“高頻電路”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探究

王勤 程輝

[摘 要] “高頻電路”是電子信息和通信類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程存在理論復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、結(jié)果不穩(wěn)定等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生普遍對(duì)做高頻實(shí)驗(yàn)興趣不高，教學(xué)改革迫在眉睫。通過分析高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的問題，并提出了相應(yīng)的教改思路，旨在提升教學(xué)效果，真正提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

[關(guān)鍵詞] 高頻電路;教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2019年度國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“魯棒的彩色圖像四元數(shù)稀疏編碼方法研究”（61806027）

[作者簡(jiǎn)介] 王 勤（1987—），女，四川遂寧人，工學(xué)博士，成都大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信與電子工程系講師，主要從事通信與信息? ? ? 系統(tǒng)的研究;程 輝（1987—），男，江蘇徐州人，工學(xué)碩士，德陽科貿(mào)職業(yè)學(xué)院智能技術(shù)系助教，主要從事信息與通信工程的? ? ? 研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）34-0159-03 ? ?[收稿日期] 2019-11-07

一、引言

“高頻電路”是電子信息與通信類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要研究對(duì)象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送和接受設(shè)備中各種高頻單元電路的結(jié)構(gòu)、原理和基本功能，其主要教學(xué)目的是為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)作鋪墊，在該類專業(yè)課程設(shè)置中起承前啟后的作用。

在高等院校教學(xué)中，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)共同構(gòu)成了人才培養(yǎng)體系，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力的關(guān)鍵。高頻電路是一門工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[1]，與工程技術(shù)聯(lián)系非常緊密，除了要求學(xué)生能較深入地掌握相關(guān)理論知識(shí)，更要提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。該實(shí)驗(yàn)課程以前修課程實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，如電路原理實(shí)驗(yàn)和模擬電路實(shí)驗(yàn)等。通過高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，訓(xùn)練學(xué)生的調(diào)試能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐能力，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開闊解決問題的思路，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來的工作打下良好的基礎(chǔ)[2]。

二、高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

盡管高頻電路實(shí)驗(yàn)在電子信息和通信類專業(yè)中地位如此重要，但學(xué)生普遍對(duì)做高頻實(shí)驗(yàn)興趣不高，各種原因造成了實(shí)驗(yàn)效果不理想，難以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要面臨以下問題。

（一）高頻實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定

高頻電子技術(shù)與其他低頻電子技術(shù)相比，最大的區(qū)別是高頻電路的工作頻率高。由于構(gòu)成電路的元器件處在高頻工作環(huán)境中，物理性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化[3]。例如，電阻和電容在高頻區(qū)表現(xiàn)出引線電感性質(zhì);并行傳輸線呈現(xiàn)電容特性;電感容易受到集膚效應(yīng)的干擾;三極管在高頻區(qū)放大倍數(shù)下降等，造成電路分析和研究變得相當(dāng)復(fù)雜。高頻率特性導(dǎo)致高頻實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy，測(cè)量出來的波形容易畸變，從而影響了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析，導(dǎo)致學(xué)生害怕做高頻實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足或老化

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備是高等院校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少的工具。若實(shí)驗(yàn)室投入力度不夠?qū)е聦?shí)驗(yàn)條件不足，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常展開產(chǎn)生影響。如我院通信實(shí)驗(yàn)室缺少掃頻儀，在測(cè)量高頻小信號(hào)諧振放大器的通頻帶時(shí)只能用逐點(diǎn)描跡法而無法采用掃頻法。實(shí)驗(yàn)箱和儀器儀表使用多年后容易老化，導(dǎo)致功能已不完善。陳舊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)過反復(fù)維修后精度常會(huì)變差，而高頻實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的精度要求較高，精度較差的儀器設(shè)備會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不理想。另外，如果實(shí)驗(yàn)室存在出現(xiàn)故障而得不到及時(shí)維修的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，或沒有根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使正常使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備套數(shù)不足，學(xué)生兩人以上一組做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些學(xué)生依賴同組成員的實(shí)際操作而自己不動(dòng)手，難以提高這部分學(xué)生的動(dòng)手能力[4]。

（三）實(shí)驗(yàn)考核方式單一

實(shí)驗(yàn)課的考核方式是重要環(huán)節(jié)，能夠度量學(xué)生對(duì)課程的掌握情況。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?nèi)坑蓪?shí)驗(yàn)報(bào)告決定，這種考核方式不能全面地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢測(cè)。有些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課不夠重視，不交預(yù)習(xí)報(bào)告，或預(yù)習(xí)報(bào)告照搬照抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上根本不做實(shí)驗(yàn)，依靠同組或其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的抄襲現(xiàn)象非常嚴(yán)重。這種單一的考核方式不能真實(shí)反映出學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)不到預(yù)期的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。

（四）理論知識(shí)掌握不夠深入

很多學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前，沒有認(rèn)真復(fù)習(xí)高頻理論知識(shí)，雖然能勉強(qiáng)測(cè)出來數(shù)據(jù)和波形，但是并不能正確地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也無法做出合理的解釋。高頻電路課程雖然也是專業(yè)基礎(chǔ)課，但在學(xué)習(xí)高頻電路前需要學(xué)生有電路原理、模擬電路和信息與系統(tǒng)等先修課程的基礎(chǔ)。高頻電路以非線性分析方法為主，存在電路復(fù)雜、理論抽象、概念多的問題，學(xué)生普遍對(duì)高頻電路理論知識(shí)掌握得不夠。有的學(xué)生由于先修課沒有學(xué)好，再加上對(duì)高頻電路理論知識(shí)理解不夠透徹，從而導(dǎo)致做實(shí)驗(yàn)時(shí)只能照本宣科，不能把握實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，影響實(shí)驗(yàn)效果。

（五）預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)做得不好

很多學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前并沒有認(rèn)真做好預(yù)習(xí)工作，預(yù)習(xí)報(bào)告的寫作也是敷衍了事，為了完成任務(wù)而照抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。由于一次實(shí)驗(yàn)課只有兩個(gè)學(xué)時(shí)，如果學(xué)生沒有提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法，把熟悉實(shí)驗(yàn)儀器儀表的任務(wù)放在課堂上來完成，會(huì)造成他們對(duì)各類儀器設(shè)備的使用比較生疏。很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中看著實(shí)驗(yàn)儀器不知如何動(dòng)手，很難準(zhǔn)確地使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備去測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的波形，如數(shù)字示波器和萬用表等，甚至因時(shí)間不夠而不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。

（六）驗(yàn)證性試驗(yàn)難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣

目前高頻實(shí)驗(yàn)普遍采用整機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱包括已經(jīng)提前設(shè)計(jì)好的典型模塊電路，元器件都是已經(jīng)集成好的。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上預(yù)先設(shè)計(jì)好的內(nèi)容和步驟進(jìn)行連線并測(cè)量數(shù)據(jù)。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，老師先講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理，并親自演示操作過程，然后學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟機(jī)械性地在電路板上連線，并連接相應(yīng)設(shè)備，經(jīng)過簡(jiǎn)單的電路調(diào)試、測(cè)量數(shù)據(jù)、觀察波形，就完成了實(shí)驗(yàn)。雖然驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以有針對(duì)性地訓(xùn)練學(xué)生如何做實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，但因?yàn)殡娐愤B接太過簡(jiǎn)單，使得學(xué)生淡忘了典型高頻單元電路的基本結(jié)構(gòu)和元器件的選擇方法。學(xué)生不了解實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的過程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程缺乏創(chuàng)新型和探索性，不能激發(fā)學(xué)生的熱情，學(xué)生感覺實(shí)驗(yàn)基本沒有意義，做實(shí)驗(yàn)也是敷衍了事。

三、高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方案

可見，傳統(tǒng)的高頻實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容和方法已不能培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才，高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)目前高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的一系列問題，教學(xué)改革可以從以下幾方面展開。

（一）將仿真實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)高頻電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定的問題，在實(shí)驗(yàn)之前，先讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路采用EDA軟件如Multisim進(jìn)行仿真分析。Multisim是一種廣泛應(yīng)用于電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的交互式仿真軟件，該軟件界面直觀，操作方便、功能強(qiáng)大，提供了各種虛擬儀器和豐富的元器件庫(kù)。學(xué)生選擇好元器件和儀器，完成參數(shù)設(shè)置并按實(shí)驗(yàn)電路連接，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)電路及其原理形成一個(gè)初步認(rèn)識(shí)[5]。然后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上連接硬件電路，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Multisim的仿真結(jié)果的差異，并分析產(chǎn)生差異的原因。通過將軟件仿真和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮軟硬件各自的優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生感性理解實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。

除了利用Multisim軟件來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路，在高頻實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，還可以用仿真的方式增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，快速地得到完善的電路設(shè)計(jì)方案。學(xué)生可以通過仿真軟件在原有實(shí)驗(yàn)電路的基礎(chǔ)上自行做分析設(shè)計(jì)，完成電路的變換和參數(shù)的修改，并分析輸出信號(hào)的特征，如在基本的單調(diào)諧放大器基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，電路性能會(huì)如何改變，其矩形系數(shù)和通頻帶將發(fā)生什么變化，這些想法都可以通過Multisim軟件來驗(yàn)證。通過將理論設(shè)計(jì)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，有助于學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

（二）學(xué)校應(yīng)該重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加大實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入

儀器設(shè)備是工科專業(yè)必備的教育資源，是辦學(xué)的基本物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件，反映了學(xué)校的教學(xué)實(shí)力和科研水平。高頻實(shí)驗(yàn)課的正常開展與實(shí)驗(yàn)儀器儀表情況關(guān)系密切。足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是順利完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提，學(xué)校應(yīng)當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)室投入力度，及時(shí)維修出現(xiàn)故障儀器設(shè)備，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要增添新的儀器設(shè)備，使儀器設(shè)備的數(shù)量能夠滿足實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)生人數(shù)的需要，保證每個(gè)學(xué)生都能動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。由于容易受到分布參數(shù)的影響，高頻實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器設(shè)備的精度要求較高，學(xué)校應(yīng)及時(shí)更換精度較差的陳舊儀器設(shè)備。在每一次實(shí)驗(yàn)課開始之前，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行檢查校正，保證各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足要求。

（三）實(shí)驗(yàn)總成績(jī)?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)改革

針對(duì)實(shí)驗(yàn)考核方式單一的問題，改革實(shí)驗(yàn)課的考核方式。實(shí)驗(yàn)總成績(jī)不僅包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，將實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)、預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)考試也納入實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)分參照如下標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)驗(yàn)總成績(jī)=20%預(yù)習(xí)報(bào)告+20%實(shí)驗(yàn)報(bào)告+20%實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)+40%實(shí)驗(yàn)考試，各項(xiàng)分?jǐn)?shù)均以百分制計(jì)。以本校每學(xué)期四次高頻實(shí)驗(yàn)課為例，實(shí)驗(yàn)報(bào)告是四次實(shí)驗(yàn)所寫報(bào)告的平均分，預(yù)習(xí)報(bào)告為四次預(yù)習(xí)報(bào)告的平均分，實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)由出勤和實(shí)驗(yàn)完成情況兩部分構(gòu)成，亦為四次課的平均值。實(shí)驗(yàn)考試中，學(xué)生一次5人抽簽考試，考試題目由抽簽結(jié)果所定，考試過程中學(xué)生必須獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，按照要求完成實(shí)驗(yàn)，不能看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，也不能咨詢老師和同學(xué)。考試完成后由教師當(dāng)場(chǎng)給出分?jǐn)?shù)，這種考核方式有效杜絕作弊，避免了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的抄襲現(xiàn)象。

（四）理論緊密結(jié)合實(shí)踐

理論來自實(shí)踐，實(shí)踐是理論的反映，理論和實(shí)踐相輔相成，相互促進(jìn)。針對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相脫節(jié)的問題，需要理論課教師有較好的教學(xué)方法，適當(dāng)刪減公式的推導(dǎo)，增加新技術(shù)和集成電路的部分，靈活運(yùn)用各種授課方法，講清楚重難點(diǎn)，加強(qiáng)課后訓(xùn)練，在理論課堂教學(xué)中增加仿真實(shí)驗(yàn)演示。努力提高高頻電路理論課的教學(xué)質(zhì)量，使得學(xué)生充分理解高頻基礎(chǔ)理論，并將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于高頻實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐出真知，理論知識(shí)通過做實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)一步升華，真正提升學(xué)生的理論水平，并借助實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

（五）規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告和預(yù)習(xí)報(bào)告的寫法

提前預(yù)習(xí)可以讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，熟悉?shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)中要用到的儀器設(shè)備的使用方法，還能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題的積極性，大大提高做實(shí)驗(yàn)的效率，因此應(yīng)該要求學(xué)生寫預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和相關(guān)儀器設(shè)備的使用方法。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)實(shí)驗(yàn)的全面總結(jié)，也是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的進(jìn)一步提高。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不應(yīng)贅述預(yù)習(xí)報(bào)告的內(nèi)容，更不應(yīng)該抄襲實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，而要包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述、波形圖的繪制、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、思考題的回答和實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)的總結(jié)。此外，還可以寫出調(diào)試中遇到的問題，就發(fā)現(xiàn)的問題查找相關(guān)資料并分析說明解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神、查閱資料的能力和綜合分析問題的能。

（六）加大綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例

根據(jù)教改的需要修訂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，調(diào)整部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在高頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入真正鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?？梢栽诂F(xiàn)有固定模塊電路的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)或制作合適的實(shí)驗(yàn)電路，盡可能增加學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的比例。也可以由教師提出設(shè)計(jì)要求，學(xué)生根據(jù)要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)可行的電路進(jìn)行制作焊接并調(diào)試。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既能加深對(duì)理論知識(shí)的掌握，做到理論知識(shí)的活學(xué)活用，又鍛煉動(dòng)手能力，拓展了思維空間，培養(yǎng)學(xué)生做高頻實(shí)驗(yàn)的興趣，消除完全依靠驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所帶來的消極情緒。此外，還可以通過與高頻電路課程相關(guān)的課程設(shè)計(jì)或者各類電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。

經(jīng)過多年的課程教學(xué)改革嘗試，教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提升。然而，教學(xué)實(shí)踐的探討是無止境的，教改過程中還發(fā)現(xiàn)了一些其他問題，如教師的科研教學(xué)水平、學(xué)生的基礎(chǔ)和能力的差異、學(xué)校學(xué)院的硬件投入等，這些問題都有待進(jìn)一步解決和完善。

四、結(jié)語

本文針對(duì)高頻電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，對(duì)如何進(jìn)行教學(xué)改革，提出了幾點(diǎn)看法。為了進(jìn)一步提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，教師要遵循教學(xué)規(guī)律，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，不斷地在實(shí)踐中探索新的教學(xué)方法，努力提高自身的實(shí)踐教學(xué)水平，培養(yǎng)出真正適應(yīng)市場(chǎng)需求的高水平工程技術(shù)人才。

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