè)學(xué)生都有一個(gè)更加寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

［1］楊霓清.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

［2］廖惜春.高頻電子線路[M].北京:人民郵電出版社,2014

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