“通信電子線路”課程教學(xué)改革與評價(jià)

俞 龍, 王衛(wèi)星

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 電子工程學(xué)院, 廣東 廣州 510642)

“通信電子線路”課程教學(xué)改革與評價(jià)

俞 龍, 王衛(wèi)星

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 電子工程學(xué)院, 廣東 廣州 510642)

“通信電子線路”課程理論難度大、綜合性和應(yīng)用性強(qiáng)，長期以來一直處于難教、難學(xué)和難用的境況。本文從“通信電子線路”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及課程考核等四個(gè)方面闡述了我校在該課程教學(xué)過程中的一些改革探索，并采用馬爾科夫鏈方法對教學(xué)效果進(jìn)行客觀評估，以期提高教學(xué)質(zhì)量。

通信電子線路；教學(xué)改革；馬爾科夫鏈

0 引言

“通信電子線路”是電子信息類專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)核心課程，以“電路”、“模擬電子技術(shù)”、“信號(hào)與系統(tǒng)”等課程為先修課程，也是后續(xù)的“數(shù)字通信原理”、“移動(dòng)通信技術(shù)”等課程的基礎(chǔ)課程。該課程的主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉模擬通信系統(tǒng)的組成，掌握高頻電路的設(shè)計(jì)分析方法。

“通信電子線路”課程具有概念多、電路類型多、分析方法多、綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng)等特點(diǎn)[1,2]。隨著近幾年我校教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，“通信電子線路”課程的教學(xué)課時(shí)有所減少。如何在有限的課程教學(xué)時(shí)間內(nèi), 讓學(xué)生掌握通信電子線路的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析電路、設(shè)計(jì)電路的應(yīng)用能力，成為該課程教學(xué)研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

本著以創(chuàng)新和應(yīng)用能力為本位的課程目標(biāo)，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程考核等四個(gè)方面闡述了我校在“通信電子線路”課程教學(xué)建設(shè)中的一些具體措施，并對該課程教學(xué)效果進(jìn)行了客觀評估。

1 教學(xué)改革

1.1 教學(xué)內(nèi)容

我校采用張蕭文主編的《通信電子線路》第五版作為教材，該教材是高等學(xué)校信息工程類“十二五”規(guī)劃教材。教材從電路的不同功能角度，將課程內(nèi)容劃分為：線性電路(諧振回路、高頻小信號(hào)諧振放大電路)、非線性電路(振蕩電路、混頻或變頻、高頻功率放大電路)和信號(hào)變換電路(調(diào)制、解調(diào)等)三大部分。其特點(diǎn)是將線性電路分析和非線性電路的分析分開、將電路分析和調(diào)制解調(diào)原理分開，前兩部分繼承了“模擬電子技術(shù)”課程對電路的分析內(nèi)容，后一部分是“數(shù)字通信原理”課程的模擬調(diào)制解調(diào)內(nèi)容，此舉有利于體現(xiàn)課程的承前啟后作用。

然而，就通信系統(tǒng)整體性而言，整個(gè)課程內(nèi)容就是無線電發(fā)射與接收設(shè)備中典型的高頻電路的工作原理與性能分析。為了使學(xué)生對通信系統(tǒng)有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，對通信系統(tǒng)各組成模塊在通信系統(tǒng)中的位置、作用有清晰的了解，從而避免單純進(jìn)行電路分析的這種“只見樹木，不見森林”的情況出現(xiàn)，我校以“系統(tǒng)-模塊-電路”為該課程教學(xué)思路，從以電路的角度講解為主轉(zhuǎn)變成以通信系統(tǒng)的角度來進(jìn)行教學(xué)組織，即從通信系統(tǒng)到各組成高頻模塊，再深入到模塊中的每個(gè)單元電路。在講述具體單元電路時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)模塊在系統(tǒng)的位置、作用和性能指標(biāo)要求，再擴(kuò)展到模塊中各電路的工作原理、性能指標(biāo)的計(jì)算。這樣的教學(xué)思路便于學(xué)生掌握通信系統(tǒng)理論和概念，理解教學(xué)內(nèi)容中各章節(jié)的聯(lián)系，也即通信系統(tǒng)中各模塊之間的銜接關(guān)系，易于理解具體電路的原理分析和計(jì)算，從而掌握通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和信號(hào)分析能力，也為后續(xù)課程設(shè)計(jì)中無線麥克風(fēng)和收音機(jī)的電路設(shè)計(jì)與制作提供理論基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)方法

1)對比式教學(xué)

“模擬電子技術(shù)”(又稱“低頻電子線路”)是“通信電子線路”(又稱“高頻電子線路”)的先修課程。前者內(nèi)容中也有后者涉及到的諧振電路、小信號(hào)放大電路、功率放大電路和振蕩電路等內(nèi)容。由于存在這層關(guān)系，在后者教學(xué)過程中可采用對比教學(xué)法，通過回顧前者的電路分析思路和方法，引導(dǎo)出后者電路分析的知識(shí)點(diǎn)。通過比較兩者的電路分析的異同點(diǎn)，來加強(qiáng)學(xué)生對新知識(shí)點(diǎn)的掌握。如：在諧振回路分析時(shí)，先回顧在低頻課程中求解了哪些參數(shù)，然后逐步引出高頻電路中對通頻帶和幅頻、相頻特性曲線的分析，再引導(dǎo)到部分接入電路分析。在進(jìn)行高頻小信號(hào)放大器電路分析時(shí)，由低頻課程中介紹的晶體管H參數(shù)延伸出Y參數(shù)介紹。通過對比式教學(xué)，學(xué)生可以將“模擬電子技術(shù)”課程中學(xué)到的電路分析和設(shè)計(jì)應(yīng)用能力延伸到“通信電子線路”課程中，增加對高頻電路的掌握和高頻電路的設(shè)計(jì)分析能力。

2)設(shè)計(jì)式教學(xué)

“通信電子線路”課程電路模型多、變換跨度大，需要較強(qiáng)的、靈活的電路思維能力[3，4]。以往教學(xué)過程注重于電路模型的邏輯推導(dǎo)，知識(shí)點(diǎn)側(cè)重于電路分析方法，對電路模型的引入和設(shè)計(jì)等應(yīng)用性問題重視不夠。使學(xué)生對知識(shí)的運(yùn)用能力的提高缺乏有效的引導(dǎo)。

為了提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用能力，我校針對該課程所要學(xué)習(xí)的模塊和電路，按照相應(yīng)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，先提出一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。設(shè)計(jì)項(xiàng)目主要來源是歷年全國電子設(shè)計(jì)競賽高頻類題庫，或者是相關(guān)的高頻設(shè)計(jì)類參考書。設(shè)計(jì)項(xiàng)目中往往給出的是具體的電路參數(shù)要求；根據(jù)電路參數(shù)要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行元器件的選擇和電路形式的設(shè)計(jì)，最后引入電路分析方法驗(yàn)證，即進(jìn)行電路設(shè)計(jì)式教學(xué)。這種教學(xué)方式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思考問題的積極性，使教師的“講”與學(xué)生的“學(xué)”與“用”形成互動(dòng)的整體。

3)計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)

“通信電子線路”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用的實(shí)驗(yàn)箱往往模塊集成, 功能單一, 缺乏靈活性, 僅能進(jìn)行少數(shù)典型測試和一些理論驗(yàn)證。應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生建立一個(gè)完整的通信系統(tǒng)的概念,幫助學(xué)生更好地理解和掌握通信電子線路原理, 特別是對調(diào)制解調(diào)過程中無線電信號(hào)的頻譜變換加深了解。更為重要的是,學(xué)生通過動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果可以了解到某些重要參數(shù)的改變對系統(tǒng)性能的影響, 加強(qiáng)對一些重要技術(shù)的理解, 同時(shí)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

現(xiàn)今，已有多種仿真軟件應(yīng)用于 “通信電子線路”課程教學(xué)，如ADS、PSpice、EWB、SystemView等。我校在“信號(hào)與系統(tǒng)”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字通信原理”、“移動(dòng)通信”等相關(guān)課程教學(xué)中也有一定的軟件仿真教學(xué)要求，為此增開了“通信系統(tǒng)仿真”(32學(xué)時(shí))課程。統(tǒng)一采用Matlab軟件作為仿真工具，通過Matlab強(qiáng)大的仿真功能來輔助教學(xué), 有針對性地構(gòu)建一些仿真系統(tǒng), 使原來枯燥的理論教學(xué)變得生動(dòng)直觀起來。仿真教學(xué)更好地幫助了學(xué)生理解和掌握通信系統(tǒng)知識(shí),教學(xué)過程由以前的教師講授原理、結(jié)論變成引導(dǎo)學(xué)生自己學(xué)習(xí)原理，分析得出結(jié)論,使被動(dòng)記憶變成主動(dòng)學(xué)習(xí), 大大增進(jìn)了學(xué)生對電子通信系統(tǒng)和信號(hào)傳輸過程的了解。

1.3 教學(xué)手段

多媒體課件已成為當(dāng)前電子類課程的主要授課形式[5]，但考慮到“通信電子線路”課程較大的難度和較多的原理圖的特點(diǎn)，我校采用電腦寫字板作為教學(xué)輔助手段，實(shí)現(xiàn)了多媒體與板書相結(jié)合，以多媒體為主，利用板書加以補(bǔ)充和強(qiáng)調(diào)。“通信電子線路”課程教學(xué)中，公式推導(dǎo)是主要內(nèi)容之一，尤其是非線性電路分析，公式推導(dǎo)過程不可能完全呈現(xiàn)在課件中，對于某些重要公式的推導(dǎo)仍需要通過板書進(jìn)行，通過一步一步的推導(dǎo)使學(xué)生掌握方法而不是死記公式；電路圖的繪制是進(jìn)行電路分析的前提，在板書上詳細(xì)和多次地重復(fù)重要原理圖的繪制過程，比在課件中直接給出原理圖要有效得多。“電腦+板書”的雙重模式，既發(fā)揚(yáng)了電腦教學(xué)的優(yōu)勢，將較為抽象的教學(xué)內(nèi)容采用軟件仿真和動(dòng)畫的手段展現(xiàn)出來，又傳承了傳統(tǒng)板書教學(xué)中“邊寫邊講，學(xué)生思維連貫，易于理解和接受”的優(yōu)勢。

1.4 課程考核

傳統(tǒng)“一考定成績”的方式，師生的注意力集中在分?jǐn)?shù)結(jié)果上，而忽略了學(xué)習(xí)過程中的思考、綜合和積累，以及試卷分析、反饋等重要環(huán)節(jié)。為了促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的動(dòng)力，我們將過程性評價(jià)與終結(jié)性評價(jià)結(jié)合起來，將考核貫穿于課程教學(xué)的全過程，采取“階段考試+期末考試”相結(jié)合方式。具體實(shí)施“三小一大”模式，即在線性電路、非線性電路和調(diào)制與解調(diào)電路三節(jié)內(nèi)容講解完后立即進(jìn)行對應(yīng)內(nèi)容的階段小試，小試時(shí)間通常為30分鐘左右；在課程結(jié)束2周左右進(jìn)行一次覆蓋全部知識(shí)點(diǎn)的期末大試，考試時(shí)間為2個(gè)小時(shí)。每次小考成績占考試成績的20%，三次共60%，大考成績占考試成績的40%。

階段小試運(yùn)用項(xiàng)目設(shè)計(jì)、電路仿真和單元測驗(yàn)等方式所獲取信息反饋，從“考知識(shí)”為主向“考應(yīng)用能力”為主轉(zhuǎn)變；期末大試則采用標(biāo)準(zhǔn)化考試方式，客觀性試題偏多，主觀性試題少，在一定程度上保證考試的公平和公正性，減少人為誤差。

2 教學(xué)評估

“通信電子線路”課程教學(xué)效果評估是在不同專業(yè)和班級(jí)的學(xué)生中展開的。我校電子信息類專業(yè)采用“大類招生”方式，由于學(xué)生選專業(yè)的偏向性，專業(yè)分流時(shí)，不同專業(yè)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)差異很大，出現(xiàn)好學(xué)生向個(gè)別專業(yè)扎堆的情況。不同專業(yè)學(xué)生之間存在的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力等各方面的差異必然影響學(xué)生的最后成績。為了比較準(zhǔn)確地反映實(shí)際教學(xué)情況，本文采用馬爾可夫鏈方法，從學(xué)生的各階段成績在各個(gè)等級(jí)上的轉(zhuǎn)移情況來客觀評估教學(xué)效果[6,7]。

2.1 數(shù)據(jù)收集

依據(jù)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃進(jìn)程表的課程安排和課程之間的相關(guān)性，選取學(xué)生“模擬電子技術(shù)”課程成績作為初始狀態(tài)，“通信電子線路”課程“三小一大”考試成績的總評為當(dāng)前狀態(tài)，學(xué)生的兩種狀態(tài)成績都以百分制記分。

按照百分制和5級(jí)制計(jì)分轉(zhuǎn)換規(guī)定，把學(xué)生的初始狀態(tài)成績對應(yīng)成以下5個(gè)等級(jí)：“1等、優(yōu)(90分以上) ”“2等：良(80- 90 分) ”“3等：中(70- 79 分)”“4等：及格(60- 69分)”“5等：不及格(59 分以下) ”。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期教學(xué)后,同樣把當(dāng)前狀態(tài)的成績也按照高低劃分為5個(gè)等級(jí)。根據(jù)學(xué)生這兩個(gè)狀態(tài)的成績，可得到各班學(xué)生成績。表1列出參與評估的一個(gè)教學(xué)班學(xué)生兩次狀態(tài)成績。“轉(zhuǎn)移情況ij ”表示學(xué)生在兩次狀態(tài)中成績從i等(前位)轉(zhuǎn)移到j(luò)等(后位)。

表1 評估班學(xué)生成績及轉(zhuǎn)移情況表

學(xué)號(hào)101112131415161718初始狀態(tài)899185927881888675當(dāng)前狀態(tài)859381748090788278轉(zhuǎn)移情況ij221122133221232233

學(xué)號(hào)192021222324252627初始狀態(tài)978579818163827685當(dāng)前狀態(tài)918095838283797578轉(zhuǎn)移情況ij112231222242233323

學(xué)號(hào)2829303132333435平均成績初始狀態(tài)718558889187778381當(dāng)前狀態(tài)856082868490878082轉(zhuǎn)移情況ij3224522212213222

表中，初始狀態(tài)為“模擬電子技術(shù)”課程成績，當(dāng)前狀態(tài)為“通信電子線路”課程成績。

2.2 轉(zhuǎn)移概率矩陣的計(jì)算

根據(jù)表1學(xué)生個(gè)體成績等級(jí)轉(zhuǎn)移情況，可以統(tǒng)計(jì)各狀態(tài)之間的一步轉(zhuǎn)移頻數(shù)和各狀態(tài)的頻數(shù), 如表2所示。表中，nij表示初始狀態(tài)屬于第i等級(jí)在當(dāng)前狀態(tài)其成績歸屬于第j類的學(xué)生數(shù)(i,j= 1,2…5)。

表2 評估班學(xué)生成績等級(jí)的轉(zhuǎn)移頻數(shù)

狀態(tài)轉(zhuǎn)移頻數(shù)nij優(yōu)良中及格不及格總計(jì)優(yōu)221005良31041018中142108及格111003不及格010001

根據(jù)學(xué)生個(gè)體成績等級(jí)轉(zhuǎn)移表, 按照下式計(jì)算轉(zhuǎn)移概率矩陣P

(1)

學(xué)生成績轉(zhuǎn)移概率矩陣結(jié)果為

2.3 求轉(zhuǎn)移概率矩陣P的平穩(wěn)分布Z

根據(jù)下式(2)，利用Matlab軟件，進(jìn)行程序計(jì)算，求解平穩(wěn)分布Z(z1,z2,z3,z4,z5)；

(2)

式中：P′是轉(zhuǎn)移概率矩陣P的轉(zhuǎn)置矩陣；E為單位矩陣。

評估班學(xué)生成績的平穩(wěn)分布為

Z評=(0.2171, 0.4965，0.23，0.0563，0)

2.4 計(jì)算教學(xué)評價(jià)指標(biāo)

平穩(wěn)分布是教學(xué)效果的量化指標(biāo)，表明經(jīng)過教學(xué)活動(dòng)后，該班課程成績屬于優(yōu)的可能性為z1(0.2171)，屬于良好的可能性為z2(0.4965)，屬于中等的可能性為z3(0.23)，屬于及格的可能性為z4(0.0563)，屬于不及格的可能性為z5(0)。給每個(gè)成績等級(jí)i賦予一個(gè)分?jǐn)?shù)xj, 如給出每個(gè)成績等級(jí)的分?jǐn)?shù)值:優(yōu)秀為95分，良為85分，中等為75分，及格為65分，不及格為55分，也即：X=(x1,x2,x3,x4,x5)=(95,85,75,65,55)。依據(jù)多屬性綜合評價(jià)模式中的線性加權(quán)綜合法, 最后，求出教學(xué)效果分S評。

S評=Z評*XT=[0.2171,0.4965,0.23,0.0563,0]*[95,85,75,65,55]T=83.7

3 結(jié)語

本文針對“通信電子線路”課程的特點(diǎn), 對其理論教學(xué)方法進(jìn)行了探索研究，提出了以“系統(tǒng)—模塊—電路”為教學(xué)思路，增強(qiáng)了課程內(nèi)容的系統(tǒng)性；采用對比式、設(shè)計(jì)式和計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和提高學(xué)生的應(yīng)用設(shè)計(jì)能力；同時(shí)將過程性評價(jià)與終結(jié)性評價(jià)結(jié)合起來，提出了“三小一大”的課程考核方式，將考核貫穿于課程教學(xué)的全過程。

應(yīng)用馬爾科夫鏈方法對課程教學(xué)效果進(jìn)行評估，排除了學(xué)生基礎(chǔ)上的差異對教師教學(xué)質(zhì)量評估的影響，給出了一種比較科學(xué)的預(yù)測教師教學(xué)質(zhì)量的方法。評估班得分83.7分，表明教學(xué)效果達(dá)到良好，課程建設(shè)取得了一定的成效。

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Teaching Reform and Evaluation of Communication Circuits Course

YU Long, WANG Wei-xing

(CollegeofElectronicEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642，China)

This paper explains some teaching reform methods applied in Communication Circuits course from the four aspects of teaching content, teaching methods, teaching means and curriculum assessment.Markov chain approach was adopted to assess objectively the teaching effect of this course, with a view to further improve the curriculum construction and teaching quality.

communication circuits; teaching reform; Markov chain

2016-01-04;

2016-05-03 基金項(xiàng)目：廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程建設(shè)項(xiàng)目(粵教高函[2014]97號(hào))；創(chuàng)新強(qiáng)校工程(人才培養(yǎng)類)-質(zhì)量工程項(xiàng)目(華南農(nóng)教[2014]54號(hào))

俞 龍，(1975-)，男，博士，副教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)、電子技術(shù)教學(xué)與應(yīng)用研究，E-mail：yulong@scau.edu.cn

G642.3

A

1008-0686(2016)06-0052-04