解決通信電路基本實驗與課程設計跨度過大的探索

殷 明，朱昌平，趙國芬，李書旗，張秀平

（河海大學電子信息技術實驗中心，江蘇常州 213022）

在塑造卓越工程師的當今大學校園，各個年級都有那么一些動手能力強、善于思考、勤于研究的學生日夜沉浸在實驗室，他們用思想的火花創造出一個個嶄新的作品，有些作品甚至投入到市場經濟的運作中成為了工農業生產的產品，各種發明專利也應運而生，成為了科技生產力。成果的取得、人才的造就是每一個教育工作者欣喜和渴望的，然而，取得卓越成就的學生畢竟少數，把廣大學生都培養成為卓越工程師、將教育部推行的卓越計劃落到實處，是教育者刻不容緩的責任。為此，響應教育部精英教育與大眾教育相融合的指導方針，在成功孵育“英才班”的同時，還必須思索如何為廣大學生“量體裁衣”，打造適合他們的、能被他們接受的，或者說他們樂于積極參與的教學過程［1］。作者教學團隊在通信電路實踐教學過程中分析、總結了影響實踐教學效果的因素，開展了解決相關問題的實踐探索，收到了良好的成效。

1 通信電路傳統實踐教學模式存在的弊端分析

工科類大學實踐教學環節按照知識架構的完善程度，循序設有課程作業、階段大作業、課程實驗、課程設計，并且伴隨著專業知識的豐富與拓展，認識實習、生產實習等集中性實踐環節貫穿其中［2］，其架構如圖1所示。

圖1 實踐教學環節一般模式

長久以來，各高校都是按照這樣的模式開展實踐教學，這是傳統也是經典的模式。對于基礎型平臺課程，這種模式行之有效，學生也廣為受益。然而，在教學實踐中發現，對于諸如“通信電路”這樣的專業基礎課及相關專業課程，若仍然照此運作，少數“優秀”學生（長期在實驗室，跟隨導師做課題的）或許進行得尚為順利，而大部分學生則似乎不適應，呈現茫然、被動、不知所措的狀態。這種現象的出現，除了學生主觀上的原因，很大程度是由于通信電路本身對實踐環節要求上的差異。

1.1 通信電路基本實驗與課程設計兩環節跨度過大

（1）通信電路基本實驗基于實驗箱的操作，學生自主創新不夠。按照傳統實踐教學模式，通信電路在理論教學過程中，根據教學進度表并結合每一章節的內容穿插實驗，通過實驗加深學生對理論知識的鞏固和理解。這些實驗通常都是基于實驗箱的操作，包括對電路工作點、工作狀態的測試和調整，以及對電路參數與運行指標的測定、對影響電路性能及主要技術參數的分析和調整等，即便是進行一些人為設置故障的分析與排除等實驗，也是基于實驗箱的各種操作。實驗電路或實驗系統都是經典、成熟的，學生只需按照實驗步驟完成實驗即可。而通信電路因其電路的頻率特性及元器件的非線性特性，使得理論設計與實際結果并不能完全一致［3］。因此，真正在電路設計、制作與調試過程中出現的各種問題，學生并沒有接觸到，學生從實驗中獲得的自主實踐與創新的能力極其有限。

（2）課程設計結合工程實際，偏重系統應用制作，難度大，學生不易完成。通信電路理論課（包括課內實驗）結束后進行課程設計，為期2周，設計制作通信系統中的發射－接收整機系統。設計本身結合工程實際，切合通信系統的應用，理論與實際相結合，注重實用性，能讓學生了解并接觸工程雛形，有利于培養學生卓越工程師的基本工程素養［4－5］。但是，對于前期基本實驗都在實驗箱上完成的學生來說，在短短的2個星期里，從設計電路、制作PCB 板、元器件焊接到整機調試，每一步都會遇到各種問題，每一步都面臨挑戰，難度相當大，只有少數學生能獨立按時完成，他們基本上都是實驗室創新梯隊的成員，而其他學生則依樣畫葫蘆，或者在別人的“幫助”下完成。究其原因，是“基礎準備”工作不夠，從基本實驗到課程設計，兩者的實踐要求跨度太大，學生不易完成。

1.2 通信電路實踐教學計劃學時有限，課外開放性實踐對學生約束力不夠

（1）實踐教學學時受限，學生自主鍛煉受局限。教學計劃中各實踐環節的設置受限于占總學分的權重，學時數受限［6］。通信電路實踐教學也不例外，計劃學時有限，既要讓學生由淺入深、由易至難經受基本實驗的熏陶，還要讓他們得到工程實際的動手鍛煉，實際情況是欲速則不達?；緦嶒灥膶W時數不能滿足學生基本實踐技能鍛煉的需求，學生自主實踐活動受局限。

（2）課外開放性實踐活動缺乏約束力，學生參與度低。既然計劃內學時有限，課外開放性實踐創新活動不失為很好的措施。卓越計劃的實施，為大學生實踐創新活動在場地、設備條件及服務與管理等資源的提供方面都上了一個臺階。但是課外開放性實踐活動不在教學計劃之列，不占學分，對學生沒有約束力，全憑學生自己的興趣愛好，學生參與度低。只有部分參加“大創計劃”［7］或進入教師實驗室團隊的學生獲益［8］，他們在各種實踐教學活動中能力出眾，成為“高手”，然而，這樣的學生畢竟只是少數，大部分學生缺乏主動性，存在學習惰性，沒有主動鍛煉的愿望。

2 改進通信電路實踐教學模式，克服實驗與課程設計跨度過大的探索

2.1 縮小跨度，改善基本實驗與課程設計契合度可行性分析

要縮小基本實驗與課程設計的跨度，首先要確定產生跨度的因素。基本實驗的實踐主動性較弱，課程設計的自主創新性強，改善兩者之間的契合度可以從以下2方面分析:

（1）基本實驗由“測”變“做”，稍作提高，易于實現。通信電路基本實驗屬于理論課的課內實驗，一般都在實驗箱上完成，學生通過實驗電路了解、熟悉、印證理論知識在實際系統中的應用。學生接觸的是現成的電路，借助一些儀器儀表對電路的狀態、參數進行調整、觀測，以測為主。而課程設計需要學生自主設計電路、制作電路，這個過程學生沒有實踐經歷，將給后續課程設計帶來困難。所以，結合基本實驗的現有電路，讓學生嘗試按照典型電路來自行制作較為簡單的實際電路板，并以功能相對獨立的小型單元電路為藍本，變“測”為“做”，在難度上稍有提高，又易于實現。

（2）課程設計拆“整”為“單”，化解難度，做好基本儲備。通信電路課程設計要求設計制作一個實際的收－發通信系統。設計的系統性強，制作難度大，要綜合考慮的因素多、雙層或多層布線要求高，焊接技術，尤其是貼片元件的焊接也是考驗，而系統的優化和多級聯調等都是難點。宏觀上可以通過把整機系統拆分為多個功能相對獨立的單元電路來化解難度，在前期的基本實驗教學過程中，適時地選擇相應的典型電路讓學生先行自主實踐制作，使學生得到一定的“基本儲備”。有了這些基本功，學生應對課程設計中系統的設計、制作和調試就自然得心應手了。

2.2 改進實踐教學模式，“基本實驗”輔以“電路制作”實踐小環節

基本實驗與課程設計跨度過大致使實踐教學達不到預期的效果。通過對通信電路實踐教學模式的探索來尋求改善兩者契合度的方法。

（1）基本實驗作為電路制作的基礎和依托。書本上的理論知識轉換成實際應用，最直觀的了解方式是基本實驗。學生基本實踐能力的鍛煉、實踐創新活動的開展離不開基本實驗的實物認知過程。工程化的理念、系統化的設計思想以及具體的運作參數指標等都給了學生對通信電路全面系統的概念。然而，基本實驗還只是學生認識、理解系統電路的層面，至于如何能制作出完善的系統電路，僅僅通過基本實驗的訓練是不夠的，要在此層面的基礎上再提高，通過電路制作來探索。因此，依托基本實驗，以基本實驗為基礎引導電路制作，把實驗箱上的參數指標、工作狀態用自己制作的電路呈現，使學生踏踏實實、一步一個腳印地得到基本實踐技能的培養與鍛煉。

（2）電路制作為課程設計做好實踐能力儲備。課程設計兼具了對通信工程師的初步要求，這讓僅僅經歷了基本實驗訓練的學生無所適從。電路制作是激發學生自主創新的全新探索過程，學生在教學過程中的角色由被動的“學”轉換為主動的“探索”［9］，這種主人翁的態度體現在學生主動思考問題、主動查閱資料、主動商討方案、積極地仿真和實驗等。在這個過程中，學生學到書本上沒有的東西，為課程設計積累了經驗，提高了動手能力

（3）靈活設置實踐小環節，有效克服基本實驗與課程設計跨度過大的問題。設置電路制作實踐小環節面臨的2個主要問題是課時與約束力。通信電路課程總學時64學時，其中課內實驗8學時。對于通信電路這門課來說，用這么少的實驗課時詮釋相關知識點已經是捉襟見肘了，更不可能拿來作為電路制作的學時。因此要從教學管理上動腦筋，貫徹“三層次”［10］實驗教學方法，充分利用課外實踐資源布置學生課外實踐。實驗室提供實踐場地、工具、儀器、制版設備等，并給予少量創新實踐經費給學生購買元器件。實驗中，教師指導，輔以有創新實踐經驗的學生為助手，分組進行單元實驗電路的制作，完成并通過驗收計入實驗成績。這樣的課外實踐不占正常實驗課時，利用學生的課余時間，引領學生邁出了走進實驗室的第一步，當然這需要教師付出更多心血。利用課外，實踐資源開展實驗，既解決了實驗課時不足的矛盾，也因加入了教學管理手段，對學生具有了約束力，達到了人人參與的效果。實踐制作小環節的具體設置靈活多樣，可以設置一個或幾個，也可以先易后難，從制作單級電路到較為復雜的多級電路等，根據課程設計的要求來進行調節。通過這些實踐小環節真正解決學生對實踐教學的需求，有效克服基本實驗與課程設計跨度過大的問題，使學生的實踐創新能力培養工作更加務實。

3 通信電路實踐教學模式改革成效

3.1 縮小了實踐教學環節的跨度，學生實踐能力鍛煉不斷檔

學生對實踐活動的興趣、參與度跟實踐活動的難度、廣度以及學生本身的能力程度相關，設置學生實踐活動跨度要符合學生的學習規律和學習心理。在課程基本實驗基礎上增設單元電路板制作的小型實踐環節，奠定了后續課程設計的基礎，使學生面對系統性的課程設計時不再迷茫、手足無措，他們有了基本的實踐能力儲備，能適應這個實踐跨度，獨立而自信地完成課程設計與制作。設置實踐小環節避免實驗環節的“斷鏈”現象，縮小了課程實驗與課程設計的跨度，承上啟下，增強了2個實踐環節之間的契合度，過渡自然，學生實踐能力鍛煉不斷檔，教學效果顯著。

3.2 親手制作的成就感激發學生實踐創新興趣，參與度高

學生的實踐小環節活動是從最基本的軟件仿真、電路設計、PCB 板制作、元器件焊接、電路調試，包括電路圖轉印、壓板、泡板等基礎工作做起，把整個電路板制作流程過了一遍，又只是一個單元電路，難度、廣度不大，在學生能力范圍之內，每一步學生都比較容易看到成果，且引人入勝。盡管之前也有其他平臺課的課程設計等實踐活動，但大多停留在仿真、萬能板調試的層面，跟實際的電路板制作存在一定差距，得不到真正的實踐經驗，學生興趣不大。而親手制作的成就感激發了學生實踐創新的興趣，學生由原本被動、消極的狀態變為積極、主動地投入，每個人在實踐活動的全過程中學習、動手、探索和總結，每個細節都傾力體驗，真正將所學理論知識與實踐相結合，并且在實踐中獲得成就感與快樂［11］。

3.3 創新實驗室不再是少數“高手”的地盤，廣大學生享受豐富的實踐資源

實踐小環節激發了學生動手實踐的興趣，調動了學生實踐創新的潛能。在實踐活動中，那些長期駐扎在實驗室進行各種科技創新活動，或跟著導師做課題的學生格外受到學生的追捧，因其實踐能力的超前量，是學生眼里的“高手”，儼然成為“小老師”。他們的實踐能力和經驗極大地鼓舞和帶動了一批學生也成為了實驗室的主人，因此更多學生的實踐能力得到了提高。近年來，加入實驗室的學生越來越多，參加大學生六大學科賽事的人數也越來愈多。今年，僅信息學院被選拔參加全國大學生電子設計競賽的學生就達37 組，100多人。創新實驗室不再是少數“高手”的地盤，廣大學生享受著豐富的實踐資源。

4 結束語

實驗、設計等實踐環節使學生知識與能力不斷積累，是實際應用、解決問題、創造發明的搖籃，也是培養卓越工程師不可或缺的基本實踐技能訓練［12］。我們以現有的基本實驗與課程設計環節結合學生的能力狀況、學習需求、從眾行為等實際情況，靈活增設了一些可調控實踐小環節，增強了實驗與設計環節的契合度，減小了2個環節之間的跨度，使學生能從實驗教學過程到獨立課程設計，自然而順利地過渡，有效提高了學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力。

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［1］吳林根.基于創新人才培養的實踐教學改革［J］.實驗室研究與探索，2004，23（10）:10－11，14.

［2］程敏熙，趙芝孟，顏巧瑩.簡論高等學校理論教學與實驗教學的關系［J］.實驗技術與管理，2001，18（2）:186－189.

［3］殷明，朱昌平.LC振蕩器設計與調試中三類常見問題［J］.實驗室研究與探索，2009，28（6）:64－67.

［4］李厚杰，劉巖川，趙繼印，等.通信電子線路“滲透式”立體化實驗教學模式的構建［J］.實驗技術與管理，2011，28（1）:134－136.

［5］馮偉，姚正華.“通信電子線路”實驗課程建設［J］.電氣電子教學學報，2009，31（5）:80－81，84.

［6］吳志華，楊洋.學生職業實踐能力發展與實踐教學有效性研究［J］.職教論壇，2012（24）:62－64.

［7］董婷，邵進，王唯.從“大學生創新性實驗計劃”的實施看學生創新素質的培養［J］.高等理科教育，2012（5）:100－102.

［8］朱昌平，劉昌偉，黃波，等.通過團隊建設促進IT 大學生實踐創新能力的提高［J］.實驗技術與管理，2010，27（5）:122－126.

［9］段磊，王文科，楊勝科，等.創新型實驗教學體系構建的思路與實效［J］.中國校外教育，2010（12）:68－69.

［10］張文桂，陳曾川，李濤，等.構筑三層次實驗平臺創建實驗室結構新體系［J］.實驗科學與技術，2003（1）:19－21.

［11］山紅紅.強化學生創新能力培養的實踐育人體系建設［J］.中國高等教育，2011（20）:6－8.

［12］湯幫耀，曹暉，岳柳.大學生就業素質教育研究［J］.當代教育論壇，2009（4）:31－34.