“高頻電子線路實驗”課程翻轉(zhuǎn)教學模式的探索

滕旭東 白園飛 麻超 王曉麗

[摘 要] 傳統(tǒng)的高頻實驗教學模式，過于重視理論驗證，對高頻理論的工程應(yīng)用能力訓練較少。為此，我們引入翻轉(zhuǎn)教學思想，從教學形式和教學方法上進行探索。采用開放式實驗模塊，將驗證和設(shè)計結(jié)合，課內(nèi)指導和課外實驗相結(jié)合，讓學生從工程角度來實驗電路和分析問題，突出設(shè)計性和實用性，從而有效地激發(fā)學生的自主學習和主動探究興趣。

[關(guān)鍵詞] 實驗模式;翻轉(zhuǎn)教學;開放式模塊

[基金項目] 2019年度上海工程技術(shù)大學實踐教學建設(shè)項目資助（X201902003）

[作者簡介] 滕旭東，上海工程技術(shù)大學電子電氣工程學院教師（通訊作者）。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）17-0297-02 ? ?[收稿日期] 2019-09-27

一、前言

傳統(tǒng)高頻電子實驗課程教學中缺乏電路設(shè)計過程，對高頻基本分析方法的運用和必要工程計算等能力培養(yǎng)明顯不夠[1]，造成學生對高頻實驗內(nèi)容興趣不高，從而制約學生學習的主動探索精神和創(chuàng)新思維。近年來，大量EDA電路仿真軟件如Multisim，Pspice，Tina等廣泛的使用，高頻實驗教學方式也呈現(xiàn)出“以軟代硬”“以綜合代基礎(chǔ)”等特點[2-3]。然而，我們發(fā)現(xiàn)這些仿真軟件的引入，對學生高頻電路的設(shè)計、制作和調(diào)試能力并沒有明顯的提高，常規(guī)高頻測量儀器，如示波器、高頻電壓表和阻抗分析儀等基本操作反而存在較多問題;其次非線性高頻電路實驗，如振蕩器和變?nèi)荻O管調(diào)頻電路等仿真結(jié)果與實際電路結(jié)果差異較大，給學生理解和分析也帶來很多困惑。

因此，我們對高頻實驗課程引入翻轉(zhuǎn)課堂的思想，把傳統(tǒng)課內(nèi)實驗擴展到課內(nèi)外結(jié)合的方式，將單元電路實驗轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苣K的實驗;通過更細化的設(shè)計、計算、調(diào)試和分析的指導，學生完成實驗的同時也提升工程問題的解決能力。

二、實驗內(nèi)容

高頻實驗課程和理論課程同步開設(shè)，實驗內(nèi)容按照通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三個獨立的功能模塊，每個模塊有若干基本電路單元組成，如圖1所示。

圖1中發(fā)射模塊實現(xiàn)從產(chǎn)生低頻信號，振蕩調(diào)制，功率放大到天線匹配等發(fā)送功能;接收模塊實現(xiàn)信號混頻、檢波和鑒（頻）相以及音頻功放等功能;開發(fā)模塊使用集成電路IC，可自由搭建一個簡單通信系統(tǒng)，并配置虛擬示波器接口，能夠通過學生個人電腦就完成波形的觀察。每個模塊中，基本單元電路配置多種類型，如發(fā)送模塊中配置晶體振蕩器、Clapp振蕩器和壓控振蕩器等;接收模塊中配置集成乘法混頻器和雙平衡二極管混頻器。三個模塊均為便攜式，可分別獨立供電，發(fā)射模塊和接收模塊的基本單元電路結(jié)構(gòu)固定，但關(guān)鍵元器件采用插拔形式，可根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整參數(shù)。開發(fā)模塊除主芯片如MC1496，74HC4046等外，電路結(jié)構(gòu)與元器件可以在實驗板上靈活布置。

三、實驗指導

實驗內(nèi)容為開放性實驗，實驗過程貫穿整個理論學習過程，如圖2所示。從基本電路結(jié)構(gòu)、模擬仿真、電路調(diào)試和分析，要求學生必須完成全部訓練。

根據(jù)課程內(nèi)容進度，學生應(yīng)充分理解高頻電路工作原理基礎(chǔ)上，參考實驗指導書中給出參考電路結(jié)構(gòu)、元器件參數(shù)選擇原則和測量方法等，在實驗課前應(yīng)該完成指定技術(shù)指標的基本電路單元設(shè)計，可以借助于軟件對所設(shè)計的電路進行仿真驗證，但不要求一定有結(jié)果;實驗課內(nèi)重點解決電路設(shè)計存在的問題和實驗調(diào)試和測量方法，不強調(diào)學生都按步驟操作，倡導學生與教師討論來完善各自設(shè)計電路;對于共性問題和原理問題進行適當補充，也允許不同組別之間存在實驗內(nèi)容進度差別;學生在課后將繼續(xù)使用功能模塊，通過配置的數(shù)據(jù)采集器（南京匯虹電子科技有限公司提供），實驗課外通過虛擬示波器軟件調(diào)試電路，不受到課內(nèi)時間限制，充分擴展學生高頻實驗的空間和時間;教師應(yīng)減少實驗內(nèi)容的講解，更多在于指導學生設(shè)計中出現(xiàn)的理論錯誤，參數(shù)計算和設(shè)備操作規(guī)范，盡量避免為學生調(diào)試實驗結(jié)果。

四、考核管理

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，弱化學生出勤率所占比例，強調(diào)實驗過程和團隊合作成效。實驗根據(jù)功能模塊分組完成，每個小組至少四位同學，每個同學分別完成不同的單元電路的設(shè)計，最后一起實現(xiàn)模塊功能和參數(shù)測試[4];教師考核方式不是單純看學生實驗報告，或通過一次考試來給出學生實驗掌握情況，而是通過同組學生共同完成進度和技術(shù)報告答辯的表現(xiàn)對一組同學給出統(tǒng)一評價;改變實驗報告撰寫形式，重視設(shè)計過程，理論計算和測量分析，不要求同學仔細論述實驗過程，步驟和無分析的數(shù)據(jù)記錄;設(shè)計的功能模塊評估要細化，引入工程技術(shù)指標如噪聲系數(shù)、1dB壓縮電平和非線性失真系數(shù)等進行量化比較。

五、教改成效

這次教改我們擯棄了傳統(tǒng)整體實驗箱，取而代之功能模塊;實驗指導書將基礎(chǔ)理論和工程實例設(shè)計結(jié)合，強調(diào)計算分析。學生必須先有設(shè)計（含電路仿真），才能調(diào)試實際電路，最終完成一個復雜功能模塊。

通過三年的高頻電子線路實驗教學探索，我校高頻選修人數(shù)、課程通過率、高頻類課題申報和競賽參與度都有顯著的提升，見表1。同時教師也不必受到課時限制，課內(nèi)外都可以指導實驗，在完成設(shè)計過程中也激發(fā)學生主動實驗和開拓創(chuàng)新思維，切實提高頻理論知識的綜合運用能力。

（致謝：非常感謝南京匯虹電子科技有限公司吳達勇總經(jīng)理在高頻電子線路實驗平臺建設(shè)的教學改革中給予的大力支持和幫助?。?/p>

參考文獻

[1]鄭艷華.高頻電子線路實驗課程中綜合性實驗項目改革探索[J].課程教育研究，2019，（6）.

[2]王麗.高頻電子線路實驗課程教學的改革[J].江蘇科技信息，2018，35（32）：59-61.

[3]羅暉，王傳云.高頻電子線路課程實驗改革探討[J].華東交通大學學報，2005，22：71-72.

[4]周梓發(fā)，吳波，李超英.高頻電子線路教學改革探討[J].教育教學論壇，2018，24：136-137.

Abstract：The traditional teaching method of high-frequency experiments course gave much more over-emphasis on theoretical verification，instead of high-frequency circuits design training.For this reason，we introduced Flipped Classroom Model （FCM） to improve the teaching mode，which not only help students to deeply understand basic theory of HF，but also greatly inspire the interest of self-study of students，and enhance students practical ability to engineering application.

Key words：experimentalmode;Flipped Classroom Model;open module