“高频电路”课程实验教学改革的探究

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　　[摘 要] “高频电路”是电子信息和通信类专业必修的技术基础课。该课程存在理论复杂、调试困难、结果不稳定等现象，导致学生普遍对做高频实验兴趣不高，教学改革迫在眉睫。通过分析高频实验教学中面临的问题，并提出了相應的教改思路，旨在提升教学效果，真正提高学生的动手能力。
　　[关键词] 高频电路;教学改革;实验教学
　　[基金项目] 2019年度国家自然科学基金资助项目“鲁棒的彩色图像四元数稀疏编码方法研究”（61806027）
　　[作者简介] 王 勤（1987—），女，四川遂宁人，工学博士，成都大学信息科学与工程学院通信与电子工程系讲师，主要从事通信与信息      系统的研究;程 辉（1987—），男，江苏徐州人，工学硕士，德阳科贸职业学院智能技术系助教，主要从事信息与通信工程的      研究。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）34-0159-03    [收稿日期] 2019-11-07
　　 一、引言
　　“高频电路”是电子信息与通信类专业的一门重要专业基础课程，主要研究对象是通信系统中的发送和接受设备中各种高频单元电路的结构、原理和基本功能，其主要教学目的是为后续课程的学习作铺垫，在该类专业课程设置中起承前启后的作用。
　　在高等院校教学中，理论教学和实践教学共同构成了人才培养体系，而实验教学是实践教学的重要组成部分。搞好实验教学是提高学生创新能力和综合能力的关键。高频电路是一门工程性和实践性很强的课程[1]，与工程技术联系非常紧密，除了要求学生能较深入地掌握相关理论知识，更要提高学生的工程实践能力。该实验课程以前修课程实验作为基础，如电路原理实验和模拟电路实验等。通过高频实验教学，使学生掌握实验的基本方法和技能，训练学生的调试能力，增强学生的学习兴趣，培养理论联系实际的实践能力，积累实践经验，开阔解决问题的思路，为后续课程的学习和将来的工作打下良好的基础[2]。
　　二、高频实验教学中存在的问题
　　尽管高频电路实验在电子信息和通信类专业中地位如此重要，但学生普遍对做高频实验兴趣不高，各种原因造成了实验效果不理想，难以提高学生的创新能力。高频实验教学主要面临以下问题。
　　（一）高频实验现象不稳定
　　高频电子技术与其他低频电子技术相比，最大的区别是高频电路的工作频率高。由于构成电路的元器件处在高频工作环境中，物理性质发生了明显的变化[3]。例如，电阻和电容在高频区表现出引线电感性质;并行传输线呈现电容特性;电感容易受到集肤效应的干扰;三极管在高频区放大倍数下降等，造成电路分析和研究变得相当复杂。高频率特性导致高频实验现象不稳定，调试困难，测量出来的波形容易畸变，从而影响了学生对实验结果的观察和分析，导致学生害怕做高频实验。
　　（二）实验设备不足或老化
　　实验仪器设备是高等院校进行实验教学必不可少的工具。若实验室投入力度不够导致实验条件不足，会对实验教学的正常展开产生影响。如我院通信实验室缺少扫频仪，在测量高频小信号谐振放大器的通频带时只能用逐点描迹法而无法采用扫频法。实验箱和仪器仪表使用多年后容易老化，导致功能已不完善。陈旧的实验设备经过反复维修后精度常会变差，而高频实验对实验设备的精度要求较高，精度较差的仪器设备会导致实验效果不理想。另外，如果实验室存在出现故障而得不到及时维修的实验设备，或没有根据实验需要及时更新实验设备，使正常使用的实验设备套数不足，学生两人以上一组做实验时，有些学生依赖同组成员的实际操作而自己不动手，难以提高这部分学生的动手能力[4]。
　　（三）实验考核方式单一
　　实验课的考核方式是重要环节，能够度量学生对课程的掌握情况。传统实验成绩全部由实验报告决定，这种考核方式不能全面地对学生的学习情况进行检测。有些学生对实验课不够重视，不交预习报告，或预习报告照搬照抄实验指导书。部分学生在实验课上根本不做实验，依靠同组或其他同学的实验数据和结果，实验报告的抄袭现象非常严重。这种单一的考核方式不能真实反映出学生的实践能力，达不到预期的实践教学目标。
　　（四）理论知识掌握不够深入
　　很多学生在做实验前，没有认真复习高频理论知识，虽然能勉强测出来数据和波形，但是并不能正确地分析实验结果，对实验现象也无法做出合理的解释。高频电路课程虽然也是专业基础课，但在学习高频电路前需要学生有电路原理、模拟电路和信息与系统等先修课程的基础。高频电路以非线性分析方法为主，存在电路复杂、理论抽象、概念多的问题，学生普遍对高频电路理论知识掌握得不够。有的学生由于先修课没有学好，再加上对高频电路理论知识理解不够透彻，从而导致做实验时只能照本宣科，不能把握实验的本质，影响实验效果。
　　（五）预习环节做得不好
　　很多学生在做实验前并没有认真做好预习工作，预习报告的写作也是敷衍了事，为了完成任务而照抄实验指导书。由于一次实验课只有两个学时，如果学生没有提前预习实验仪器的操作方法，把熟悉实验仪器仪表的任务放在课堂上来完成，会造成他们对各类仪器设备的使用比较生疏。很多学生在实验过程中看着实验仪器不知如何动手，很难准确地使用实验设备去测量实验数据和观测实验的波形，如数字示波器和万用表等，甚至因时间不够而不能独立完成实验。
　　（六）验证性试验难以调动学生的兴趣
　　目前高频实验普遍采用整机实验箱，实验箱包括已经提前设计好的典型模块电路，元器件都是已经集成好的。实验内容主要为验证性实验，按照实验指导书上预先设计好的内容和步骤进行连线并测量数据。学生做实验之前，老师先讲授实验目的和实验原理，并亲自演示操作过程，然后学生按照实验指导书的步骤机械性地在电路板上连线，并连接相应设备，经过简单的电路调试、测量数据、观察波形，就完成了实验。虽然验证性实验可以有针对性地训练学生如何做实验，加深对基础理论知识的理解，但因为电路连接太过简单，使得学生淡忘了典型高频单元电路的基本结构和元器件的选择方法。学生不了解实验实现的过程，整个实验过程缺乏创新型和探索性，不能激发学生的热情，学生感觉实验基本没有意义，做实验也是敷衍了事。 　　三、高频实验教学的改革方案
　　可见，传统的高频实验课程的教学内容和方法已不能培养应用型本科人才，高频实验教学改革的当务之急是加强对学生实践创新能力的培养。针对目前高频实验教学面临的一系列问题，教学改革可以从以下几方面展开。
　　（一）将仿真实验引入实验教学
　　针对高频电路实验结果不稳定的问题，在实验之前，先让学生根据实验要求，对实验电路采用EDA软件如Multisim进行仿真分析。Multisim是一种广泛应用于电路实验教学的交互式仿真软件，该软件界面直观，操作方便、功能强大，提供了各种虚拟仪器和丰富的元器件库。学生选择好元器件和仪器，完成参数设置并按实验电路连接，让学生对实验电路及其原理形成一个初步认识[5]。然后，学生在实验课上连接硬件电路，对比实验结果与Multisim的仿真结果的差异，并分析产生差异的原因。通过将软件仿真和传统实验相结合的方式，充分发挥软硬件各自的优势，使学生感性理解实验电路的工作原理，加强实验效果。
　　除了利用Multisim软件来验证实验电路，在高频实验课的教学中，还可以用仿真的方式增加设计性实验，快速地得到完善的电路设计方案。学生可以通过仿真软件在原有实验电路的基础上自行做分析设计，完成电路的变换和参数的修改，并分析输出信号的特征，如在基本的单调谐放大器基础上加以改进，电路性能会如何改变，其矩形系数和通频带将发生什么变化，这些想法都可以通过Multisim软件来验证。通过将理论设计与验证性实验相结合，有助于学生灵活应用所学理论知识，培养创新思维，锻炼学生的设计创新能力和工程实践能力。
　　（二）学校应该重视实验教学，加大实验设备投入
　　仪器设备是工科专业必备的教育资源，是办学的基本物质基础和必要条件，反映了学校的教学实力和科研水平。高频实验课的正常开展与实验仪器仪表情况关系密切。足够的实验设备是顺利完成实验教学任务的前提，学校应当增加实验室投入力度，及时维修出现故障仪器设备，并根据实验项目的需要增添新的仪器设备，使仪器设备的数量能够满足实验内容和学生人数的需要，保证每个学生都能动手做实验。由于容易受到分布参数的影响，高频实验对仪器设备的精度要求较高，学校应及时更换精度较差的陈旧仪器设备。在每一次实验课开始之前，对实验设备逐个进行检查校正，保证各项性能指标都能够满足要求。
　　（三）实验总成绩评分标准改革
　　针对实验考核方式单一的问题，改革实验课的考核方式。实验总成绩不仅包括实验报告，将实验课表现、预习报告和实验考试也纳入实验总成绩。实验成绩评分参照如下标准：实验总成绩=20%预习报告+20%实验报告+20%实验课表现+40%实验考试，各项分数均以百分制计。以本校每学期四次高频实验课为例，实验报告是四次实验所写报告的平均分，预习报告为四次预习报告的平均分，实验课表现由出勤和实验完成情况两部分构成，亦为四次课的平均值。实验考试中，学生一次5人抽签考试，考试题目由抽签结果所定，考试过程中学生必须独立进行实验操作，按照要求完成实验，不能看实验指导书，也不能咨询老师和同学。考试完成后由教师当场给出分数，这种考核方式有效杜绝作弊，避免了实验报告的抄袭现象。
　　（四）理论紧密结合实践
　　理论来自实践，实践是理论的反映，理论和实践相辅相成，相互促进。针对理论教学和实验教学环节相脱节的问题，需要理论课教师有较好的教学方法，适当删减公式的推导，增加新技术和集成电路的部分，灵活运用各种授课方法，讲清楚重难点，加强课后训练，在理论课堂教学中增加仿真实验演示。努力提高高频电路理论课的教学质量，使得学生充分理解高频基础理论，并将课堂上所学的理论知识应用于高频实验。实践出真知，理论知识通过做实验的过程进一步升华，真正提升学生的理论水平，并借助实验加深学生对理论知识的理解。
　　（五）规范实验报告和预习报告的写法
　　提前预习可以让学生明确实验目的，熟悉实验内容和实验步骤，了解实验中要用到的仪器设备的使用方法，还能培养学生主动发现问题的积极性，大大提高做实验的效率，因此应该要求学生写预习报告。预习报告包括实验原理、实验步骤和相关仪器设备的使用方法。实验报告是对实验的全面总结，也是实验内容的进一步提高。实验报告不应赘述预习报告的内容，更不应该抄袭实验指导书，而要包括实验结果的描述、波形图的绘制、实验现象的分析、思考题的回答和实验心得体会的总结。此外，还可以写出调试中遇到的问题，就发现的问题查找相关资料并分析说明解决办法，培养学生独立思考的精神、查阅资料的能力和综合分析问题的能。
　　（六）加大综合设计性实验的比例
　　根据教改的需要修订实验指导书，调整部分实验内容，在高频实验教学中引入真正锻炼学生动手能力的综合设计性实验。可以在现有固定模块电路的基础上加以改进或制作合适的实验电路，尽可能增加学生动手设计环节的比例。也可以由教师提出设计要求，学生根据要求进行电路设计与仿真，对可行的电路进行制作焊接并调试。综合设计性实验既能加深对理论知识的掌握，做到理論知识的活学活用，又锻炼动手能力，拓展了思维空间，培养学生做高频实验的兴趣，消除完全依靠验证性实验所带来的消极情绪。此外，还可以通过与高频电路课程相关的课程设计或者各类电子设计大赛等活动，加强对学生综合能力和创新能力的训练。
　　经过多年的课程教学改革尝试，教学质量有了明显的提升。然而，教学实践的探讨是无止境的，教改过程中还发现了一些其他问题，如教师的科研教学水平、学生的基础和能力的差异、学校学院的硬件投入等，这些问题都有待进一步解决和完善。
　　四、结语
　　本文针对高频电路实验教学中存在的问题，对如何进行教学改革，提出了几点看法。为了进一步提高教学效果和教学质量，教师要遵循教学规律，将理论与实践有机结合，不断地在实践中探索新的教学方法，努力提高自身的实践教学水平，培养出真正适应市场需求的高水平工程技术人才。
　　参考文献
　　[1]李士军，李健.高频电子线路实验教学改革探索[J].吉林农业科技学院学报，2010，19（4）：92-93.
　　[2]朱颖莉.高频电子线路实验教学改革的探索[J].科技广场，2008（2）：218-219.
　　[3]汪正进，武风波，赵曼.高频电子线路实验课程教学改革与探索[J].科技视界，2014（32）：66.
　　[4]江跃珍.高频电路实验教学改革初探[J].硅谷，2011（3）：115.
　　[5]马茵，马瑛.高频电子线路实验教学方法改革的思考[J].技术与市场，2010，17（12）：152.
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