以工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向的高頻電路教學(xué)改革

張文菊，鐘玲玲，姚玲

(安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088)

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以工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向的高頻電路教學(xué)改革

張文菊，鐘玲玲，姚玲

(安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088)

以應(yīng)用型本科院校為例，結(jié)合電子通信專業(yè)的特點，以新技術(shù)項目開發(fā)為主線，采用模塊化教學(xué)手段，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置創(chuàng)新平臺、加強實踐考核等環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用創(chuàng)新能力。經(jīng)過課程教學(xué)實踐，提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力。

高頻電路；項目開發(fā)；模塊化教學(xué)；工程應(yīng)用

《高頻電路》課程是電子信息工程、通信工程等專業(yè)主要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是一門工程性、實踐性很強的課程。該課程主要講授高頻小信號選頻放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、非諧振功放、振幅調(diào)制、檢波與混頻、角度調(diào)制與解調(diào)、反饋控制等通信系統(tǒng)和集成電路中常用的信號與信息處理的相關(guān)內(nèi)容。其理論復(fù)雜、難度較大，對學(xué)生的實際動手能力和綜合素質(zhì)要求較高，有利于塑造學(xué)生電子技術(shù)綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力和集成電路的工程設(shè)計能力。為此，很多高校一直努力探索高頻電路課程相關(guān)教育教學(xué)改革。目前，理論教學(xué)模式革新不甚明顯，主要改革措施集中于實驗實踐環(huán)節(jié)[1]。如驗證性實驗與綜合性設(shè)計性實驗相結(jié)合，加大綜合性設(shè)計性實驗的考核比重，硬件設(shè)計和軟件仿真并舉，注重高頻電路類課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等方面[2-3]，取得了一定的教學(xué)成果，但學(xué)生的自主創(chuàng)新意識和工程應(yīng)用能力尚未充分迸發(fā)。安徽新華學(xué)院作為一所應(yīng)用型本科院校，一直著力于培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力，實現(xiàn)學(xué)習(xí)和就業(yè)零距離結(jié)合。學(xué)校電子信息工程和通信工程專業(yè)于2000年開始招生，經(jīng)過十多年的發(fā)展，專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)取得了可喜的效果?，F(xiàn)將教學(xué)過程中存在的問題以及安徽新華學(xué)院優(yōu)秀教學(xué)改革措施進行總結(jié)歸納。本文首先分析高頻電路教學(xué)過程中存在的問題，然后針對問題提出以工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向，以新技術(shù)項目開發(fā)為主線，采用模塊化教學(xué)手段，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置創(chuàng)新平臺、加強實踐考核等環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力。

1 存在的問題分析

當(dāng)前高頻電路課程教學(xué)還存在著不足和問題，需要進行教學(xué)模式改革和創(chuàng)新，存在的問題主要包括以下幾個方面。

1.1 課程理論知識復(fù)雜、原理深奧，本科生難以掌握

高頻電路課程主要研究通信系統(tǒng)共用的基本單元電路，包括高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、調(diào)制與解調(diào)電路、混頻電路、反饋控制電路等，上述除了高頻小信號放大器外，都屬于非線性電子線路。而非線性電路分析方法復(fù)雜，電路種類和電路形式多樣，憑一般本科生的學(xué)習(xí)能力，很難吃透理解。

1.2 實踐環(huán)節(jié)相對薄弱

高頻電路實驗實訓(xùn)和科技創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)相對比較薄弱，主要表現(xiàn)在教學(xué)學(xué)時和實踐教學(xué)模式上。首先，課堂上的實驗實訓(xùn)學(xué)時有限，而實驗實訓(xùn)中的每個模塊電路需要設(shè)置很多探測點，數(shù)據(jù)記錄、處理和分析需要花費很長時間。電路仿真和調(diào)試過程是發(fā)現(xiàn)問題、查找問題、解決問題的一個自我再學(xué)習(xí)過程，需要較多的時間、精力和耐心，導(dǎo)致任務(wù)完成質(zhì)量不高。其次，封閉式實驗箱教學(xué)和非自主的課程設(shè)計模式教學(xué)效果不佳。封閉式實驗箱教學(xué)模式，學(xué)生看不到電路元件，只能看到原理電路圖，依照實驗指導(dǎo)書按部就班完成實驗，不識電路組成，更別提其工作原理和內(nèi)在聯(lián)系的分析，抑制了學(xué)生的自主開發(fā)潛力。再者，高頻類科技創(chuàng)新活動不夠活躍。

1.3 學(xué)校教學(xué)與市場人才需求不對稱

學(xué)校教學(xué)模式、教學(xué)方法沒有充分考慮市場人才需求的現(xiàn)狀，沒有從現(xiàn)實產(chǎn)品需求出發(fā)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)。第一，課程教學(xué)單元設(shè)計過于局部化。高頻電路每一章基本對應(yīng)一種功能電路，新的一章開始直接開門見山呈現(xiàn)單元電路，主要專注電路組成及其工作原理，此種教學(xué)方法沒有從現(xiàn)實產(chǎn)品需求出發(fā)驅(qū)動學(xué)生設(shè)計電路方案、論證電路工作特性，沒有站在整個產(chǎn)品的角度去考慮問題、分析問題、解決問題。學(xué)生學(xué)習(xí)沒有任務(wù)驅(qū)動力，不求甚解，學(xué)完即忘。第二，實踐課題孤立于射頻產(chǎn)品開發(fā)之外。一般性實踐課題大多停留在基本功能單元電路，未結(jié)合實際射頻產(chǎn)品情況，學(xué)生只要參考教材電路、習(xí)題電路、實驗指導(dǎo)書電路等資源即可完成設(shè)計工作，無法鍛煉學(xué)生有關(guān)復(fù)雜實用場景的性能分析、器件選擇、布線要求和焊接工藝等技能。

2 教學(xué)改革措施

針對以上問題，從教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式等方面提出該課程教學(xué)改革措施，如圖1所示。所有改革內(nèi)容圍繞一個中心，即以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為中心，采用項目式模塊化教學(xué)模式[4]，教學(xué)內(nèi)容以典型、實用電路為主，建立興趣引導(dǎo)的高頻電路實踐創(chuàng)新平臺，輔以項目作品考核方式和微課+APP教學(xué)法，將深奧的理論轉(zhuǎn)換為具體的項目實踐知識，讓難以理解的理論在學(xué)生面前“平易近人”；其次利于培養(yǎng)學(xué)生自主實踐意識和科技創(chuàng)新能力，擺脫按部就班的封閉式實驗箱實驗弊端，激發(fā)學(xué)生對新產(chǎn)品、新技術(shù)、新方案的設(shè)計興趣和產(chǎn)品追求，加快學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的建設(shè)步伐，與就業(yè)市場需求無縫對接。

圖1 教學(xué)改革措施示意圖

2.1 采用項目式模塊化教學(xué)模式，組建項目課題-模塊電路-單元電路-知識點的體系架構(gòu)，以做促學(xué)

項目式模塊化教學(xué)模式就是將高頻電路課程的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為一到多個項目作品的實現(xiàn)，高頻電路課程的教授就是項目案例模塊化設(shè)計不斷論證、開發(fā)、調(diào)試的過程[5]。

第一，課程教學(xué)過程始終以項目為主線，采用模塊功能電路設(shè)計思想，將知識的講授轉(zhuǎn)化為項目方案不斷論證和項目電路的完成。 課程第一次課向?qū)W生明確交待該課程研究的主要內(nèi)容和就業(yè)方向、崗位，引出課程教學(xué)的有效手段——項目驅(qū)動式模塊化教學(xué)方法，如圖2所示。首先，教師根據(jù)本科生的實際應(yīng)用能力設(shè)計課程相關(guān)項目課題，如無線射頻識別系統(tǒng)、遙控飛行器、無線遙控門鈴、超遠距離汽車報警器、無線遙控開關(guān)、無線調(diào)頻對講機、調(diào)幅收音機等。然后，選擇一個項目課題展開，進行方案論證與模塊化結(jié)構(gòu)和接口的設(shè)計，因為還處于課程講授的前期階段，用于方案論證的支撐知識點還未講授，所以方案論證往往比較粗糙，不夠充分，后期相關(guān)單元電路學(xué)習(xí)后，會反饋驗證并修整方案的正確性、合理性和實用性。每個模塊可能包括一到多個單元電路，每個單元電路的組成結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)、優(yōu)缺點及其相關(guān)知識點迥異。教學(xué)中著重講解典型、實用的單元電路，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)擴展改進，組建符合項目實際需求的電路。在電路系統(tǒng)選擇構(gòu)建完成后，在焊接調(diào)試之前進行虛擬軟件仿真實驗，以反饋驗證方案設(shè)計的正確性。一旦仿真正確，說明方案設(shè)計沒有質(zhì)的問題，下面就可以焊接調(diào)試，最終完成實物作品。為了覆蓋到全部大綱內(nèi)容，一般需要2～3個項目案例的分析執(zhí)行。

圖2 項目驅(qū)動式模塊化教學(xué)方法

第二，構(gòu)建項目課題-模塊電路-單元電路-知識點的教學(xué)體系架構(gòu)。在課程教學(xué)過程中，如何才能實現(xiàn)項目課題與大綱知識點的契合，課程組總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合公司和企業(yè)項目方案設(shè)計流程，制定并實踐了項目課題-模塊電路-單元電路-知識點的教學(xué)體系架構(gòu)。將項目電路劃分為多個大的功能模塊，每個模塊可能對應(yīng)一到多個單元電路，每個單元單路功能相對獨立簡單，而單元電路會涉及小而多的知識點。不同單元電路涉及的知識點可能會有交叉，講授一遍即可。

第三，學(xué)生設(shè)立項目作品課題，參考教學(xué)進度，學(xué)、做同步，以做促學(xué)。在項目式模塊化教學(xué)過程中，學(xué)生可以仿效老師的項目案例開發(fā)設(shè)計流程，根據(jù)自己的興趣愛好，擬定自己的作品課題，設(shè)立任務(wù)目標(biāo)，根據(jù)作品性能指標(biāo)和教學(xué)進度，針對性的學(xué)習(xí)課程知識，不斷論證課題設(shè)計方案，購買元器件，焊接調(diào)試，最終完成電路作品，具體流程參考圖2。在這個過程中，學(xué)生可能遇到各種問題，比如模塊電路制作的各種問題，單元電路集成的各種故障，調(diào)試過程中多種不正?，F(xiàn)象等，但正是這些問題恰恰是幫助學(xué)生加深對技術(shù)原理理解的過程。

2.2 教學(xué)內(nèi)容以典型、實用電路為主，授課以“有用、好學(xué)”為基本出發(fā)點

高頻電路課程電路種類繁多，理論復(fù)雜，且屬于模擬電路，抗干擾性較弱，傳統(tǒng)鋪天蓋地的教學(xué)方法很容易消磨學(xué)生的毅力和耐心，導(dǎo)致挫敗感和畏懼心理。首先，項目組本著經(jīng)典、實用的原則，從繁雜的高頻電路中剔除落后、重復(fù)、過于復(fù)雜的電路，精選出8類17種電路。他們在項目式驅(qū)動教學(xué)中多次應(yīng)用到項目案例。其次，重功能特性、工作條件和輸入輸出接口，輕復(fù)雜的理論推導(dǎo)。

2.3 引入微課+APP教學(xué)法，提供給學(xué)生隨時隨地想學(xué)就學(xué)的環(huán)境

高頻電路微課是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)活動，以突出概念、主題為中心，把課程內(nèi)容分解為單個小知識點，利用PPT+Camtasia Studio錄屏技術(shù)錄制視頻，每個視頻時長小于5分鐘，并為視頻量身定做配套APP軟件，讓學(xué)習(xí)者在零碎的時間中通過手機等移動設(shè)備輕松、方便地學(xué)習(xí)高頻電路課程，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

課程手機APP軟件集微課視頻、教學(xué)筆記、學(xué)生討論、行業(yè)資訊等信息于一體，例如，視頻知識點“空載LC諧振回路參數(shù)計算”的學(xué)習(xí)內(nèi)容既包括LC諧振回路的組成、參數(shù)計算等環(huán)節(jié)，又設(shè)置了練習(xí)題和知識小結(jié)，如圖3所示，提供給學(xué)生一個靈活開放的互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。

圖3 知識點“空載LC諧振回路參數(shù)計算”視頻圖例

2.4 以動手制作為手段，建立興趣引導(dǎo)的高頻電路實踐創(chuàng)新平臺

項目式模塊化教學(xué)模式以項目開發(fā)為主線，以項目任務(wù)為驅(qū)動，學(xué)生目標(biāo)明確，任務(wù)具體，指導(dǎo)得力，很大程度上調(diào)動了學(xué)生的創(chuàng)作熱情，培養(yǎng)高頻電路的創(chuàng)作興趣。為鞏固和升華課程教材效果和學(xué)生的高頻電路創(chuàng)作技能，繼續(xù)以項目任務(wù)為驅(qū)動力，通過承接企業(yè)外包產(chǎn)品開發(fā)模塊等形式，依托電子通信工程學(xué)院實驗實訓(xùn)中心和大學(xué)生科技創(chuàng)新中心，通過開放高頻電路實驗室和預(yù)約開放其他實驗室的方式，面向全校師生創(chuàng)建高頻電路實踐創(chuàng)新平臺，拓展課堂學(xué)習(xí)時間，提高實物創(chuàng)作能力。同時，創(chuàng)新平臺建立學(xué)生、作品和技術(shù)檔案，有效傳承前期積累，培養(yǎng)團隊團結(jié)合作、互幫互助精神，發(fā)揮“傳、幫、帶”效應(yīng)，形成良性發(fā)展和長效運行機制。

2.5 改革考核方式，將作品制作納入考核范圍

考核方式采用“學(xué)、會、做”綜合評價體系，真實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)知識水平和能力。在制訂高頻電路課程的考核方式時，應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的課堂出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂互動、實驗操作、團隊精神、項目作品制作等方面進行綜合評價。比如，結(jié)合學(xué)生的設(shè)計思路、方法和最終作品評定成績，重點考核學(xué)生運用所學(xué)知識和技能綜合分析問題、解決問題的實際工作能力，從而促進學(xué)生學(xué)習(xí)技能和創(chuàng)新能力的提高。

3 教學(xué)效果

安徽新華學(xué)院通過以上改革方案的執(zhí)行和實踐，近幾年學(xué)科與科技競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目和畢業(yè)就業(yè)等方面成績突出。以2015、2016兩年間二級學(xué)院“電子通信工程學(xué)院”為例，2015年，大學(xué)生電子設(shè)計競賽(以下簡稱電賽)國家級一等獎、省級一等獎和二等獎各1項，大學(xué)生智能車競賽省級一等獎2項，20項國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目獲批，畢業(yè)生就業(yè)率達97.24%。2016年，電賽國家級一等獎、省級一等獎和二等獎各1項，智能車競賽國家級二等獎1項、省級一等獎2項、二等獎1項，大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽國家級二等獎1項、華東賽區(qū)一二等獎各1項，安徽省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃三等獎2項，國家級和安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目分別獲批2項和51項，畢業(yè)生就業(yè)率達97.57%。

4 結(jié)論

高頻電路課程的改革實踐肯定了以上改革方案有利于增強學(xué)生對高頻電路課程的系統(tǒng)性認識，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)作熱情和興趣，鍛煉創(chuàng)新思維模式和工程實踐能力，集中體現(xiàn)了學(xué)校高度重視人才培養(yǎng)工作，并進一步加強了內(nèi)涵建設(shè)，努力提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

[1] 許建明，黃同成，謝兵,等．應(yīng)用型本科院校通信電子線路課程教學(xué)改革與探索[J]．中國教育技術(shù)裝備，2016，23(2)：124-126．

[2] 袁敏．高頻電子線路實驗教學(xué)新模式研究[J]．科教導(dǎo)刊，2015，1(11)：81-82．

[3] 苗倩，余志勇，侯洪慶,等．Multisim仿真軟件在高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用與探討[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2014,21(20)：127-129,133．

[4] 孫靜晶，張鵬，馬占欣．項目教學(xué)法在電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能課程教學(xué)中的實施探討[J].河南科技學(xué)院學(xué)報，2016，23(4)：77-78.

[5] 李國晶，趙化啟，楊涵崧,等.專業(yè)課程的案例教學(xué)模式探析[J].經(jīng)濟師，2016,28(10)：240-241.

Reform of High-Frequency Circuit Teaching Oriented by Engineering Application Ability

ZHANG Wenju, ZHONG Lingling, YAO Ling

(School of Electronic and Communication Engineering，Anhui Xinhua University, Hefei Anhui 230088, China)

Taking application-oriented undergraduate institutions as an example, combining with the characteristics of electronic communication major, takes the development of new technology project as the main line, and adopts modularization-based teaching method, by adjusting teaching content, building innovation platform, strengthening practice assessment and other links, strives to cultivate students’ ability of the engineering application and innovation. Through teaching practice, the students' ability of the comprehensive application and innovate is improved.

high-frequency circuit;project development;modularization-based teaching;engineering application

2016-12-19

安徽省質(zhì)量工程建設(shè)項目(2015zy073)；安徽高校自然科學(xué)研究項目(KJ2017A628)；安徽新華學(xué)院質(zhì)量工程建設(shè)項目(2014gxkcx01)

張文菊(1983-)，女，安徽淮南人，講師，碩士，研究方向：信號與信息處理。E-mail:wena_tt@163.com

G424.1

A

1004-2237(2017)03-0065-05

10.3969/j.issn.1004-2237.2017.03.013