Python仿真技術(shù)在《高頻電子線路》教學(xué)教改中的應(yīng)用

何立功 陳孟臻

摘 要 高頻電子線路作為通信工程、電子信息工程等專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，具有很強(qiáng)的理論性、專業(yè)性以及工程實(shí)踐性。對(duì)于高職升本的學(xué)生來(lái)說(shuō)這門課程的難度較大，課堂理論教學(xué)深度不宜深入開展。本文根據(jù)多年來(lái)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，探討引入python編程進(jìn)入課堂，結(jié)合基本理論進(jìn)行仿真，使學(xué)生更加容易理解理論基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)理論結(jié)合仿真，直觀的展示課程知識(shí)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 高頻電子線路 高職升本 python仿真 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2020）03-0056-02

高頻電子線路是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，作為通信工程、電子信息工程專業(yè)的核心課程，這門課的重要性不言而喻。但是這門課難度較大，對(duì)于高職升本的學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度更加巨大，鑒于此，如何使這類學(xué)生能夠更加容易接受、理解這門課程，學(xué)好這門課程是本文將要探討的內(nèi)容。

目前科技發(fā)展迅速，在國(guó)內(nèi)特別是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展如日中天，大數(shù)據(jù)、人工智能正是最熱門的時(shí)候，而python語(yǔ)言在大數(shù)據(jù)、人工智能方面應(yīng)用具有先天性的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)分析、仿真建模方面也有一定的優(yōu)勢(shì)。再加上該語(yǔ)法簡(jiǎn)單易學(xué)，第三方插件非常豐富，目前幾乎是無(wú)所不能。殊不知，有條件的初小學(xué)都有開這門課程。

因此，本文將探討這門課程引入python來(lái)做課程仿真，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)課程的不足。實(shí)驗(yàn)課程加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，python仿真在理論課程的講授中穿插應(yīng)用，可以更好的使學(xué)生理解理論知識(shí)。

1 課程教學(xué)現(xiàn)有問(wèn)題

對(duì)于普通應(yīng)用本科院校，該課程作為一門專業(yè)核心課程，每年都是理論教學(xué)與實(shí)現(xiàn)單獨(dú)開課。一般都是先開三周以上的理論課程再去做實(shí)驗(yàn)。這樣做雖然可以保證教學(xué)進(jìn)度，滿足學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前具有一定的理論知識(shí)。但是往往學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的過(guò)程中并未真正的理解課程知識(shí)，或者只是一知半解。帶著很多的未知去做實(shí)驗(yàn)，再加上學(xué)生動(dòng)手能力差，整個(gè)實(shí)驗(yàn)也未必能夠達(dá)到預(yù)期的效果，下面展開分析。

1.1 實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)有問(wèn)題

目前，大部分院校的高頻實(shí)驗(yàn)課程都有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者實(shí)驗(yàn)箱，具有與書本完整的配套電路模塊，當(dāng)然，也都是最基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。通常實(shí)驗(yàn)?zāi)K有：串并聯(lián)諧振電路、高頻小信號(hào)放大電路、功率放大電路、振蕩電路、二極管平衡電路（可完成幅度調(diào)制、混頻）、差分電路（可完成幅度調(diào)制、解調(diào)、混頻）、調(diào)頻電路、以及二極管包絡(luò)檢波器等等。這些電路在于幫助學(xué)生能夠更快的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不需要自己動(dòng)手搭建實(shí)驗(yàn)電路，只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行接線、調(diào)整輸入信號(hào)，然后接好示波器就可以觀察到相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

這樣最后導(dǎo)致的結(jié)果是，有些學(xué)生往往只會(huì)跟著指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不會(huì)自己動(dòng)手，也不會(huì)操作實(shí)驗(yàn)工具，更不能把理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。而且在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中幾乎不會(huì)遇到什么問(wèn)題，只要設(shè)備正常，一切跟著指導(dǎo)書就完成了實(shí)驗(yàn)，如果遇到問(wèn)題，學(xué)生動(dòng)手能力較差，也不會(huì)查找資料進(jìn)行解決，往往是直接問(wèn)老師，而這類問(wèn)題一般理論課堂也講過(guò)，只是都是理論，學(xué)生不能有直觀的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)做完學(xué)生也不能真正的學(xué)到知識(shí)，體會(huì)到相關(guān)知識(shí)的用處。

1.2 理論課程現(xiàn)有問(wèn)題

雖然目前根據(jù)應(yīng)用型本科教學(xué)目標(biāo)，并沒有要求應(yīng)用型大學(xué)對(duì)高難度理論和公式推導(dǎo)進(jìn)行深入探討。但是高頻電子線路這門課難度本身較大，不進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦碚撟C明、公示推導(dǎo)，是不可能把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講清楚的。而結(jié)合理論進(jìn)行公式推導(dǎo)的過(guò)程往往是枯燥、繁瑣的，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，學(xué)生往往難以理解。就算理論推導(dǎo)過(guò)程清楚了，學(xué)生也不清楚到底怎么用這些理論知識(shí)或者理論結(jié)果。對(duì)理論知識(shí)在工程上的應(yīng)用更是不能想象的到。往往使學(xué)生在聽課的過(guò)程中會(huì)失去耐心和信心。

再加上現(xiàn)在多媒體教學(xué)以成為鐵打的教學(xué)五有要素之一，有些學(xué)校甚至要求必須使用多媒體課件上課，這對(duì)于類似高頻電子線路這類課程非常不利，課件中不可能對(duì)理論過(guò)程以及公式推導(dǎo)一一展示，導(dǎo)致很多時(shí)候?qū)W生不能理解下一步的結(jié)果是如何從上一步推出的。更加劇了學(xué)生對(duì)理論課堂學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，也對(duì)實(shí)驗(yàn)課程造成負(fù)擔(dān)。

因此，很有必要對(duì)理論課程進(jìn)行必要的改革，使學(xué)生在上理論課程的同時(shí)能夠及時(shí)掌握理論知識(shí)以及實(shí)際應(yīng)用。更好的理解課堂知識(shí)，也為加強(qiáng)做實(shí)驗(yàn)的先前基礎(chǔ)知識(shí)。

2 使用python仿真幅度調(diào)制

2.1 python與matlab對(duì)比

在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，使用最廣的應(yīng)該是matlab，這也是理工科院校都會(huì)使用的工具，一些專業(yè)性很強(qiáng)的工具箱是其它語(yǔ)言無(wú)法替代的。但是matlab太過(guò)于龐大，而且目前由于國(guó)外對(duì)國(guó)內(nèi)科研院所的封鎖使matlab的應(yīng)用受限。但是python在一般的科學(xué)計(jì)算中完全可以滿足要求，進(jìn)而取代matlab。

Python是一門非常簡(jiǎn)單易學(xué)的腳本語(yǔ)言，有著豐富的擴(kuò)展庫(kù)，特別是在科學(xué)計(jì)算方面有numpy、scipy、matplo tlib，他們分別為python提供了快速數(shù)組處理、數(shù)值運(yùn)算以及繪圖功能，非常適合開展數(shù)據(jù)處理、圖標(biāo)制作以及開發(fā)科學(xué)計(jì)算軟件。因此，把python引入高頻電子線路課程進(jìn)行課堂快速理論仿真驗(yàn)證，不僅科技激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以直觀的展示理論結(jié)果。

2.2 python幅度調(diào)制仿真

幅度調(diào)制的關(guān)鍵理論是使兩個(gè)信號(hào)相乘，最后根據(jù)頻譜類型可細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)的幅度調(diào)制（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）以及單邊帶調(diào)制（SSB）。其中AM信號(hào)的表達(dá)式如下：

其中Uc為載波信號(hào)幅度，ma為調(diào)制靈敏度，Ω為消息信號(hào)角頻率，ωc為載波信號(hào)靈敏度。仿真圖形（如圖1）：d.消息信號(hào)頻譜e.載波信號(hào)頻譜f.調(diào)制信號(hào)頻譜。

圖中可以直觀的展示調(diào)制原理，使學(xué)生在編程的過(guò)程中理解理論公式，從圖形上看出調(diào)制信號(hào)的波形以及頻譜關(guān)系。

3 總結(jié)

以上是筆者在近幾年教學(xué)過(guò)程中一些觀點(diǎn)以及做法。當(dāng)然，如何科學(xué)的進(jìn)行課程改革是一件關(guān)乎教學(xué)的大事件，不能一概而論，需要全體科研人員以及相關(guān)專家共同探討，基礎(chǔ)教育關(guān)系到整個(gè)國(guó)民人才的培養(yǎng)，進(jìn)而關(guān)系到社會(huì)主義的建設(shè)。所以關(guān)于教學(xué)改革是一個(gè)很值得我們?nèi)パ芯康膯?wèn)題，需要得到足夠的重視。

百色學(xué)院 信息與工程學(xué)院，廣西 百色