學科競賽促進《高頻電子線路》教學改革

陳文鋼

摘要：本文根據(jù)大學生電子設(shè)計競賽的特點以及對近年來大學生電子大賽題目中涉及的高頻電子線路知識的分析，詳細闡述了學科競賽與高頻電子線路教學之間的關(guān)系，通過對近年競賽的研究，闡述了課程組教學改革的措施、過程及取得的成果，充分說明了大學生電子設(shè)計競賽對高頻電子線路課程改革的促進作用。

關(guān)鍵詞：學科競賽；高頻電子線路；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0276-02

一、引言

全國大學生電子設(shè)計競賽[1]是教育部倡導的面向本?？茖W生的學科競賽之一，目的在于推動高校促進信息與電子類學科課程體系和課程內(nèi)容的改革，創(chuàng)新高校人才培養(yǎng)機制，培養(yǎng)高素質(zhì)勞動者和技能型人才[2]。競賽的特點是與高等學校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動相關(guān)課程教學改革和實驗室建設(shè)工作。《高頻電子線路》課程內(nèi)容具有很強的理論性、實踐性和工程性。學生進行理論學習時往往覺得理論性強，易產(chǎn)生畏難心理，實驗教學課時較少，學生無法將理論知識與實際電路或系統(tǒng)聯(lián)系起來，不利于創(chuàng)新意識培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高[3]。針對電子設(shè)計競賽的特點與作用，我們將《高頻電子線路》的教學內(nèi)容重新做了調(diào)整和補充，通過介紹實際案例來豐富教學手段，通過學生參與學科競賽來推動教學改革。

二、學科競賽對課程教學的新要求

大學生電子設(shè)計競賽是集中檢驗電類專業(yè)學生整體設(shè)計能力與水平的賽事，一定程度上反映了高校電子技術(shù)課程教學與實訓的水平。從帶領(lǐng)學生參與電子設(shè)計的過程來看，無論全國性還是地區(qū)性的電子設(shè)計大賽都加強了對高頻無線通信、模擬電子等具有實際操作技術(shù)的考核力度。從近年大賽試題中與高頻有關(guān)的題目來看，《高頻電子線路》在電子設(shè)計大賽中發(fā)揮了重要作用，實用性、綜合性強、技術(shù)水平發(fā)揮余地大。從電子競賽的內(nèi)容看，需要扎實的理論基礎(chǔ)和較強的實踐動手能力，綜合考量了學生掌握課程知識并加以應用的能力。在電子設(shè)計大賽過程中，參賽者需要通過團隊協(xié)作，綜合運用所學知識，設(shè)計電路直至把作品調(diào)試出來，因而對學生提出了更高的要求。

三、課程建設(shè)和改革

1.培養(yǎng)模式研究。經(jīng)過多年的教學實踐及我校應用型人才培養(yǎng)目標和學科競賽的新要求，《高頻電子線路》課程組逐漸形成了一套完整的教學體系，從理論、實踐、創(chuàng)新三個方面加強對學生的培養(yǎng)。在要求學生熟練掌握基本理論的同時，積極引導學生理解與應用知識，促進理論和實踐緊密聯(lián)系，做到理論教學、實驗教學和學生課外創(chuàng)新活動有機結(jié)合，相互促進。課程組成員通過帶領(lǐng)學生參加電子設(shè)計競賽和校級大學生創(chuàng)新立項等活動，提高學生學以致用的能力，初步形成了傳授知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式[4]。

2.課程內(nèi)容改革。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)高頻電子技術(shù)的理論和技術(shù)需要根據(jù)實際需要進行更新和淘汰，電子行業(yè)對知識結(jié)構(gòu)的需求也發(fā)生著變化。這就要求《高頻電子線路》的教學大綱需要不斷完善以適應新要求，課程組修訂了教學大綱，調(diào)整和充實了部分教學內(nèi)容，強調(diào)理論教學和應用教學，減少傳統(tǒng)內(nèi)容的學時數(shù)，提高新技術(shù)和應用的課時數(shù)，通過案例的講解，開闊學生的視野、擴大知識面。我們對課程內(nèi)容進行了調(diào)整，將高頻功率放大器內(nèi)容調(diào)整到課程最后講述。學生學習了非線性的概念，掌握非線性電路的分析方法后，學習高頻功率放大器這個內(nèi)容就容易了。講述諧振功率放大器的應用電路時，學生聽起來容易，易于接受，放到前面講、重點講。高頻小信號放大器主要內(nèi)容包括兩部分，我們著重強調(diào)LC選頻網(wǎng)絡(luò)的重要性。要求學生必須完全掌握LC選頻的原理（全國大賽2011年D題LC諧振放大器）[5]。分立元件的電路在實際應用很少，但我們要求學生手工搭建一個放大電路，動手繞制關(guān)鍵的選頻器件（中周變壓器），通過實物制作加學生深對理論的認識。我們將非線性電路的分析方法放在第三章。重點介紹頻譜搬移電路的組成原理及模型，加深學生對頻譜搬移概念的理解。讓學生牢記實現(xiàn)相乘作用的非線性器件是完成頻譜變換的核心部件。講述混頻電路、調(diào)制與解調(diào)電路時，只需要說明信號的流向、頻率變換和性能指標就行，強調(diào)這些電路是乘法器在頻譜搬移電路中的應用。這種安排可以節(jié)省學時，使學生理解并掌握頻譜搬移的概念，將前后所學內(nèi)容聯(lián)系起來，加深理解與記憶。

3.教學過程的改進。高頻課程的知識點較為抽象，很多學生無法形成對本課程的感性認識，能夠解題和分析電路，但沒有真正理解和掌握課程的本質(zhì)。電路、模電和信號與系統(tǒng)是高頻課程要求的先修課程，先修課程掌握不好會加大學生的學習難度。因而，要求我們將難點分散、重點要突出，提高學生學習興趣，有針對性地培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。（1）現(xiàn)象—本質(zhì)—公式的教學方法。一般理論課講授的過程是從展開公式開始，然后推出所有的結(jié)論及物理意義，以幫助學生提高理論認識，加深理解。這種教學方法在多年的教學過程中取得了廣泛的成功。我們的教學方法是從本課程的特點出發(fā)，利用現(xiàn)實的實物、現(xiàn)象說明其本質(zhì)，引出與之對應的高頻理論，也就是引導學生從一個"已知的現(xiàn)象或事物"提出實際問題，對現(xiàn)象進行數(shù)學建模，通過理論推導得出結(jié)論，以理論驗證物理現(xiàn)象的本質(zhì)。例如，在講述調(diào)幅的原理時，我們一般會從現(xiàn)實中找到對應的實物，如：調(diào)幅收音機、對講機等，然后從聲音的傳播速度來切入，為什么聲音傳不遠？如何傳送得遠一點？通俗一點講就是，我們?yōu)槭裁匆嚾ズ苓h的地方？有沒有可能讓聲音信號坐上車，車是什么呢？就是載波！這樣一步步讓學生逐步明白調(diào)幅中的兩個元素：信息與載波，然后提出調(diào)幅的本質(zhì)即頻譜搬移，最后通過公式推導完成驗證。通過這個過程，學生基本上就能夠?qū)⒄{(diào)幅的原理吃透，同時印象深刻。（2）引入先進的教學手段。根據(jù)教學內(nèi)容的特點，采用現(xiàn)代的信息技術(shù)手段提高教學效果。利用動畫效果加強對于重點、難點的演示，加深學生的印象和理解。將推導性強、不易理解的內(nèi)容分解成一些較小的例子模塊，通過模塊的拆分與組合完成講解（如小信號諧振放大器）。各類典型電路和曲線圖采用視覺表現(xiàn)力強的多媒體課件。各種調(diào)制解調(diào)電路可以利用EDA軟件（如MultiSim）仿真可收到很好的效果[6]。例如，在分析FM波和AM波時，通過引入動畫演示，充分調(diào)動學生的學習興趣，從感官上認識FM波、AM波的頻率與幅度隨調(diào)制信號變化的規(guī)律，找到了它們之間的區(qū)別，加深對理論的理解。這種教學方法在節(jié)省授課時間的同時能夠活躍課堂氣氛，提高學習興趣，增強課堂教學效果。

4.實驗教學改革。實驗是《高頻電子線路》的重要實踐環(huán)節(jié)，通過做實驗可以加深學生對理論的理解，提高學習信心。本課程實驗為8學時，占總學時的12.5%，其中綜合性和設(shè)計性實驗各占25%，基本驗證性實驗占50%。在此基礎(chǔ)上，實驗室采用模塊化實驗箱[7]，可為高頻電子線路課程提供二十多個實驗項目，主要分為單元實驗和綜合實驗，單元實驗用來配合課程教學，幫助學生理解和加深理論內(nèi)容，綜合實驗通過調(diào)試無線收發(fā)系統(tǒng)，讓學生了解每個復雜的系統(tǒng)都是由單元電路組成的。學生還可以使用單元電路自行設(shè)計實驗，驗證所學知識。

四、結(jié)束語

《高頻電子線路》課程對學生專業(yè)思維的養(yǎng)成起著重要的作用。我們始終堅持在理論講授與實踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合的思想，通過全面的改革和實踐，適時更新新技術(shù)相關(guān)的教學內(nèi)容，加強實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。從2007年至今，課程組多人多次率學生參加全國、山東省及學校組織的各類電子設(shè)計大賽，其中與高頻電子線路課程密切相關(guān)并取得較好成績的題目及獲獎名次如表1所示。課程組現(xiàn)已完成校級網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，正在積極參與省級精品課程的建設(shè)與申報工作，并將繼續(xù)努力深化課程建設(shè)與教學改革，不斷探索新的教學方法和手段，提高課堂教學質(zhì)量和實踐教學水平。

參考文獻：

[1]劉潤華.全國大學生電子設(shè)計競賽后的思考[J].電氣電子教學學報，1999（02）.

[2]新華社.中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定[EB/OL].http：//news.xinhuanet.com/politics/2013-11/15/c_118164235.htm，2013-11-15.

[3]高明煜，劉國華.電子設(shè)計競賽與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].電氣電子教學學報，2011（01）.

[4]鄒心遙，黃軍輝.全國大學生電子設(shè)計競賽培訓經(jīng)驗交流[A].教育部中南地區(qū)高等學校電子電氣基礎(chǔ)課教學研究會第二十屆學術(shù)年會會議論文集（上冊）[C].2010.

[5]夏書峰，巢明，王開宇.高頻正弦波振蕩器教學方法的一些探索[J].電氣電子教學學報，2014（02）.

[6]張莉.Multisim仿真軟件在電子技術(shù)實訓教學中的應用[D].哈爾濱工程大學，2011.

[7]馬英.高頻電子線路實驗箱利弊的思考[J].實驗科學與技術(shù)，2007（02）.