《高頻電子線路》課程教學方法的研究與實踐

陳俊峰,姚建斌,鄭 輝

(華北水利水電學院,河南鄭州 450011)

《高頻電子線路》課程教學方法的研究與實踐

陳俊峰,姚建斌,鄭 輝

(華北水利水電學院,河南鄭州 450011)

根據《高頻電子線路》課程的特點,結合教學實踐,提出了一種新的合理的教學方案。從調動學生的積極性、采用多種教學方法和手段、改善基礎實驗和增設課程設計四個方面出發,提高教學質量,達到較好的教學效果。

高頻電子線路;教學方法;系統;課程設計

《高頻電子線路》是我校電子信息工程、電子科學技術、通信類專業重要的專業基礎課,也是一門理論性和實踐性都很強的課程。通過該課程的學習,使學生掌握射頻通信電路的基本原理與基本技術,了解通信系統射頻部分的基本組成,掌握射頻電路各個模塊包括小信號放大器、混頻器、振蕩器、調制與解調器、高頻功率放大器等的工作原理與分析方法,初步具備射頻系統分析與設計的能力[1]。

一、培養學生的興趣,樹立學好本課程的信心

要學好《高頻電子線路》,除了熟練掌握先修課程電路分析和模擬電子線路的基礎知識,關鍵是深刻理解非線性電路的涵義及本質,掌握幾種基本的非線性分析方法。對初學高頻電子線路的學生,模擬電子線路已經感到頭疼,更何況高頻電子線路。所以要教好這門課,并讓學生學好這門課,不僅要使學生認識到本課程的重要性,更重要的是要吸引住學生,引起學生的興趣,從而樹立學好本課程的信心。

要引起學生的學習興趣,利用學生的好奇心十分重要。首先不介紹本門課程的內容及應用,而是讓學生討論通信在現代生活中的作用。同時進一步討論無線通信在通信領域中的地位,讓學生認識到無線通信在通信領域中有不可替代的重要作用。接著讓學生討論我們日常生活中很普及的收音機、手機、電視機等無線通信工具為什么與外界設備沒有任何連接,卻能收到廣播信號、通信信息、收看電視節目呢?當學生對這些問題感興趣時再告訴學生學習《高頻電子線路》課程就可以明白這些設備為什么能完成通信?什么樣的電路完成?是如何完成的[2]?

二、改善教學方法和教學手段,加深學生對基礎理論的理解

(一)從通信系統出發,讓學生理解并掌握各個系統模塊的基本原理

為了在較短的課時內,更好地完成教學任務,獲得更好的教學效果,首先要從通信系統入手,將教學內容分為幾個模塊:發送設備、信道傳輸、接收設備等[3]。無論是發送設備,還是接收設備,其高頻電路部分都可以剖析成三個小模塊:振蕩器部分、調制解調部分、高頻信號放大器部分。然后以這 3個小模塊的功能、指標為中心,并通過分析經典電路的工作原理和重點公式的推導,讓學生理解并掌握各個系統模塊的基本原理。如在高頻信號放大器部分教學中,首先突出這個模塊的功能、技術指標,然后圍繞這個中心,并選取經典的共射放大電路為例,讓學生帶著重點去學習,并略去冗長的推導和不必要的公式推導,不但減輕了學生的負擔,而且能夠加深學生對基礎知識的理解。

(二)采用對比教學

首先,與模擬電子線路相對比,不同主要表現在:信號頻率較高 (幾百千赫～幾百兆赫);信號多為帶寬信號,而且信號相對帶寬較窄。信號的這些特點就決定了高頻電路的電路結構和分析方法必然與低頻電路不同。例如:電路負載不再是純電阻,而是LC諧振回路。在分析放大電路時,與模擬電子線路的 H參數不同,高頻電路用 Y參數,而且要考慮晶體管結電容、甚至接線分布電容或分布電感等的影響。作為模擬電路的后續課程,也必然存在著某些聯系和相同之處,如放大器的增益、系統的穩定性等。因此在教學中,將相關內容進行分類比較,從學生熟悉的低頻電路入手,分析二者的相同點和不同點,讓學生盡可能多地利用已有的低頻電路的知識去學習、理解新的高頻內容,從而將兩者的內容融合貫通,便于高頻電路的學習。

其次,利用對比法分析高頻電路中的相似電路。例如,高頻小信號放大器與高頻諧振功率放大器是相似電路,也可以說其最簡電路結構相同。若采用對比法教學,以共射放大電路為例,相同之處在于分析電路的指標項目相同,放大的信號均為高頻信號,其負載均是諧振回路,并且有相同的電路結構。不同之處在于二者激勵信號幅度的大小不同,放大器的工作點不同,晶體管的動態范圍不同,且采用的分析方法也不同,高頻小信號放大器才用線性分析,而功率放大器才用非線性分析。通過對比學習,加深學生對理論知識的理解,使學生的思路變得清晰,分析問題能夠切中要害。

(三)傳統板書和多媒體教學相結合

《高頻電子線路》不僅涵蓋的內容較廣,同時很多內容較為抽象,不易理解。采用傳統的板書教學,優點在于“邊寫邊講,學生思維連貫,易于理解和接受”,特別是對于重要的公式推導、關鍵的電路分析,不僅內容詳盡,而且重點突出,便于學生參與公式、理論的推導,有利于學生理解和掌握基本原理,提高了課堂的效率。其缺點在于在畫電路圖和工作原理圖時浪費時間很多,而且效果不理想,對于連續動態變化的圖像,就顯得有心無力了。如果采用多媒體教學,優點在于它采用圖、文、聲、像、動畫等多媒體技術,使抽象的內容形象化、生動化,易于理解與接受[4]。其缺點在于對重要公式和電路分析時,用幻燈片播放一遍,不能引起學生的共鳴和互動,就像走馬觀花一樣,重點不突出,不便于學生理解。如果將兩者有機結合起來,效果良好。以功率放大器教學為例,功率放大器不僅公式繁多,而且電路工作原理圖很復雜,特別是用其動態特性曲線求集電極電流脈沖波形時,不僅圖復雜難畫而且費時,更重要的是圖需要動態變化。這時,對公式、工作原理講解采用板書,則詳細周到。在電路圖分析時采用多媒體不僅省時省力而且準確,更重要的是圖能夠按照要求動態的變化,將抽象的動態過程具體化,活生生地展現在學生面前。可以說,采用傳統板書和多媒體有機結合的教學手段,重點突出,可以將抽象的內容生動化,便于學生理解記憶。

三、用基礎理論指導實驗,用實驗加深對基礎理論的理解

(一)注重基本實驗內容,提高實驗要求

通過課程實驗,學生將課堂上所學的知識用于實踐當中,用理論知識去分析、解決實際的工程問題,加深學生對所學知識的認識,為將來走上社會做好充分的準備。所以實驗環節是教學中的重要組成部分。要搞好實驗教學就離不開基本的實驗內容,因為基本實驗可以加深對基本理論的理解、掌握及運用。如選頻網絡、小信號放大器、振蕩器、調幅、調頻等實驗既是最基本的實驗,也是經久不衰的實驗。這些實驗的優點是緊扣課本內容,有利于學生驗證課本上的基本單元電路工作原理,能夠比較直觀地快速理解課本上比較抽象的理論,能讓學生打下堅實的基礎。

但是它們也是驗證性的實驗,最怕流于形式,學生只是連接電路、測量輸入輸出,做實驗時敷衍了事,達不到預期的實驗目的。為了避免這種現象,必須提高實驗的要求:一是嚴格要求學生做實驗預習工作。為了讓學生明確實驗目的,熟悉實驗步驟,提高實驗效率,實驗前要學生做好預習報告,包括實驗目的、實驗原理、實驗步驟。學生做好了預習工作,實驗效果大大增強,實驗效率大大提高,并且還能在實驗中不斷發現問題[5]。二是規范實驗報告的寫法,避免學生寫報告時照抄實驗指導書,而是就實驗現象、發現的問題主動查找相關資料,尋求合理的解答。重點突出對實驗數據的分析和實驗結果的總結。實驗報告是實驗結果的反映和總結,也是實驗課的繼續和提高。通過實驗報告,使知識清晰化、條理化,可以培養學生綜合分析問題的能力。三是培養學生獨立完成實驗的能力。在實驗中發現問題,有些具有代表性的問題可讓全班同學討論,或者由老師給出理論指導并由學生自己獨立解決。通過實驗逐步培養學生發現問題、解決問題、理論聯系實際的能力。例如學生在做振蕩器實驗時,沒有波形輸出或者波形失真,首先要求學生根據原理調節工作點,再查看電路圖,排查硬件故障。通過做實驗實踐,發現問題、排除故障等,使學生掌握高頻電路的基本原理,并對電路各元件的性質和作用有了進一步認識。

(二)增加設計性仿真試驗

現行高頻電子線路實驗課程中普遍采用高頻電子線路實驗箱,其主要是設計好的模塊電路。因此要提高學生動手設計能力,提高學生的創新意識,就必須增加設計性實驗,既能加強理論知識的掌握,又鍛煉了動手能力。Pspice、MATLAB、Multisim等軟件是良好的人機交互式仿真軟件,具有完善的電路模擬、設計、仿真等功能。這些軟件不僅能夠提供多種電路的分析功能,如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析等,而且能提供示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器、邏輯轉換器、萬用表等多種虛擬儀器、儀表,可以幫助學生分析電路的性能,大大縮短了分析時間。通過這些仿真工具,學生能夠非常簡便地選擇元器件,設計電路原理圖,進行系統仿真。在這些實驗平臺上,可以采用驗證型、綜合型、設計型和創新型等不同訓練形式,能夠有效提高學生分析、設計和應用能力[6-7]。

四、增加課程設計,培養學生的實踐能力

為了提高學生的實踐能力,在《高頻電子線路》授課的下個學期增加了高頻電子線路課程設計。在學生完成了整個課程的學習后,進行綜合性實踐訓練,要求學生在所學的基本單元電路基礎上,結合通信領域的先進技術,聯系實際,進行系統的搭建。在課程設計過程中,首先由指導老師提供一些題目,如射頻遙控器、調頻收音機等題目,以供學生參考,學生也可以根據自己的想法自擬題目。其次要分小組進行課程設計,培養學生的團隊精神。課程設計的具體要求如下:讓各個小組選擇設計題目,確定設計的方向;查找相關資料,設計原理框圖和相應的原理電路圖;運用仿真工具對設計的電路原理圖進行仿真和分析,驗證可行性;電路的焊接和調試,做出實物;就課程設計進行答辯。課程設計由學生自己獨立完成,通過課程設計可以使學生分析問題、解決問題、設計電路的能力有質的飛躍,由元件到環節最終達到了系統級的認識。通過設計調試,學生會遇到理論教學中、甚至實驗環節中一些意想不到的許多實際問題,從而提高學生的電路設計能力及工程應用能力。

總之,通過基礎理論學習、基礎實驗和課程設計這三個環節的有機結合,學生不僅能夠熟練掌握高頻電子線路基本知識,而且能夠具備一定的高頻電子線路分析能力和設計能力。

[1]劉偉,郭麗,閆晉鋒.高頻電子線路教學幾點體會 [J].科技信息,2007,(32).

[2]靳麗君.《高頻電子線路》課程教學中的幾個重要環節[J].西安鐵路職業技術學院學報,2007,(2).

[3]張玉薇,鄧珂.高頻電子線路課程教學方法研究與探索[J].福建電腦,2009,(7).

[4]石博雅.《高頻電子線路》課程改革探討 [J].中國電力教育,2008,(9).

[5]朱穎麗.高頻電子線路實驗教學改革的探索[J].科技廣場,2008,(2).

[6]吳清萍.拓展學生思維提高應用能力——《高頻電子線路》課程建設的思路和實踐[J].常州信息職業技術學院學報,2004,(6).

[7]羅暉,王傳云.高頻電子線路課程實驗改革探討 [J].華東交通大學學報,2005,(S1).

Abstract:According to theHigh Frequency Circuitcharacteristics,the new reasonable teaching method was brought forth,combined with teachingmethod and teaching practice.Arousing enthusias m in students,adopting lots of teachingmethod,improving basic experiment and augmenting course design,so teaching quality and teaching effect are improved.

Key words:High Frequency Circuit;Teachingmethod;System;Course design

(責任編輯:宋孝忠)

Research and Practice of TeachingM ethod ofH igh F requency C ircuit

CHENG Jun-feng,YAO Jian-bin,ZHEN Hui
(North China Institute of W ater conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou450011,China)

G642

A

1008—4444(2010)04—0153—03

2010-04-24

陳俊峰 (1980—),男,河南固始人,華北水利水電學院信息工程學院教師,碩士。