射頻電路與天線立體化實驗教材建設

王 云 褚慶昕 涂治紅

華南理工大學電子與信息學院 廣東廣州 510640

射頻電路與天線立體化實驗教材建設

王 云 褚慶昕 涂治紅

華南理工大學電子與信息學院 廣東廣州 510640

利用現代信息技術手段，進行射頻電路與天線的立體化實驗教材建設，初步形成了由紙質教材、電子課件、網絡課程等構成的立體化教材體系，具體闡述了教材建設的內容、特點以及使用效果。

射頻；立體化；實驗教材

Abstract: Taking advantage of modern information technology, the construction of three–dimensional teaching materials for radio frequency circuits and antennas experiment is implemented. The three-dimensional teaching material system is formed, which is composed of paper materials, electronic courseware and online course, and the content、characteristics and practical effectiveness for the construction is presented.

Key words: radio frequency; three-dimensional; experimental materials

隨著現代科學技術的發展，射頻（RF）技術在通信、雷達、導航、遙感、醫療等領域得到越來越廣泛的應用，因此近年來越來越多的高校開設了射頻微波技術的課程，而我校的射頻電路與天線作為國家級的精品課程，在不斷進行課程建設保持其先進性、示范性的同時，逐漸發現實驗教材中存在的一些不足，如原有紙質實驗教材過于依賴理論教學，缺乏創新性、設計性內容，在培養學生創新能力方面有欠缺；電子教材建設力度不夠，教材形式不夠多元化；網絡課程未得到有效的開展，一言以蔽之：尚未形成完整的立體化教材體系。教材存在的這些問題，必然導致了教學方式過于依賴課堂、教師、書本，不利于激發學生的學習興趣，實現實驗教學的主體由教師向學生的轉換。

立體化教材是指以形成教學能力為目標，以傳統紙質教材為基礎，以學科課程為中心，以多媒介多形態、多用途及多層次教學資源和多種教學服務為內容的結構性配套教學出版物的集合。立體化教材包括主教材、電子教案、多媒體課件、試題庫及網絡課程等。由于立體化教材具有文字、聲音、視頻等多樣化的表現形式，突破了“書本”這一平面媒介的局限，并可通過網絡課程實現教學活動和教學過程的信息化和網絡化，借助現代信息技術為教學提供多種方法和途徑，可有力地激發學生的自主學習積極性，促進教學模式改變，由教師啟發式教學，學生積極、主動學習掌握知識，達到優化教學效果的目的。

因此，為了盡快解決目前射頻電路與天線實驗教材的種種問題，開展該課程實驗的立體化教材建設，構建一流的立體化教材體系勢在必行。

1 射頻電路與天線立體化實驗教材建設實踐

進行射頻電路與天線立體化實驗教材建設是精品課程的基本要求，也是課程建設與改革的迫切需要。針對該課程實驗教材的立體化建設，我們將從紙質教材、電子課件、網絡課程這3個方面入手。

1.1 完善紙質教材，使實驗內容獨立化、層次化，實驗項目生活化

實驗內容獨立化：為了扭轉實驗教學在內容上過于依賴理論教學，在時間上必須滯后于理論教學的觀念，方便學生超前學習和實驗預習，同時結合“射頻電路與天線”理論課程概念抽象、數學公式繁雜的實際特點，在實驗教材中用簡潔的語言，生動淺顯的示例系統講解實驗原理，淡化復雜的理論推導，將實驗儀器設備和所用元器件的特性加入到所用教材中，詳細闡述實驗步驟和操作規程，使學生只需閱讀實驗教材，就能完成基礎性實驗，得出相關結論，而不必拘泥于實驗課與理論課的組織順序，更加靈活機動。對于一些理論難度較深，如耦合器、天線等章節，可先進行實驗，使學生先建立感性認識，激發學習興趣，再通過理論課了解其工作原理，可收到更好的教學效果。

實驗內容層次化：按照“四層次”的教學方案要求，增加綜合性、創新性實驗項目。將實驗內容和實驗體系分為4個層次：第一層次為基礎性實驗，幫助學生認識和使用頻譜分析儀等基本儀器；第二層次為提高性實驗，包括功分器、耦合器、濾波器等常用射頻器件的測量實驗，培養專業基礎動手能力和測試能力；第三層次是綜合性實驗，利用實驗箱中的模塊，搭建圖像的接收和發射系統，培養學生系統分析、系統實現的能力；第四層次是創新性實驗，進行一些濾波器、天線等射頻器件的開發實驗，旨在培養學生的創新意識和創新能力(如圖1所示)，從而實現實驗內容和難度的層次化，循序漸進地培養學生射頻測量儀器使用、各種無源、有源射頻基本模塊性能測試、射頻系統搭建、射頻模塊或系統設計的能力，達到對學生進行知識傳授、能力培養、素質提高等協調發展的教學目的。

圖1 層次化的教學內容

實驗項目生活化：密切聯系實際生活，結合本課程的應用背景，設置“生活化”的研究型項目，為優秀學生提供發揮空間。如設計、制作、測量簡易天線等，天線在現代日常生活中隨處可見，但是它是如何工作，如何進行設計對學生而言仍然很神秘，因此這樣的實驗項目可有力地激發學生的興趣，從而充分發揮學生的創造力。這些項目只以任務書的形式規定要實現的功能，不提供實驗方案，要求學生自由組合，查閱資料，自主設計，合作完成。

1.2 制作動畫、拍攝視頻等，制作生動形象的電子課件

電子課件是為課堂教學服務的課件，應反映教師的教學思想，體現教材內容的精華，使學生提綱挈領的把握實驗要點，并力求生動形象，使學生印象深刻。“射頻電路與天線”實驗的電子課件，以每個實驗項目為單元，原理簡單明了、步驟形象直觀、注意事項清晰扼要。在一些關鍵點或疑難知識點上，鏈接圖片、動畫、視頻等豐富的媒體素材，如對“頻譜分析儀的使用”實驗拍攝相應視頻，該實驗雖為基礎實驗，但涉及知識較多，且對于初次使用頻譜分析儀的學生而言，通過一次實驗要熟練掌握頻譜分析儀的使用頗有難度，而以往教師課堂枯燥的講解，不能很好地完成教學目標。而觀看相關視頻的過程中，學生可同步操作儀器，視頻結束后，對該儀器的操作也就有了大體的認識，遇到問題反復觀看視頻即可，教師也可一勞永逸，不必在課堂上對這些基本操作反復強調，這樣既提高了教學效果，也節省了教師的精力和時間。

1.3 建設網絡課程，建立交互式、協作式的實時學習平臺

以射頻電路與天線精品課程網站為平臺，通過網絡開展立體教學。該網絡課程由實驗原理預習、操作步驟預習、實驗重點與難點、思考問題、在線討論、輔導答疑、資源中心等豐富的教學資源組成。實驗原理預習部分為學生提供實驗項目的簡單原理和參考文獻，部分感興趣的同學可查閱資料更加透徹的理解；操作步驟預習部分提供實驗儀器、設備的圖片、操作規程、注意事項等，使學生對實驗操作過程有初步的認識；實驗重點與難點則提醒學生把握實驗重點，謹慎處理實驗過程中的難點；再由教師針對該實驗項目提出若干個思考問題，學生帶著問題來，在實驗過程中思考答案，不僅培養學生解決問題的能力，同時也啟發學生提出問題，通過在線討論學生之間首先相互交流，最后由教師輔導答疑，對學生的問題進行解答。資源中心則為學生提供豐富的學習資料，包括圖片庫、動畫庫、參考資料、專業仿真軟件介紹等，方便學生在線瀏覽、下載自己感興趣的內容，進行深入研究與探討。

開展網絡課程，通過全新的教學環境，將學習的時間、空間不僅僅局限于課堂上、實驗室里，使學生的學習突破傳統的時空限制而變得輕松靈活，同時具備網絡教學的開放性、交互性、共享性、自主性等優勢，有效地激發學生的學習興趣和動機，開創了一種新穎的教學模式和環境。

2 教材應用情況及效果

本課程教材建設的思路源于教學實踐，各項成果都具體應用到了教學實踐中，取得了令人滿意的效果。

(1)通過對華南理工大學2007級信息工程、電子科學與技術、集成電路和物理電子專業的實驗教學，修訂后的紙質教材“射頻電路與天線實驗指導書”，由于其獨立化、層次化、生活化的特點，廣獲師生好評。

(2) “射頻電路與天線實驗”的電子課件，用多媒體的形式使知識點的呈現生動形象，至今已沿用兩年，學生反映良好。

(3)以射頻電路與天線精品課程網站為平臺，開展網絡教學，將全套教學資源上網，學生可利用網絡課程進行自主學習、協同學習、網上交流。兩年來，網絡課程運行良好，為該課程的實驗教學提供了一個實施性強、操控性好的平臺，學生利用這一平臺進行自主學習，效果明顯，同時向社會開放，實現優質資源共享，更好地發揮了精品課程的示范和輻射作用。

我們編寫和開發的“射頻電路與天線”實驗立體化教材已完整地使用了一輪，受到教師和學生的一致好評，紙質教材和電子課件相互配合，教材形式豐富多元，網上學習與交流突破傳統時空限制，學生學習積極性大大提高，有效改善了教學效果。同時加速了教學模式改革，促進教學方式由“教師、課堂、書本為中心”到“以學生為中心、上課形式多樣化、教學資源多樣化“的轉變，更加適應新時代的要求。

3 結束語

幾年來，在“射頻電路與天線”國家精品課程和華南理工大學電氣信息及控制國家級實驗教學示范中心的資助下，我們深入進行教學改革與探索，初步形成了由紙質教材，電子課件、網絡課程的立體化實驗教材體系，這套教材已投入使用，但仍然有很多問題需要我們在實踐中探索，在探索中解決。

[1] David M. Pozar,Microwave Engineering(Third Edition)[M].北京：電子工業出版社,2007

[2] 李緒益.微波技術與微波電路[M].廣州：華南理工大學出版社,2007

[3] 黃榮懷,郭芳.立體化教材的設計與開發[J].現代教育技術,2008,18(10)：105～109

[4] 陳慧南.開發立體化教材和網絡課堂 構建新型教學模式[J].南京郵電學院學報,2005,7（4）：12～14

[5] 何唐梅.論立體化實驗教材建設[J].科技信息,2008,13：172[6]孫京新,褚慶環.在精品課程中建設立體化教材[J].現代遠距離研究,2007,1:28～30

[7] 周亞俊.全面改革實驗教學 培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索,2004,23(7): 78～80

Construction of three dimensional teaching materials for radio frequency circuits and antennas experiment

Wang Yun, Chu QingXin, Tu ZhiHong
School of electronic and information engineering, south China university of technology, Guangzhou, 510640, China

2011-01-04 稿件編號：1101005

王云，碩士，助理工程師。

2009年射頻電路與天線國家精品課程；華南理工大學“電氣信息及控制國家級實驗教學示范中心”。