虛實結(jié)合《通信電子線路》實踐教學改革研究

安媛 吳江 張凱亮 趙海峰 李碩

摘要：《通信電子線路》課程是電子信息工程類專業(yè)和通信工程類專業(yè)的專業(yè)必修課程，課程理論性和實踐性均較強。本文針對現(xiàn)有通信及信息行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和對人才的需求，提出虛實結(jié)合的《通信電子線路》實踐教學模式，將“自行設(shè)計性實驗”“虛擬仿真實驗項目”引入《通信電子線路》課程的實踐教學中，培養(yǎng)學生專業(yè)知識綜合運用能力，以迎合應用型本科人才培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合；通信電子線路；實踐教學

“應用型”本科人才是“應用型”本科院校的培養(yǎng)目標與定位，與傳統(tǒng)本科人才和“科研型”本科人才相比，應用型本科人才需要具備更為扎實的基礎(chǔ)理論知識架構(gòu)以及更為顯著地將理論知識應用到實際生產(chǎn)生活中的能力。在此培養(yǎng)目標驅(qū)動下的培養(yǎng)體系更加強調(diào)學生具備完整且清晰的理論知識體系，強調(diào)學生能夠做到學以致用，要求學生能夠?qū)⑺鶎W專業(yè)知識充分運用到社會生產(chǎn)實踐中，為一線生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持，以解決生產(chǎn)中的技術(shù)難題。這就要求應用型本科院校在實際教學過程中，課程教學團隊要深度挖掘相關(guān)課程知識的應用型特征，注重課程實踐教學環(huán)節(jié)，充分培養(yǎng)學生的動手實踐能力的同時提高學生專業(yè)知識綜合運用能力，以達到技術(shù)應用型本科人才的培養(yǎng)目標。

《通信電子線路》是通信工程類專業(yè)和電子信息工程類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，該課程在電路、模擬電子技術(shù)、通信原理、信號與系統(tǒng)等專業(yè)基礎(chǔ)課程開設(shè)的基礎(chǔ)上進行相關(guān)教學活動?！锻ㄐ烹娮泳€路》課程教學目標為引導學生充分利用前期專業(yè)基礎(chǔ)知識對通信過程中常用電路模塊的工作原理、電路構(gòu)成及性能指標進行分析和研究。在電路分析過程，課程教學團隊通過課堂理論教學環(huán)節(jié)將通信電子線路課程中的基本理論、基本電路設(shè)計方法和基本電路性能分析技能傳授給學生，注重培養(yǎng)學生的通信電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計能力。除課堂理論教學環(huán)節(jié)外，教學團隊通過課程實驗與實踐教學環(huán)節(jié)，以實驗項目為導向，充分激發(fā)學生的學習主動性，培養(yǎng)學生知識綜合運用能力、問題解決能力、創(chuàng)新實踐能力等應用型本科人才要求的綜合能力。

根據(jù)以上《通信電子線路》課堂理論教學任務(wù)和實踐教學任務(wù)分析可知，通信電子線路實驗作為通信類專業(yè)和電子信息類專業(yè)一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，對于“應用型”本科人才的培養(yǎng)有著舉足輕重的作用。由此，本文提出了驗證實驗、仿真實驗、綜合設(shè)計實驗相結(jié)合的通信電子線路課程實踐教學模式，打破了傳統(tǒng)的實驗箱“驗證式”實驗教學模式。針對現(xiàn)有通信行業(yè)及信息類行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)行業(yè)發(fā)展對應用型本科人才的需求，本文將“自主設(shè)計性實驗”和“虛擬仿真實驗”引入《通信電子線路》課程的實踐教學環(huán)節(jié)中，以項目為導向，綜合培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力和綜合知識運用能力，達到應用型本科院校人才培養(yǎng)目的，夯實應用型本科院校發(fā)展立足點。

一、《通信電子線路》實踐教學改革必要性

《通信電子線路》課程是理工類高等院校電子信息工程類專業(yè)和通信工程類專業(yè)的專業(yè)必修課程，該課程的理論性和實踐性均強于其他大部分專業(yè)課，對于培養(yǎng)學生的綜合知識應用能力和實踐創(chuàng)新能力具有關(guān)鍵性作用?！锻ㄐ烹娮泳€路》課程主要講授通信產(chǎn)業(yè)中常用的高頻通信電路模塊的原理、概念以及電路性能分析、設(shè)計方法等專業(yè)知識。同時，《通信電子線路》課程與通信行業(yè)實際生產(chǎn)發(fā)展狀況密切相關(guān)，因此該課程在教學過程中需側(cè)重于引導學生建立起通信系統(tǒng)中的基本理論知識框架、培養(yǎng)學生掌握非線性電路分析方法、教會學生基本通信電路模塊設(shè)計方法，并通過實踐教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的學習能力、問題解決能力、實踐創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作能力等，以達到應用型本科人才培養(yǎng)目標并符合當前通信產(chǎn)業(yè)實際生產(chǎn)對相關(guān)人才的需求。

目前，大部分應用型本科院校在《通信電子線路》課程教學過程中偏重于理論知識的講授，缺少對課程實踐教學環(huán)節(jié)的重視度，或?qū)嵺`教學環(huán)節(jié)的重視度不足，此類教學模式易導致學生學習主動性減退，對專業(yè)知識的掌握過于空泛，偏離了該課程的教學目標。針對《通信電子線路》課程實踐教學過程中暴露出的問題，國內(nèi)部分高校根據(jù)自身培養(yǎng)目標和教學體系對《通信電子線路》課程教學模式的改革做出了相應探索。西安電子科技大學作為國內(nèi)最早開設(shè)通信電子線路課程的高校之一，一直致力于該課程教學模式的改革，課程教學團隊建設(shè)了國家精品課程，課程實踐教學環(huán)節(jié)采用學生分組完成相關(guān)實驗課題的形式，摒棄了傳統(tǒng)的實驗箱實驗教學形式等；武漢大學在《通信電子線路》課程實踐教學探索過程中，采用基礎(chǔ)實驗與仿真實驗相結(jié)合的形式進行實踐教學，通過仿真實驗學生可形象直觀地理解元件參數(shù)對電路性能的影響，增強電路分析、設(shè)計能力。

結(jié)合我校作為“應用型”本科院校的立足點，并以我校NI（美國國家儀器公司，NATIONAL INSTRUMENTS）專業(yè)實驗中心為實踐教學基地，將《通信電子線路》實踐教學模式改革為先導，探索適合我校學生的應用型本科人才培養(yǎng)模式。本文在研究、剖析《通信電子線路》理論教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將虛擬仿真軟件LabVIEW有效融入實踐教學過程中，通過仿真軟件將各類通信電路模塊中元器件參數(shù)形象化，以便于學生形象直觀地觀察到通信電路模塊性能受元器件性能的影響。同時，教學團隊在實踐教學過程中以項目設(shè)計為導向，全面激發(fā)學生的學習主動性，從根本上改善教學效果，達到應用型本科人才培養(yǎng)目標。

二、LabVIEW仿真軟件介紹

LabVIEW仿真軟件在被提出的二十多年里被各界工程師和科學家作為標準圖形化設(shè)計平臺，LabVIEW軟件源于開發(fā)者發(fā)現(xiàn)相對于通過輸入一串串命令進行相關(guān)操作，開發(fā)者使用鼠標和圖形化界面時所發(fā)揮出的創(chuàng)造力和高效率是前所未有的，因此“圖形化”編程理念成為LabVIEW的最根本關(guān)鍵。用戶在利用LabVIEW仿真軟件進行電路設(shè)計時，僅需要利用軟件提供的圖形結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電路模塊功能的編程，不依賴也不需要進行文字代碼編程。因此，LabVIEW仿真軟件對于用戶語言編程基礎(chǔ)的要求為零，適用于任何層級階段的用戶，尤其對于無編程基礎(chǔ)的電子信息類專業(yè)學生用戶更為友好。學生用戶利用LabVIEW仿真軟件能夠快速入門電路仿真設(shè)計，同時該軟件圖形化的操作界面避免了文字代碼編程的繁瑣性和干枯性，提高了學生主動學習興趣，徹底激發(fā)學生積極探索的學習欲望。同時LabVIEW仿真軟件可以通過改變軟件來實現(xiàn)不同儀器儀表的功能，相當于軟件即硬件，學生用戶可將軟件作為硬件來開展各項實驗項目設(shè)計工作，避免因?qū)τ布皇煜ざ诱`實驗活動的開展。

三、虛實結(jié)合實踐教學方法實施過程

本文旨在通過將虛擬儀器仿真軟件LabVIEW融入《通信電子線路》實踐教學過程中，摒棄傳統(tǒng)的實驗箱實驗教學模式，研究探索新的《通信電子線路》實踐教學模式。本文擬采用基礎(chǔ)實驗箱操作實驗+虛擬仿真設(shè)計項目+綜合設(shè)計性實驗模式的《通信電子線路》實踐教學新模式。整體實踐教學過程中，以學生自主設(shè)計實驗項目為主，只有在實驗項目進展受阻時方才引入教師指導。在該實踐教學模式下，教師引導學生以實驗目的為導向，通過理論知識的綜合運用來完成實驗項目，可充分激發(fā)學生的學習主動性，培養(yǎng)學生學習能力、知識綜合運用能力以及創(chuàng)新能力和實踐能力等。

（一）基礎(chǔ)實驗箱操作實驗項目

實踐教學過程中，指導教師可指導學生將《通信電子線路》課程中與基礎(chǔ)知識相關(guān)的實驗通過驗證性實驗操作來完成，如高頻小信號調(diào)諧放大電路、LC諧振回路設(shè)計等實驗，該部分實驗項目對學生的電路設(shè)計、分斷能力要求較低，學生可通過實驗箱來完成電路的設(shè)計，并利用實驗室常用測量儀器對電路參數(shù)進行測量及對電路輸出波形進行觀察，進而根據(jù)實驗結(jié)果進行電路原理及特性分析。在此類實驗項目開展過程中，任課教師需要根據(jù)學生實驗項目進展情況，為學生布置不同層次的試驗任務(wù)，以便于引導學生對實驗項目開展的層層推進，幫助學生加深對專業(yè)理論知識的掌握程度。

如在高頻基礎(chǔ)電路部分，學生可選“單調(diào)諧回路諧振放大器”實驗項目，通過實驗箱完成實驗電路的搭建，任課教師可為學生布置以下實驗任務(wù)：

①基本任務(wù)。將P1接通，開關(guān)K1、K2全部置于斷開狀態(tài)，測量電路靜態(tài)工作點，判斷BJT是否工作在放大區(qū)；過K1接通回路電阻，通過K2選擇相應的直流偏置電路，改變諧振回路，并將高頻信號發(fā)生器的信號輸出頻率設(shè)置為4MHz，實驗過程中緩慢調(diào)節(jié)C2，同時利用示波器觀察諧振放大器的輸出由不失真到失真的過程。

②拓展任務(wù)。要求學生根據(jù)諧振回路電路原理，簡要說明電路靜態(tài)工作點的變化及其影響因素。

通過基本任務(wù)和拓展任務(wù)，學生能夠?qū)χC振回路的工作原理、過程以及工作狀態(tài)的改變有了更為清晰詳細的理解，基本建立起該課程的專業(yè)知識架構(gòu)。

（二）虛擬仿真實驗項目

利用LabVIEW虛擬仿真實驗環(huán)境，學生可方便快捷地驗證實驗參數(shù)對電路性能的影響，不需考慮硬件電路所存在的限壓、限流等硬件問題。實驗過程中，可潛移默化地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和電路設(shè)計能力。該部分實驗適用于可調(diào)性較強的通信電路，如振蕩器設(shè)計、幅度調(diào)制及解調(diào)電路設(shè)計等。比如在幅度調(diào)制與解調(diào)電路部分，學生可根據(jù)信號幅度調(diào)制原理在LabVIEW虛擬仿真環(huán)境中創(chuàng)建信號調(diào)幅電路，設(shè)置電路參數(shù)，通過前面板觀察調(diào)制信號波形和調(diào)幅信號的頻域、時域特征，能夠更加直觀地觀察到信號的時域頻域變化，如圖2所示。LabVIEW虛擬環(huán)境中調(diào)幅電路程序框圖如圖3所示。

在此類實驗項目開展過程中，任課教師需提醒學生根據(jù)信號調(diào)幅原理在參數(shù)設(shè)置過程中注意電路調(diào)幅系數(shù)的改變，避免出現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象。學生在電路設(shè)計過程中，可清晰觀察到電路信號流運行過程以及調(diào)幅信號的變化過程，對信號調(diào)幅過程有了更為深刻的理解。同時，電路調(diào)幅系數(shù)的改變對實驗結(jié)果的影響可直接在前面板中顯示，學生可更為直觀地理解信號調(diào)幅原理。

（三）綜合設(shè)計性實驗項目

通過合理整合《通信電子線路》相關(guān)課程知識，教學團隊為學生提供可選設(shè)計性實驗項目，學生根據(jù)實驗項目要求自行設(shè)計實驗方案，完成電路原理分析設(shè)計以及電路性能測試等。同時，指導教師可選擇部分電路供學生完成實際電路的制作。該部分實驗適用于知識綜合性較強的實驗項目，如小功率調(diào)頻發(fā)射機設(shè)計、朝外差式收音機設(shè)計等。

比如FM調(diào)頻收音機設(shè)計項目，學生在該實驗項目實施過程中，需要綜合前期所學專業(yè)知識，利用電路設(shè)計能力通過變頻、多級放大、檢波、低放等電路環(huán)節(jié)實現(xiàn)FM收音機設(shè)計。同時，學生可利用“電路”課程中所獲取的PCB板制作知識將電路原理圖轉(zhuǎn)化為PCB板，在PCB板的基礎(chǔ)上完成電路元器件的焊接，利用電源、示波器、信號發(fā)生器等一起對電路性能進行實際調(diào)試。學生在進行電路設(shè)計之前，需對調(diào)頻電路原理、信號放大器電路原理、雙調(diào)諧選頻網(wǎng)絡(luò)電路原理、相位鑒頻器原理以及小功率調(diào)頻發(fā)射與接收原理等有足夠的了解和掌握，這對學生的理論知識體系架構(gòu)以及專業(yè)知識掌握程度都是極大的挑戰(zhàn)，也能從本質(zhì)上提高學生的綜合知識運用能力。該部分內(nèi)容可作為提升類實驗項目，通過前期學生實驗項目進展情況，由指導教師遴選和學生自主報名方式相結(jié)合篩選出完成此實驗項目的學生，指導老師應全程跟進項目的推進和開展，以保證最終電路實驗效果。此類實驗項目還可作為后續(xù)課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練項目、學科競賽初試等備選項目，主要旨在培養(yǎng)少數(shù)優(yōu)秀學生更高層次的實踐創(chuàng)新能力和綜合知識運用能力，形成多層次學生培養(yǎng)體系。

四、結(jié)束語

本文通過對傳統(tǒng)《通信電子線路》教學模式的改革，實現(xiàn)基礎(chǔ)實驗箱操作實驗+虛擬仿真設(shè)計項目+綜合設(shè)計性實驗模式的《通信電子線路》實踐教學模式，將LabVIEW虛擬仿真軟件融入，探索新的課程實踐教學模式。根據(jù)專業(yè)知識架構(gòu)以及實驗內(nèi)容難易程度采用相應的實踐教學手段，以實驗項目為導向，激發(fā)學生學習主動性，并能多方位培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力和專業(yè)知識綜合運用能力，提高教學質(zhì)量，符合我校應用型本科院校發(fā)展定位。

作者單位：安媛 吳江 張凱亮 趙海峰 李碩

徐州工程學院

參 ?考 ?文 ?獻

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