高頻實驗教學(xué)改革與探索

汪正進+武風(fēng)波+朱代先

摘 要：針對高頻實驗僅依靠驗證性實驗的不足，提出以驗證性實驗作為實驗教學(xué)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，設(shè)計性實驗作為實驗教學(xué)的主體環(huán)節(jié)，綜合性實驗作為實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的延伸環(huán)節(jié)，實驗人員需要定期培訓(xùn)、及時更新實驗教材的內(nèi)容，同時讓學(xué)生利用仿真軟件進行仿真，通過觀察仿真波形圖，分析仿真實驗結(jié)果和理論是否相一致。通過實驗內(nèi)容由淺入深，提高學(xué)生的分析和設(shè)計能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，提升今后的實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：高頻實驗；仿真；教學(xué)改革；虛擬實驗室

“高頻電子線路”實驗是通信類學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過實地參觀一些周邊院校相關(guān)實驗室，與實驗室的老師進行交流，都覺得目前僅僅利用配套的實驗箱做一些驗證性實驗，不利于提高學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新能力[1]。目前的重要任務(wù)都在思索如何通過改革實驗教學(xué)方法來有效地培養(yǎng)學(xué)生的自主實驗意識。結(jié)合實踐教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生對儀器的使用基本比較生疏，僅利用一個課時很難有針對性地去觀測實驗的波形和測實驗數(shù)據(jù)來加深對理論知識的理解，這樣實驗的開展和安排也達不到預(yù)期效果。因此要想取得較好的教學(xué)效果，需要不斷地探索和改進教學(xué)方法。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀

高頻實驗首先在做實驗之前，需要老師先講授各實驗的內(nèi)容、原理及目的，之后演示如何操作設(shè)備儀器來觀察實驗波形和測實驗數(shù)據(jù)，然后學(xué)生按照老師講解的實驗步驟照葫畫瓢來進行搭線連接，完成實驗要求。但是，如果學(xué)生實驗中對儀器設(shè)備一些誤操作或者實驗箱上元器件出現(xiàn)問題后，導(dǎo)致實驗結(jié)果出不來，學(xué)生就會不知所措，不知如何入手去分析和排除遇見出現(xiàn)的問題，他們不能在有限的課堂時間內(nèi)去獨立完成實驗的內(nèi)容。高頻實驗電子元器件等容易受到高頻工作環(huán)境的影響，導(dǎo)致實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定，如受到集膚效應(yīng)等干擾，會對實驗現(xiàn)象造成不穩(wěn)定，對實驗結(jié)果的觀察分析也造成不利影響[2]。

實驗室的硬件條件也不能滿足幾個班同時做實驗，由于專業(yè)基礎(chǔ)課實驗開設(shè)的班級別較多，必然會導(dǎo)致每個班每次實驗課相隔時間較長，這樣學(xué)生們?nèi)粽n下不溫習(xí)和預(yù)習(xí)，每次做實驗都會對儀器儀表的使用不熟悉。雖然實驗室開放，但是學(xué)生們每天課余時間不多，主動性不強，不具備連貫性做實驗條件，要想做一些設(shè)計性或者綜合性實驗，僅使用課堂有限時間兩節(jié)課做完做好實驗難度很大，一般也只能滿足做驗證性實驗。

高頻實驗開課的班級多，使用率比較高，而三極管等元器件又較容易損壞，一些儀器設(shè)備由于學(xué)生使用不當也會損壞，可能會出現(xiàn)上一節(jié)課上課之前儀器實驗箱是好的，下一節(jié)課上課時是壞的，這都不利于實驗的開展。若儀器和實驗箱出現(xiàn)故障而得不到及時解決，對正常教學(xué)會產(chǎn)生一定的影響。長此以往，學(xué)生對實驗的學(xué)習(xí)興趣和積極性就會大大降低。

2 實驗教學(xué)改革

針對目前高頻實驗教學(xué)現(xiàn)狀的一系列問題，根據(jù)多年一線教學(xué)經(jīng)驗和實踐總結(jié)，從以下幾個方面來推行高頻實驗教學(xué)改革。

2.1 驗證性實驗作為實驗教學(xué)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)

驗證性實驗作為實驗教學(xué)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，一般開設(shè)2～3個實驗引導(dǎo)學(xué)生如何做實驗、認識和篩選儀器及元器件。學(xué)生做實驗必須從驗證性環(huán)節(jié)入手，通過驗證性環(huán)節(jié)的引導(dǎo)可以讓學(xué)生直觀觀察理論知識的結(jié)果和現(xiàn)象，培養(yǎng)他們實驗的興趣。通過驗證性實驗讓學(xué)生明白電子元器件如何識別篩選，如何做實驗，為今后設(shè)計性和綜合性實驗打下基礎(chǔ)。只有學(xué)生學(xué)會分析實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，看是否與理論知識一致，才能培養(yǎng)出學(xué)生的動手能力和應(yīng)用能力，這樣才能解決實驗中遇到的各種問題[3]。

驗證性實驗的實驗步驟有一定的規(guī)律性，只要學(xué)生按照實驗步驟做實驗，一般都能完成實驗內(nèi)容。驗證性實驗的實驗具體步驟如下。（1）要明白做哪個實驗，根據(jù)實驗內(nèi)容和目的來觀察圖形或測數(shù)據(jù)；（2）用什么儀器觀察圖形或測數(shù)據(jù)來篩選儀器，再掌握所選儀器的使用方法；（3）實驗前的準備工作，包括實驗箱和儀器的初始化，參數(shù)、波形的統(tǒng)一；（4）電路接線，用所篩選儀器設(shè)備來測具體數(shù)據(jù)或觀察波形；（5）撰寫實驗報告，并分析一些現(xiàn)象形成的原因和實驗過程中誤差等。

2.2 設(shè)計性實驗作為實驗教學(xué)的主體環(huán)節(jié)

設(shè)計性實驗作為實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的主體環(huán)節(jié)，提供元器件、設(shè)計框架，學(xué)生自主設(shè)計完成實驗內(nèi)容。驗證性實驗僅是學(xué)生了解實驗的過程，如何做一個實驗，按照實驗指導(dǎo)書上的內(nèi)容和步驟來測數(shù)據(jù)描點繪圖或觀察實驗現(xiàn)象，驗證與理論知識的一致性，不過缺乏創(chuàng)新性。因此要想學(xué)生動手能力得到提高，設(shè)計性實驗是實驗環(huán)節(jié)必不可少的一項實驗內(nèi)容。但是設(shè)計性實驗不能一開始就復(fù)雜，要循序漸進，為后面開展綜合性實驗做好鋪墊。設(shè)計性實驗是與書本中內(nèi)容相對應(yīng)的簡單單元模塊，如單調(diào)諧小信號放大電路和雙調(diào)諧小信號放大電路等，讓學(xué)生按照給定的相應(yīng)實驗內(nèi)容框架去自行設(shè)計實驗電路，來測試實驗數(shù)據(jù)或者觀測實驗現(xiàn)象。另外還有助于讓學(xué)生明白實驗板的布線以及高頻的干擾會對實驗結(jié)果造成一定的影響，要想削弱這種干擾現(xiàn)象，學(xué)生必須對高頻各知識點有更深的理解，如添加濾波電路等。

設(shè)計性實驗需提前給學(xué)生介紹要做的實驗內(nèi)容、實驗?zāi)康?，讓學(xué)生兩人一組自由組合，加強實驗預(yù)習(xí)和仿真工作。要求一組的學(xué)生按照仿真內(nèi)容，寫出實驗預(yù)習(xí)報告。這樣不僅可以讓學(xué)生驗證理論的正確性，還可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)仿真軟件的使用方法?，F(xiàn)在大部分學(xué)生有電腦，可在電腦上安裝仿真軟件，利用空余時間進行仿真，同時也解決了實驗硬件不足的問題。用于實驗教學(xué)的仿真軟件有Multisim和EWB兩種。除此之外，還有一款可與印制版設(shè)計軟件配合使用的電路分析軟件Pspice等[4-5]。

2.3 綜合性實驗作為實驗教學(xué)的延伸環(huán)節(jié)

綜合性實驗作為實驗教學(xué)的延伸環(huán)節(jié)，讓學(xué)生將之前開展的各實驗綜合起來，設(shè)計出一個完整的作品。綜合性實驗的開展必須建立在之前模塊設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生才有一定的實驗功底，到了學(xué)期末學(xué)生也有了扎實的文化課理論知識[6]。將綜合性實驗安排在每個學(xué)期末，這樣學(xué)生就會對高頻電路的綜合實驗的設(shè)計具有一個更深的認識和理解，對他們的動手能力和創(chuàng)新能力會有很大的提高。

以超外差收音機的安裝為例來介紹綜合性實驗的實驗步驟，便于規(guī)范化[7]。

（1）方案的論證：了解超外差收音機的工作原理，看由哪些功能模塊組成，比如接收天線接收到信號后需要經(jīng)過輸入電路、變頻器、中頻放大器、檢波器、低頻電壓放大器及低頻功率放大器等，查閱相關(guān)資料進行論證，學(xué)生再畫出各個模塊的設(shè)計電路。

（2）計算機的仿真：根據(jù)設(shè)計出的電路，通過計算機仿真軟件進行模擬仿真，根據(jù)仿真結(jié)果進行修改完善。在實驗室實際搭建電路時，要考慮布線及元器件位置對電路的影響。

（3）元器件的篩選：根據(jù)每個模塊單元電路，拿到所需要型號的元器件后，需要判斷元器件好壞，特別是振蕩線圈與中周、變壓器輸入輸出端等，之后才能安裝。

（4）電路搭建：由于各種電子元器件在面包板上可根據(jù)需要隨意插入或拔出，免去了焊接，而且元器件還可以重復(fù)使用，在面包板上根據(jù)最終設(shè)計原理圖搭建電路。

（5）調(diào)試實驗電路：主要包括各級靜態(tài)工作點；中頻頻率調(diào)整；頻率范圍的調(diào)整；統(tǒng)調(diào)等。使超外差收音機在經(jīng)過調(diào)試后，能滿足制作的設(shè)計要求。

（6）書寫實驗報告：主要包括實驗過程中遇到的問題，如何排除、如何解決、實驗結(jié)果等，同時寫上此次綜合實驗的實驗心得。

2.4 人員定期培訓(xùn)和實驗教材同步更新

實驗人員需要定期培訓(xùn)以了解實驗的最前沿內(nèi)容，及時更新實驗教材的內(nèi)容以達到同步[8]。人員定期培訓(xùn)是必不可少的一個環(huán)節(jié)，只有了解最新實驗前沿內(nèi)容，才能將實驗進行及時調(diào)整，通過培訓(xùn)才有機會與其他高校老師接觸和探討實驗教學(xué)方法，提高實驗老師的業(yè)務(wù)水平和實驗教學(xué)的相關(guān)理論，同時利用所學(xué)的實驗技能和對新設(shè)備的掌握來改進實驗教學(xué)，讓教學(xué)和科研能更好地發(fā)展下去。其次是實驗教材必須跟隨實驗內(nèi)容和設(shè)備更新同步變化，同時教學(xué)大綱也要隨之更新。

3 結(jié)語

隨著計算機的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生選擇仿真軟件來繪圖、連線均比較方便，但是對一些設(shè)備儀器的使用方法和功能可能有所欠缺，若加深這方面的投入，那么效果會更加明顯。今后利用網(wǎng)絡(luò)資源來搭建虛擬實驗室是必然趨勢，利用虛擬實驗室，學(xué)生可以足不出舍就可以查看各設(shè)備儀器、元器件的介紹和視頻教學(xué)，讓每個學(xué)生感受到一個更加寬松開放的實驗環(huán)境。通過一系列措施可以拓寬實驗老師的教學(xué)思路，讓學(xué)生更好地掌握和理解“高頻電子線路”的基礎(chǔ)知識，通過實驗內(nèi)容由淺入深，提高學(xué)生的分析和設(shè)計能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，提升今后的實驗教學(xué)效果。

[參考文獻]

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[3]汪正進，武風(fēng)波.高頻電子線路實驗課程教學(xué)改革與探索[J].科技視界，2014（32）：66.

[4]楊波.基于“全真+仿真”的《高頻電子技術(shù)》實驗設(shè)計分析[J].科技資訊，2011（22）：125.

[5]張學(xué)軍，劉海波.基于EWB軟件在高頻電子線路中應(yīng)用[J].實驗室科學(xué)，2011（1）：34-36.

[6]楊霓清.高頻電子線路實驗及綜合設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社出版，2009.

[7]車曉巖，胡新艷.高頻電子線路實驗教學(xué)研究[J].價值工程，2014（2）：233-234.

[8]汪秋婷，周選昌，倪杰.高頻電子線路實驗課程在大學(xué)生實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013（2）：74-77.