高頻電路實驗課教改的探索和研究

王勤　程輝

摘? 要：高頻電路實驗作為一門理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學模式的效果很不理想。本文結(jié)合高頻電路實驗的教學現(xiàn)狀和自身的教學經(jīng)驗，針對該課程難教難學的特點，從五個方面提出了改革方案并運用到實踐教學中，力求提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和實際應用能力，取得了教學質(zhì)量提高的效果。

關(guān)鍵詞：高頻電路? 教學改革? 實驗? 興趣

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-1578（2020）02-0035-02

1? ?引言

高頻電路是電子信息、通信類專業(yè)的一門實踐性極強的必修課。該課程講述了通信系統(tǒng)中的高頻單元電路的基本知識，以非線性分析方法為主，分析電路中輸入與輸出信號對應的關(guān)系，內(nèi)容豐富，應用廣泛，為后續(xù)專業(yè)課程奠定理論和實踐基礎(chǔ)，在專業(yè)體系中處于承上啟下的作用。

實踐教學是高等教育中的重要環(huán)節(jié)之一，而實驗教學是實踐教學的主要內(nèi)容，是高校培養(yǎng)學生不可或缺的組成部分。電子信息與通信類都是實踐性很強的專業(yè)，高頻電路實驗作為電子信息與通信類專業(yè)的重要專業(yè)實驗課，在此類專業(yè)中的地位尤其顯得舉足輕重。設(shè)計創(chuàng)新能力必須同時有理論知識和實踐能力作為基礎(chǔ)。高頻理論課程知識僅為學好該課程提供必要的基礎(chǔ)，而實際線路的組成、測量方法和儀器設(shè)備的使用等技能，還必須在實踐中學習和提高。學習高頻實驗課程不僅可以提高學生對本課程中有關(guān)理論知識的理解，還可以加深對“模擬電子技術(shù)”、“電路原理”等先修理論課的理解，使學生的理論與實踐結(jié)合得更加緊密，用理論知識去分析并解決實際的工程問題，提升實際操作能力和動手能力，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新精神，增強學生的綜合素質(zhì)，為將來走上社會做好充分的準備。

目前，高頻電路實驗存在實驗結(jié)果不穩(wěn)定、學生興趣不高、主觀能動性較差、以驗證性實驗為主、學生理論不扎實等問題，給高頻實驗教學帶來很大困難。可見，對高頻電路實驗課程進行改革是刻不容緩的。為了充分發(fā)揮高頻實踐教學環(huán)節(jié)的作用，真正提高學生做實驗的積極性，針對高頻實驗教學中出現(xiàn)的問題，可以從以下幾個方面進行改革。

2? ?高頻實驗教學中的改革方法嘗試

2.1 在實驗教學中引入仿真

高頻電路對儀器設(shè)備精度要求高，實驗電路容易受到外界環(huán)境的干擾和電路板布線的影響，分布電容、寄生電感、集膚效應的存在均會導致實驗結(jié)果不準確，以至于部分高頻實驗調(diào)試較難，效果不理想，導致學生信心不足，對高頻實驗產(chǎn)生畏難情緒，影響了學生做實驗的興趣。

針對高頻實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定的狀況，教師可以將仿真技術(shù)引入到教學中，采用EDA（電子設(shè)計自動化）軟件對高頻電路進行仿真分析。目前常用的EDA軟件包括Protel、Orcad、Pspice、Matlab、Mutisim[1]。這些軟件通過實驗平臺的搭建和仿真，將實驗結(jié)果生動地以數(shù)值、圖像、波形等多種方式展示。教師可以根據(jù)具體的問題采用適當?shù)姆抡孳浖鳛檩o助實驗教學的工具，在教學中形象直觀地演示實驗內(nèi)容，完善實驗方法。比如，LC振蕩電路實驗，如果單用實驗電路來驗證振蕩器的起振原理，由于起振過程很短暫，通過實驗儀器很難觀察此過程。若引入仿真，學生可以清晰地體會到LC振蕩器的起振過程，從而留下深刻印象。學生回憶起起振理論，隨著輸入電壓的增加，放大器從甲類工作狀態(tài)向甲乙類、乙類或丙類過渡直到進入平衡狀態(tài)。通過實驗電路的仿真演示使抽象的高頻概念變得形象化，幫助學生深入理解理論知識。學生可以將仿真實驗和傳統(tǒng)實驗結(jié)合起來，在實驗前完成仿真，在實驗時候進行驗證，與仿真結(jié)果形成對比，提高做實驗的效率，增強實驗效果。

把仿真引入實驗環(huán)節(jié)的另一個優(yōu)點是可以利用多種多樣的虛擬儀器來彌補實驗室硬件條件的不足，某些在實驗室里不具備硬件條件的高頻實驗可以通過仿真形式進行設(shè)計實現(xiàn)和分析驗證，增加學生做實驗的興趣，提高分析問題和解決問題的能力，開拓創(chuàng)新思維。

2.2 增加高頻實驗的趣味性

由于每次做的實驗都是無線電收發(fā)系統(tǒng)中的一個單元模塊電路，如高頻小信號諧振放大器、三點式正弦波振蕩器等，學生會因為看不到整個發(fā)射機或接收機而覺得實驗課缺乏吸引力。

教師在實驗教學中可以按照先整體后局部的順序去調(diào)動學生的興趣，提高教學效果[2]。為了建立無線電通信系統(tǒng)的整機概念，筆者在教學中進行的第一個實驗為“半雙工調(diào)頻無線對講機”。由兩個實驗箱分別充當發(fā)射機和接收機的功能，通過插入話筒，實現(xiàn)兩臺實驗箱人聲對講。讓學生體會到各個單元電路連接在一起后形成的通信系統(tǒng)的功效，對信號發(fā)射和接收的過程產(chǎn)生直觀感受。通過實驗演示激發(fā)學生的興趣，然后再告訴學生無線電發(fā)射機和接收機就是高頻電路這門課程的研究對象，比如調(diào)頻發(fā)射機由音源、音頻放大、調(diào)頻、上變頻、高頻功放等部分組成，調(diào)頻接收機則由高放、下變頻、中頻放大、鑒頻、音頻功放、耳機等構(gòu)成，以及后續(xù)實驗課涉及到的項目都是構(gòu)成無線電發(fā)射機和接收機的各個模塊電路。這種由整體到局部的思想讓學生明白學習高頻電路的用途，了解整機的組成原理，建立系統(tǒng)的概念。

此外，還可以通過更新實驗內(nèi)容的方式來提高學生的興趣，除了經(jīng)典的高頻小信號調(diào)諧放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器等實驗外，加入一些與新技術(shù)相關(guān)的實驗，如正交鑒頻及鎖相鑒頻實驗，以適應現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展。

2.3 提高學生的主觀能動性

高頻實驗內(nèi)容都是教學大綱提前設(shè)計好的。按照傳統(tǒng)的實驗教學方法，先由教師給學生講解實驗原理和步驟，并當場對實驗過程做出演示，然后再由學生進行實驗操作。很多學生自主意識不強，只會模仿老師，按照實驗指導書的步驟去連接電路和調(diào)試儀器[3]。遇到問題通常不是學著自己去尋找產(chǎn)生問題的原因，而總是習慣請老師來幫忙，難以靠自己排除故障。這種被動的實驗方法讓學生收獲甚微，不能有效地培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

針對學生在做實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，教師可以采用啟發(fā)式教學方式，啟發(fā)學生獨立思考并積極引導，但不代替學生進行操作。由于學生能力差異比較大，這些問題首先讓全班同學討論，學生可在課堂上積極提出自己的看法。對于一些有代表性或有爭議性的問題，由教師予以解答。實驗出現(xiàn)的問題解決后，再由學生獨立完成實驗。例如在做包絡檢波器實驗時，學生不理解示波器出現(xiàn)的梯形波形，這時可以讓大家一起討論產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，并在實驗報告中闡述，教師在下一次實驗課時做出解答，讓學生深刻理解負峰切割失真。另外，學生對實驗儀器的使用有不明白的地方或者調(diào)試中出現(xiàn)故障，先讓他們自己看實驗指導書或者請教其他同學，力爭能夠通過自身的努力排除故障，這樣學生對實驗原理和儀器設(shè)備的使用有了進一步認識。

啟發(fā)式教學可以使學生運用已有的知識和技能自覺獨立地去探索新知識并掌握新技術(shù)，充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)新精神，逐步培養(yǎng)自主分析問題和解決問題的能力。

2.4 加大綜合設(shè)計性實驗的比例

目前，大部分高頻實驗都是以實驗箱為基礎(chǔ)的驗證性實驗，教學大綱已經(jīng)提前定好實驗內(nèi)容，教學方法單一。學生只需要按照實驗指導書里面的給出的實驗方法和步驟操作，側(cè)重訓練調(diào)試能力。學生并不熟悉實驗箱內(nèi)部電路，忘記了元器件的選擇方法，這種被動的實驗方式通常讓學生不感興趣，不能提高主動性和創(chuàng)造性。

因此，合理調(diào)整實驗內(nèi)容，加大綜合性設(shè)計性實驗所占的比例?？梢杂蓪嶒灲處熃o出設(shè)計題目、技術(shù)指標和要求，學生利用實驗室現(xiàn)有的硬件設(shè)備完成設(shè)計任務。根據(jù)所學的高頻理論知識，自行查閱資料，構(gòu)思并設(shè)計實驗方案，推導相關(guān)參數(shù)，待電路設(shè)計完成后進行實驗數(shù)據(jù)的測試，觀察并分析實驗現(xiàn)象。還可以讓學生綜合運用高頻基本理論和設(shè)計方案構(gòu)建無線電通信系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機，把各個章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系起來并整合在一起，完成由局部再到整體的回歸。通過開設(shè)綜合設(shè)計性實驗，不僅可以鞏固所學高頻和前修課程的理論知識，還可以學到高頻電路設(shè)計的基本知識，進而能初步調(diào)試與設(shè)計基本高頻電路，培養(yǎng)學生獨立思考的精神，鍛煉自學能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

另外，可以在實驗課程結(jié)束之后增加收音機或無線對講機的電子工藝實訓，比如我校電子信息和通信類的專業(yè)開設(shè)了一周的組裝收音機的電工實訓。通過電工實訓，練習使用烙鐵，按照圖紙焊接電路板，組裝收音機，焊接完成后進行調(diào)試。這類實訓為加深學生對高頻實驗課程的理解提供了條件。此外，還可以組織學生參加與高頻電路相關(guān)的實習、電子設(shè)計競賽和大學生創(chuàng)新訓練計劃等活動，增加學生的學習興趣，提高學以致用的能力。

2.5 加強理論與實踐的聯(lián)系

高頻理論課的內(nèi)容比較抽象，數(shù)學公式多且推導過程繁瑣，電路復雜，不易理解，很多學生都對該課程有較深的畏難情緒，造成相關(guān)理論知識掌握不好。高頻實驗課以驗證性為主，由于缺乏理論基礎(chǔ)作指導，在做實驗時只能按照實驗指導書的步驟按部就班地連線測數(shù)據(jù)，不能深入體會實驗的本質(zhì)。如果示波器上出現(xiàn)與常規(guī)不同的波形或測得不符合要求的數(shù)據(jù)，學生不知道從哪里入手去分析問題，到底是實驗箱元器件的問題還是自己操作不規(guī)范造成的。即使能勉強測試出數(shù)據(jù)或調(diào)試出波形，實驗數(shù)據(jù)的分析處理常常不恰當，實驗結(jié)果的總結(jié)不夠好，思考題的回答也不正確。這種理論課和實驗課的相脫節(jié)的狀況造成學生的學習興趣不高，影響教學效果。

理論來自于實踐，同時又指導實踐。理論教學與實踐教學既不能分離，也不能簡單拼合，這兩者是相互獨立、又相互依存、相互促進的教學體系[4]。因此，教師要恰當處理理論教學與實踐教學的關(guān)系。一方面，理論課教師和實驗課教師應相互溝通，加強理論和實踐的聯(lián)系，改革理論課教學內(nèi)容和方法，夯實理論知識教學，努力提升教學質(zhì)量。另一方面，由于我校實驗課是在理論課全部結(jié)束后才開始，造成大部分同學在做實驗時已經(jīng)遺忘了相應的理論知識。因此，適當調(diào)整實驗順序，和理論課保持一致。教師在每一次實驗課開始前講解相應的理論知識，在最后一次理論課和每一節(jié)實驗課快結(jié)束時簡要介紹下一個要進行的實驗的原理和內(nèi)容，并利用仿真軟件給學生演示。同時要求學生預習下一次實驗，并在實驗課時上交預習報告，使學生大致了解即將做的實驗項目，克服他們的緊張和畏難情緒，增加動手操作的信心，學會用理論來分析實驗現(xiàn)象，也通過實驗加深對理論的理解。

3? ?結(jié)語

本文中，筆者結(jié)合自身的教學經(jīng)驗，對高頻電路實驗教學進行了研究，為教學改革提供了一定的思路。為了進一步提升高頻電路實驗的教學質(zhì)量，促進實驗教學的發(fā)展，教師應在教學中不斷改革創(chuàng)新并總結(jié)經(jīng)驗，探索本課程有效的教學模式。通過實驗教學，開拓學生的視野，激發(fā)學習興趣，提高實踐動手能力，為他們后續(xù)課程的學習和將來的工作打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 蘭萍，王朝霞.對高頻電子線路教學改革的探討[J].中國西部科技，2009，8（28）：91-92.

[2] 朱穎莉.高頻電子線路實驗教學改革的探索[J].科技廣場， 2008，2008（2）：218-219.

[3] 車曉巖，胡新艷.高頻電子線路實驗教學研究[J].價值工程，2014，2014（8）：233-234.

[4] 鄧洪波，麥旭均.理論與實踐緊密結(jié)合，深化高頻電路教學改革[J].實驗室科學，2013，16（5）：66-68.

作者簡介：王勤（1987-），女，博士研究生，講師，研究方向為通信與信息系統(tǒng)。