《高頻電子線路》課程教學(xué)改進與探索研究

程加力 胡全斌

【摘 要】本文結(jié)合無線通信技術(shù)發(fā)展背景探討了《高頻電子線路》課程目前的教學(xué)現(xiàn)狀，針對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法等方面提出了一些觀點和看法，認為應(yīng)該根據(jù)社會主流通信技術(shù)的發(fā)展調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】高頻電子線路;教學(xué)改革;無線通信

Research on High Frequency Electronic Circuits Course Teaching Improvement

CHENG Jia-li HU Quan-bin

（Jiangsu Marine Resources Development Research Institute， Huaihai Institute of Technology， Lianyungang Jiangsu 222005， China）

【Abstract】The present teaching situation of High Frequency Electronic Circuits based on ireless communication technology development is discussed. The views and opinions about teaching goal and method are presented. The teaching contents should be adjusted according to social mainstream communication technologies.

【Key words】High Frequency Electronic Circuits; Teaching reform; Wireless communication

0 引言

高頻電子線路是電子與通信等專業(yè)的一門主要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，它的任務(wù)是研究高頻電子電路的基本工作原理與分析方法，掌握通信系統(tǒng)中各個主要功能模塊的工作原理和具體實現(xiàn)電路，對所涉及的各種分析電路基本技術(shù)以及模塊性能指標(biāo)有清晰的概念，并熟練掌握其分析方法，該課程具有較強的理論性和工程性。課程起源于對無線電發(fā)送與接收設(shè)備的分析與學(xué)習(xí)，課程內(nèi)容隨著通信技術(shù)的發(fā)展而不斷調(diào)整和改進。教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映該課程難學(xué)難懂，不好掌握。筆者多年從事該課程教學(xué)工作，根據(jù)教學(xué)體會對具體教學(xué)過程提出了一些改進方法以便提高教學(xué)效率。

1 課程背景

最近20年來，世界無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，20個世紀七八十年代主要是調(diào)幅調(diào)頻系統(tǒng)，從90年代開始，無線蜂窩通信系統(tǒng)從第一代模擬系統(tǒng)迅速發(fā)展到數(shù)字通信系統(tǒng)2G GSM，3G CDMA，直至今日的4G LTE，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)界和科研界正在研發(fā)下一代5G通信技術(shù)，預(yù)計五到十年后將投入商用。并且，隨著無線局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于WiFi IEEE 802.11bgn、藍牙、ZigBee（紫蜂協(xié)議）等通信協(xié)議的產(chǎn)品市場也得到了爆發(fā)式的增長。隨著無人機市場的興起，無人機遙控通信市場也得到了快速發(fā)展。表1給出了各種技術(shù)的基本技術(shù)特征，從表中可以看出，現(xiàn)在的主流通信系統(tǒng)已經(jīng)從模擬調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字調(diào)制，工作頻段遠高于調(diào)頻調(diào)幅，帶寬、調(diào)制方式也有了很大變化，而課堂教學(xué)內(nèi)容必然要反映技術(shù)與市場的變化。

表1 無線通信系統(tǒng)

自從1978年確定高頻電子線路教學(xué)大綱以來，經(jīng)過多次修訂，目前高頻課程主要講授主要是調(diào)幅與調(diào)頻通信電路系統(tǒng)，以及系統(tǒng)各個功能模塊，如高頻功放電路、混頻電路、選頻網(wǎng)絡(luò)等。與目前社會主流技術(shù)相比已經(jīng)有一定差距。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，十年前的學(xué)生還使用調(diào)頻收音機接收校園電臺的節(jié)目或用于英語聽力學(xué)習(xí)，但現(xiàn)在的學(xué)生熟悉電腦、手機、WiFi，學(xué)英語時用電腦，很少收聽調(diào)幅調(diào)頻電臺，甚至很多學(xué)生在家庭從小到大根本沒有接觸過收音機。課堂上講授調(diào)頻調(diào)幅收音機的具體應(yīng)用時，學(xué)生往往沒有一個具體的感受，課堂知識的接受效率比較低。

2 教學(xué)內(nèi)容改進

對課程教學(xué)內(nèi)容有必要做一些取舍，以便符合社會發(fā)展趨勢。首先，國內(nèi)的常用教材對無線電發(fā)展歷史僅僅在前言中做了簡單說明。筆者認為，對于無線電歷史做詳細并有趣的講解有助于學(xué)生在剛開始學(xué)習(xí)時消除對這門課的畏懼感。因此在剛開始這門課時給學(xué)生回顧了無線電發(fā)展歷史，尤其是發(fā)展過程中各種有趣的歷史事件，極大提高了學(xué)生的興致并明顯減小了他們學(xué)習(xí)的畏難情緒。

其次，在教學(xué)過程中應(yīng)該將教學(xué)的重點從各種具體電路性能分析轉(zhuǎn)換到基本電路的原理分析上來。集成電路技術(shù)發(fā)展很快，現(xiàn)在主流的模塊芯片可能過幾年就被性能更優(yōu)異、價格更低的產(chǎn)品代替了，對于應(yīng)用型電子與通信學(xué)科的學(xué)生而言，由于畢業(yè)后絕大多數(shù)是直接工作，而且大部分是從事應(yīng)用工程師這一類的工作，因此學(xué)習(xí)模塊電路的工作原理和基本功能遠比了解一些具體模塊或者具體芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性更加實用。

第三，教學(xué)時適當(dāng)減少分立元件電路的特性分析，目前通信模塊如混頻、調(diào)制和解調(diào)等功能基本上都已經(jīng)集成在一塊芯片中，因此講授完模塊電路原理后，進一步強化常用集成電路的應(yīng)用，對于理論推導(dǎo)過程簡單講授即可，忽略復(fù)雜的推導(dǎo)過程，重點講解原理和結(jié)論，以及芯片電路使用時的各種技術(shù)特點。

第四，傳統(tǒng)課程安排中，調(diào)幅調(diào)頻和調(diào)相技術(shù)是重點內(nèi)容之一，是其它各種調(diào)制技術(shù)包括現(xiàn)在各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)。鑒于現(xiàn)在已經(jīng)很少使用調(diào)頻調(diào)幅收音機系統(tǒng)，因此調(diào)整了這部分內(nèi)容，對于調(diào)制的基本原理仍然是重點講授，但對于課本上的具體的調(diào)頻調(diào)幅電路，則壓縮講授時間一帶而過，而重點講授一些現(xiàn)在比較常用的無線通信技術(shù)，先從比較簡單的無線遙控電路講起，再講授表1中列出的各項技術(shù)。此外，由于調(diào)制技術(shù)比較抽象，因此筆者將一些具體的電臺設(shè)備帶到課堂，給學(xué)生一邊現(xiàn)場演示一邊講解，教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)這些措施可以明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

第五，將課堂內(nèi)容與業(yè)余無線電愛好者的工作結(jié)合起來。業(yè)余無線電愛好者（HAM）是指那些不是專門從事無線電工作，卻掌握了一定無線電與電子技術(shù)，在對無線電的學(xué)習(xí)應(yīng)用中產(chǎn)生的樂趣，從而將無線電技術(shù)的學(xué)習(xí)、使用、交流當(dāng)作一項個人興趣愛好的人。由于每個國家都有無線電頻率使用管制制度，因此無線電愛好者通常要加入愛好者協(xié)會。筆者嘗試邀請協(xié)會中的資深無線電愛好者帶著業(yè)余電臺設(shè)備來到課堂，給學(xué)生們介紹業(yè)余無線電的歷史和現(xiàn)狀，本地的愛好者們的各種有趣的活動和各種競賽，極大激起了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，還有個別同學(xué)受到吸引加入了業(yè)余無線電愛好者協(xié)會，申請了業(yè)余電臺執(zhí)照，并參加了業(yè)余無線電競賽。第六，多媒體教學(xué)目前在高校中得到了廣泛應(yīng)用。合理使用多媒體可以大幅度提高教學(xué)效率。教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，課件色彩應(yīng)該比較鮮亮、濃厚，這樣更加吸引學(xué)生注意力。并且動態(tài)圖片教學(xué)效果最好，可以在很短時間內(nèi)讓學(xué)生對某個概念建立起具體的印象，對后續(xù)學(xué)習(xí)效果有很大改善。例如對于諧振回路，教學(xué)時發(fā)現(xiàn)，在PPT中采用動態(tài)圖像列出輸入輸出信號不同波形，學(xué)生可以很快就對回路的濾波作用有了清晰認識，一些參數(shù)如信號內(nèi)阻對諧振曲線的影響也可以通過動態(tài)圖形象地反映出來。對于各種調(diào)制、混頻和解調(diào)，同樣采用動態(tài)圖像給出各種調(diào)制結(jié)果圖，學(xué)生也能很快掌握這些概念。甚至包括諧振放大器中使用的傅立葉級數(shù)的概念，采用動態(tài)圖也可以讓學(xué)生更好接受。另一方面，實踐中發(fā)現(xiàn)，并非所有的內(nèi)容都可以使用PPT，例如理論推導(dǎo)過程羅列在PPT上教學(xué)效果不太好，這些更適合在黑板上板書推導(dǎo)。

除了多媒體教學(xué)，也要充分利用各種CAD軟件提高教學(xué)效率。為了讓學(xué)生更高效地掌握高頻線路各種調(diào)制解調(diào)方法并進行驗證，可以通過MATLAB軟件仿真各種調(diào)制與解調(diào)過程，在電腦上顯示調(diào)制前后信號波形，還可以觀察當(dāng)調(diào)制系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化時仿真輸出波形變化情況。通過計算機仿真，可以具體生動地演示各種抽象晦澀的理論，加深學(xué)生對課程知識的理解，并有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)論

隨著現(xiàn)代社會信息通信技術(shù)不斷發(fā)展，需要對《高頻電子線路》課程在內(nèi)容和教學(xué)方法上不斷調(diào)整，以適應(yīng)社會需求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量。本文介紹了一些具體的改革方法和措施，在教學(xué)實踐中取得了良好的效果，我們必須不斷改進教學(xué)方法，學(xué)習(xí)新的知識，通過各種方法來改善教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)水平，才能達到令人滿意的教學(xué)效果。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]