“通信電子線路”課堂教學(xué)改革研究

胡寶晶，楊 利

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.理學(xué)院；b.大數(shù)據(jù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

“通信電子線路”是高等工程院校電子信息專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力和電路設(shè)計(jì)能力的學(xué)生。然而由于該課程主要涉及非線性電子線路內(nèi)容，課程難度較大。同時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)模式主要采用單方面知識(shí)傳授，學(xué)生不知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，只為應(yīng)付考試。加之傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等也面臨著一些相對(duì)落后于時(shí)代和社會(huì)需求的問(wèn)題。若不能夠根據(jù)院校自身特點(diǎn)進(jìn)行適宜的改革，必將導(dǎo)致教學(xué)效果不理想，降低該課程的意義與價(jià)值。本文通過(guò)分析“通信電子線路”在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了增加思政教學(xué)和實(shí)例教學(xué)內(nèi)容的建議，并將此內(nèi)容與CDIO的教、學(xué)、評(píng)“三位一體”教學(xué)法、新媒體的線上線下教學(xué)法、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目合作的開放式實(shí)踐教學(xué)法等新的教學(xué)方式結(jié)合起來(lái)，形成了一套全新的教學(xué)方法。

一、“通信電子線路”教學(xué)中存在的問(wèn)題

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)電子信息工程系“通信電子線路”課程的課堂教學(xué)主要存在以下幾方面的問(wèn)題。

（一）教學(xué)內(nèi)容滯后，教學(xué)方法單一

隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，通信電子線路在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)張，而電子信息工程系多年來(lái)使用的《通信電子線路》教材還主要介紹無(wú)線電信號(hào)、正弦波振蕩器、高頻小信號(hào)放大器、諧振功率放大器等的概念和相關(guān)公式，對(duì)于知識(shí)的具體運(yùn)用幾乎沒(méi)有講述，這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)通信領(lǐng)域的最新知識(shí)和技術(shù)掌握不足。同時(shí)，傳統(tǒng)單一的書本講授，PPT課件替代手寫黑板，加快了課程進(jìn)度，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解并不到位，抽象化的文字描述更是在無(wú)形之中加大了課程學(xué)習(xí)難度。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，人生價(jià)值觀不明顯

在大學(xué)階段，大多數(shù)時(shí)間是要學(xué)生自主學(xué)習(xí)的，但是恰恰是這種需要自律學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)期，由于“通信電子線路”課程內(nèi)容的艱深晦澀，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)要求極高，再加之該課程從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際電路制作存在一定難度，概念抽象，公式復(fù)雜，學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒，無(wú)法實(shí)現(xiàn)觸類旁通，最終學(xué)習(xí)效果不理想，失去學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，有些大學(xué)生的“三觀”還不明確，仍處于對(duì)未來(lái)的迷茫之中，困難當(dāng)前，便會(huì)漸漸失去信心，喪失動(dòng)力，最終學(xué)習(xí)的初心便也失去了。

（三）教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，教學(xué)成果不佳

電子信息工程系的學(xué)生來(lái)自全國(guó)各地，各地教學(xué)水平參差不齊，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握也是各不相同。加之“通信電子線路”課程的內(nèi)容本就晦澀難懂，大量的計(jì)算，原理的驗(yàn)證，光靠書本上的文字描述只是將知識(shí)硬生生地灌輸給學(xué)生，并沒(méi)有讓學(xué)生明白為什么學(xué)，學(xué)了有什么用，以至于學(xué)生只是一味應(yīng)付考試，不能抓其本質(zhì)，最后導(dǎo)致教學(xué)成效不佳，教師也不能及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無(wú)法做出相應(yīng)的調(diào)整。

二、“通信電子線路”課程教學(xué)改革

針對(duì)電子信息工程系在“通信電子線路”課程傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，本文提出要增加教學(xué)內(nèi)容和方法的建議，同時(shí)提倡將二者相結(jié)合，達(dá)到“1+1＞2”的效果，培養(yǎng)復(fù)合型人才，以滿足新時(shí)代的人才需求。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

1.增加思政教學(xué)內(nèi)容，將典型案例實(shí)踐與思政元素和知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。例如：（1）頻率穩(wěn)定度的重要性，展現(xiàn)工匠精神。在講授振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，以頻率穩(wěn)定性的重要性為切入點(diǎn)，引入神舟飛船發(fā)射時(shí)間必須精確到毫秒。從神舟一號(hào)發(fā)射時(shí)間1999年11月20日06時(shí)30分03秒500毫秒，到神舟五號(hào)2003年10月15日09時(shí)00分03秒497毫秒，再到神舟十三號(hào)2021年10月16日00時(shí)23分56秒469毫秒，每分每秒無(wú)一不體現(xiàn)著工匠精神。（2）阻抗匹配的精神追求，展現(xiàn)精益求精。阻抗匹配大部分用于傳輸線上，將所有高頻的微波信號(hào)幾乎能傳遞至負(fù)載點(diǎn)，并且?guī)缀醪粫?huì)有信號(hào)反射回來(lái)源點(diǎn)，從而達(dá)到提升能源效益的目的。以袁隆平院士“一輩子用心做好一件事情”的靈魂追求為融入點(diǎn)，通過(guò)知識(shí)點(diǎn)類比的方式，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的精益求精的態(tài)度。（3）諧振功率放大器的精神縮影，展現(xiàn)工程意識(shí)。諧振功率放大器是用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大的。以中國(guó)用四年半時(shí)間建成全球規(guī)模最大機(jī)場(chǎng)——北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)為例，體現(xiàn)“中國(guó)效率”，通過(guò)類比說(shuō)明，培養(yǎng)學(xué)生做事要講究高效率、高質(zhì)量、高品質(zhì)。（4）LC振蕩器的誕生，展現(xiàn)科學(xué)思維?？v觀Colpitts振蕩器到Clapp振蕩器、Seiler振蕩器的改進(jìn)歷程，培養(yǎng)學(xué)生不斷探究的科學(xué)思維。（5）振幅調(diào)制原理，展現(xiàn)探索未知。在講授振幅調(diào)制原理時(shí)，以費(fèi)森登創(chuàng)造出能夠通過(guò)信號(hào)對(duì)高頻波進(jìn)行調(diào)幅而后發(fā)射實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通話的方式為例，通過(guò)人物讓學(xué)生學(xué)會(huì)探索未知。（6）混頻器電路的出現(xiàn)，展現(xiàn)創(chuàng)造思維，以愛(ài)德文·阿姆斯特朗創(chuàng)造超外差電路為例，說(shuō)明不斷地嘗試新思維的碰撞，會(huì)有所收獲；如混頻器的干擾，展現(xiàn)分析問(wèn)題。在解說(shuō)混頻器干擾的內(nèi)容時(shí)，抓住本質(zhì)是關(guān)鍵，培養(yǎng)學(xué)生“明不足則多察”，做事注意細(xì)節(jié)，由表及里，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題。（7）直接解調(diào)法，展現(xiàn)追求真理。以我國(guó)科研工作者李惕碚和吳枚提出的直接解調(diào)方法自主研發(fā)的第一臺(tái)空間X射線天文望遠(yuǎn)鏡為例，在自主研發(fā)的路上，他們一直追求真理；如頻率合成技術(shù)待發(fā)展，展現(xiàn)使命擔(dān)當(dāng)。集成電路發(fā)展起步晚，任重而道遠(yuǎn)，新時(shí)代青年仍需不斷努力，擔(dān)當(dāng)起新時(shí)代的責(zé)任使命，為集成電路事業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2.增加實(shí)例教學(xué)內(nèi)容。“通信電子線路”概念繁多且抽象，將這些書本上的知識(shí)化作現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生能夠活學(xué)活用，而不只是為了應(yīng)付考試。例如：（1）阻抗匹配可應(yīng)用于功放與音箱、移動(dòng)天線和蜂窩應(yīng)用高頻超聲換能器。在功放與音箱中，阻抗匹配可以將小功率的音頻信號(hào)的輸出能量放大，有效擴(kuò)大了聲音的傳播范圍，提供穩(wěn)定的音頻，使喇叭達(dá)到最佳的工作狀態(tài)；在移動(dòng)天線中，阻抗匹配可以將信號(hào)高效地發(fā)送和接收，滿足可靠和高速的通信需求，從而獲得最好的信號(hào)增益；在蜂窩應(yīng)用高頻超聲換能器中，阻抗匹配可以在獲得最好的信號(hào)增益的同時(shí)，使聲波換能器和激勵(lì)源之間的電阻匹配，從而有效節(jié)約能量，降低功耗。（2）高頻小信號(hào)放大器可應(yīng)用于通信領(lǐng)域的接收信號(hào)器中。它可以將電子設(shè)備的信號(hào)、測(cè)量?jī)x器中的信號(hào)等長(zhǎng)距離通信傳輸?shù)男盘?hào)放大和進(jìn)行限制干擾的處理，提供了更高的精度、便攜性和靈敏度。（3）諧振功率放大器可應(yīng)用于無(wú)線電發(fā)射機(jī)。而無(wú)線電發(fā)射機(jī)與無(wú)人機(jī)結(jié)合，便可以大面積觀察農(nóng)作物，以及結(jié)合噴灑系統(tǒng)噴灑農(nóng)藥，推動(dòng)精密農(nóng)業(yè)的發(fā)展。此過(guò)程中涉及的脈沖信號(hào)、反射率等，皆可與諧振功率放大器緊密聯(lián)系起來(lái)，幫助學(xué)生理解。（4）LC振蕩器可應(yīng)用于汽車的勵(lì)磁線圈的傳感器和鳥類抑制器。它可以有效保障汽車驅(qū)動(dòng)的安全性能，讓電源不影響其他系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行，大量降低LC電路的電流消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保；根據(jù)它開發(fā)并設(shè)計(jì)鳥類探測(cè)器和抑制器，解決了鳥類啄食農(nóng)作物的問(wèn)題，超聲傳感器工具的作用有望幫助社區(qū)減少農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的害蟲。（5）傳輸線路理論和高頻信號(hào)可應(yīng)用于谷物濕度測(cè)量傳感器，設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)鍵的谷物水分傳感電路，能有效指導(dǎo)谷物加工，提高成品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。讓學(xué)生知道知識(shí)點(diǎn)并不是各章獨(dú)立的，而是相輔相成的。（6）正弦波振蕩器可應(yīng)用于各種電子設(shè)備和機(jī)械農(nóng)業(yè)中。它可以作為高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的變能能源，構(gòu)成低電壓適用于便攜式應(yīng)用的低功耗系統(tǒng)，保證了振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；它可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)甘蔗秸稈的質(zhì)量，建立甘蔗秸稈稱重過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以預(yù)測(cè)玉米和小扁豆的水分含量，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于電容性技術(shù)的測(cè)定不同水分含量下種子介電常數(shù)的儀器，可以預(yù)測(cè)種子和籽粒的水分含量，有效指導(dǎo)其生長(zhǎng)，還可以大量檢查水果的硬度，提高耕作效率，提高果實(shí)成品質(zhì)量。

（二）教學(xué)方法創(chuàng)新

1.CDIO的教、學(xué)、評(píng)三位一體教學(xué)法。CDIO代表工程中的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)行（Operate）［1］，它將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，根據(jù)不同層次學(xué)生的實(shí)際情況，采取三種方式教授。第一種研討式教學(xué)主要針對(duì)課堂，讓學(xué)生從理論出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；第二種探究式教學(xué)主要針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)解決問(wèn)題；第三種項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)主要針對(duì)課程設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生理解與驗(yàn)證所學(xué)理論，學(xué)會(huì)舉一反三。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中采用被動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)三種學(xué)習(xí)方式。被動(dòng)學(xué)習(xí)以教師講授為主，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力；主動(dòng)學(xué)習(xí)以學(xué)生互動(dòng)為主，培養(yǎng)其工程實(shí)踐的能力；經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)以案例分析為主，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，通過(guò)多方面收集大數(shù)據(jù)分析的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括教師對(duì)學(xué)生的各種階段完成情況的評(píng)價(jià)，學(xué)生對(duì)教師教學(xué)內(nèi)容和方式的評(píng)價(jià)，團(tuán)隊(duì)合作中學(xué)生對(duì)分工配合以及完成度評(píng)價(jià)等。此方法提高了專業(yè)課對(duì)學(xué)生的吸引力，理論與實(shí)踐融會(huì)貫通，并且建立了評(píng)價(jià)機(jī)制，使教師能夠隨時(shí)隨地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便教師及時(shí)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更好地達(dá)到教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)。

2.結(jié)合新媒體的線上線下教學(xué)法。對(duì)于“通信電子線路”這門理論性極強(qiáng)的課程來(lái)說(shuō)，線上教學(xué)的教學(xué)效果、時(shí)長(zhǎng)、相關(guān)視頻、文獻(xiàn)等都很好地結(jié)合了起來(lái)，使原本枯燥的課堂多了生機(jī)。同時(shí)，知識(shí)傳授最好的途徑仍然是線下教學(xué)，而學(xué)生自主復(fù)習(xí)回顧最好的方式是利用線上資源，將線上與線下的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，便可達(dá)到“五位”原則：（1）課前預(yù)習(xí)到位。學(xué)生利用PPT課件加上網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)習(xí)軟件上對(duì)自己不理解的問(wèn)題留言，進(jìn)行充分預(yù)習(xí)。（2）課中講授到位。教師對(duì)學(xué)習(xí)軟件上學(xué)生的反饋予以重點(diǎn)講授，并且結(jié)合線上資源使學(xué)生更好地理解。（3）課后復(fù)習(xí)到位。教師在學(xué)習(xí)軟件上發(fā)布課堂上未完成的習(xí)題，并錄制講解視頻，學(xué)生在軟件上作答。（4）章節(jié)總結(jié)到位。教師將每個(gè)章節(jié)的結(jié)構(gòu)圖標(biāo)出重點(diǎn)等級(jí)，為學(xué)生提供指導(dǎo)復(fù)習(xí)。（5）測(cè)驗(yàn)評(píng)價(jià)到位。教師將各章習(xí)題按難易程度分類，隨機(jī)組合成試卷發(fā)布在網(wǎng)上，學(xué)生隨機(jī)抽取試卷作答，并查看錯(cuò)題進(jìn)行自我評(píng)測(cè)。同時(shí)，不及格的學(xué)生重新做試卷，進(jìn)行二次評(píng)測(cè)。綜上，可有效提升課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出對(duì)國(guó)家有用的人才。

3.團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目合作的開放式實(shí)踐教學(xué)法。此方法以學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程為主，教師拋出環(huán)環(huán)相扣、構(gòu)成課程內(nèi)容的問(wèn)題，學(xué)生自行選擇成員組隊(duì)，合理分配調(diào)研和查閱文獻(xiàn)的任務(wù)，去收集相關(guān)資料，將資料進(jìn)行多元分析與深度研究，按照論文標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行撰寫等。在此過(guò)程中，將書本的理論知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合，得到綜合訓(xùn)練和提高。最后，學(xué)生在課堂上介紹團(tuán)隊(duì)的研究情況，互相交流，并訓(xùn)練表達(dá)能力等［2］。這種教學(xué)法可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有利于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及從個(gè)人自主到團(tuán)隊(duì)合作的能力，有效提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力與結(jié)合實(shí)踐能力，教學(xué)成效顯著。

4.電路虛擬仿真與課堂結(jié)合教學(xué)法。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)仍以理論解說(shuō)為主，且學(xué)生始終處于被動(dòng)接受知識(shí)的地位。虛擬仿真的教學(xué)環(huán)境更加有利于為學(xué)生營(yíng)造教學(xué)氛圍［3］，使學(xué)生沉浸在此情景中，充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性。同時(shí)，也能滿足師生教學(xué)空間感知化需求，最終激發(fā)學(xué)生的好奇心和對(duì)知識(shí)的探索欲。因此，推動(dòng)了教育的發(fā)展，很好地解決了場(chǎng)地設(shè)施等問(wèn)題，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率，保證了學(xué)習(xí)效果。

5.多媒體講座式教學(xué)法。講座式教學(xué)營(yíng)造了輕松健康的氛圍，有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)課；講座式教學(xué)內(nèi)容安排也十分靈活，拋開了章節(jié)時(shí)長(zhǎng)的限制，有利于學(xué)生將知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)架知識(shí)框架；講座式教學(xué)還結(jié)合多媒體，將單一的講授知識(shí)轉(zhuǎn)化為視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)相結(jié)合的形式，有利于學(xué)生注意力的集中，提高學(xué)習(xí)興趣；講座式教學(xué)還可全面拓展和延伸所學(xué)知識(shí)，有利于引發(fā)學(xué)生的思考以及各種思維的發(fā)散。

結(jié)語(yǔ)

本文分析了在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法中出現(xiàn)的教材內(nèi)容滯后、概念籠統(tǒng)、公式繁多、學(xué)生興趣索然、教學(xué)效果不佳、滯后于時(shí)代和難以滿足社會(huì)需求等問(wèn)題。結(jié)合了課程內(nèi)容和學(xué)生自身的特點(diǎn)，借鑒了其他院校的經(jīng)驗(yàn)，討論了如何對(duì)教學(xué)的具體內(nèi)容做出創(chuàng)新、改進(jìn)和完善。同時(shí)，我們也補(bǔ)充了教學(xué)方式，突破了常規(guī)單向知識(shí)傳遞的局面，創(chuàng)新了教學(xué)方式。這種課堂教學(xué)改革的嘗試對(duì)學(xué)生自身綜合素質(zhì)的提升、自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)生思維的開發(fā)、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高以及其他后續(xù)課程的課堂教學(xué)改革具有一定的指導(dǎo)意義。