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(xué)模式的效果很不理想。本文結(jié)合高頻電路實驗的教學(xué)現(xiàn)狀和自身的教學(xué)經(jīng)驗，針對該課程難教難學(xué)的特點(diǎn)，從五個方面提出了改革方案并運(yùn)用到實踐教學(xué)中，力求提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實際應(yīng)用能力，取得了教學(xué)質(zhì)量提高的效果。

關(guān)鍵詞：高頻電路? 教學(xué)改革? 實驗? 興趣

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(qiáng)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(yīng)的關(guān)系，內(nèi)容豐富，應(yīng)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(xué)是高等教育中的重要環(huán)節(jié)之一，而實驗教學(xué)是實踐教學(xué)的主要內(nèi)容，是高校培養(yǎng)學(xué)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(qiáng)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(xué)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(xué)習(xí)和提高。學(xué)習(xí)高頻實驗課程不僅可以提高學(xué)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(xué)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(xué)生的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為將來走上社會做好充分的準(zhǔn)備。

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

2? ?高頻實驗教學(xué)中的改革方法嘗試

2.1 在實驗教學(xué)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(yīng)的存在均會導(dǎo)致實驗結(jié)果不準(zhǔn)確，以至于部分高頻實驗調(diào)試較難，效果不理想，導(dǎo)致學(xué)生信心不足，對高頻實驗產(chǎn)生畏難情緒，影響了學(xué)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(xué)中，采用EDA（電子設(shè)計自動化）軟件對高頻電路進(jìn)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(dāng)?shù)姆抡孳浖鳛檩o助實驗教學(xué)的工具，在教學(xué)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(xué)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(xué)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(jìn)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(xué)生深入理解理論知識。學(xué)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(jìn)行驗證，與仿真結(jié)果形成對比，提高做實驗的效率，增強(qiáng)實驗效果。

把仿真引入實驗環(huán)節(jié)的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以利用多種多樣的虛擬儀器來彌補(bǔ)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(jìn)行設(shè)計實現(xiàn)和分析驗證，增加學(xué)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(diǎn)式正弦波振蕩器等，學(xué)生會因為看不到整個發(fā)射機(jī)或接收機(jī)而覺得實驗課缺乏吸引力。

教師在實驗教學(xué)中可以按照先整體后局部的順序去調(diào)動學(xué)生的興趣，提高教學(xué)效果[2]。為了建立無線電通信系統(tǒng)的整機(jī)概念，筆者在教學(xué)中進(jìn)行的第一個實驗為“半雙工調(diào)頻無線對講機(jī)”。由兩個實驗箱分別充當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的功能，通過插入話筒，實現(xiàn)兩臺實驗箱人聲對講。讓學(xué)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(xué)生的興趣，然后再告訴學(xué)生無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)就是高頻電路這門課程的研究對象，比如調(diào)頻發(fā)射機(jī)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(jī)則由高放、下變頻、中頻放大、鑒頻、音頻功放、耳機(jī)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(jī)和接收機(jī)的各個模塊電路。這種由整體到局部的思想讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)高頻電路的用途，了解整機(jī)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(xué)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(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展。

2.3 提高學(xué)生的主觀能動性

高頻實驗內(nèi)容都是教學(xué)大綱提前設(shè)計好的。按照傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，先由教師給學(xué)生講解實驗原理和步驟，并當(dāng)場對實驗過程做出演示，然后再由學(xué)生進(jìn)行實驗操作。很多學(xué)生自主意識不強(qiáng)，只會模仿老師，按照實驗指導(dǎo)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(xué)著自己去尋找產(chǎn)生問題的原因，而總是習(xí)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(xué)生收獲甚微，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

針對學(xué)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(xué)方式，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考并積極引導(dǎo)，但不代替學(xué)生進(jìn)行操作。由于學(xué)生能力差異比較大，這些問題首先讓全班同學(xué)討論，學(xué)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(xué)生獨(dú)立完成實驗。例如在做包絡(luò)檢波器實驗時，學(xué)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(xué)生深刻理解負(fù)峰切割失真。另外，學(xué)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(dǎo)書或者請教其他同學(xué)，力爭能夠通過自身的努力排除故障，這樣學(xué)生對實驗原理和儀器設(shè)備的使用有了進(jìn)一步認(rèn)識。

啟發(fā)式教學(xué)可以使學(xué)生運(yùn)用已有的知識和技能自覺獨(dú)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(xué)大綱已經(jīng)提前定好實驗內(nèi)容，教學(xué)方法單一。學(xué)生只需要按照實驗指導(dǎo)書里面的給出的實驗方法和步驟操作，側(cè)重訓(xùn)練調(diào)試能力。學(xué)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(xué)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。可以由實驗教師給出設(shè)計題目、技術(shù)指標(biāo)和要求，學(xué)生利用實驗室現(xiàn)有的硬件設(shè)備完成設(shè)計任務(wù)。根據(jù)所學(xué)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(dǎo)相關(guān)參數(shù)，待電路設(shè)計完成后進(jìn)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(xué)生綜合運(yùn)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(jī)和接收機(jī)，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(xué)高頻和前修課程的理論知識，還可以學(xué)到高頻電路設(shè)計的基本知識，進(jìn)而能初步調(diào)試與設(shè)計基本高頻電路，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神，鍛煉自學(xué)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(jī)或無線對講機(jī)的電子工藝實訓(xùn)，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(jī)的電工實訓(xùn)。通過電工實訓(xùn)，練習(xí)使用烙鐵，按照圖紙焊接電路板，組裝收音機(jī)，焊接完成后進(jìn)行調(diào)試。這類實訓(xùn)為加深學(xué)生對高頻實驗課程的理解提供了條件。此外，還可以組織學(xué)生參加與高頻電路相關(guān)的實習(xí)、電子設(shè)計競賽和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃等活動，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)以致用的能力。

2.5 加強(qiáng)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(xué)公式多且推導(dǎo)過程繁瑣，電路復(fù)雜，不易理解，很多學(xué)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(dǎo)，在做實驗時只能按照實驗指導(dǎo)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(xué)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(qiáng)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(dāng)，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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，影響教學(xué)效果。

理論來自于實踐，同時又指導(dǎo)實踐。理論教學(xué)與實踐教學(xué)既不能分離，也不能簡單拼合，這兩者是相互獨(dú)立、又相互依存、相互促進(jìn)的教學(xué)體系[4]。因此，教師要恰當(dāng)處理理論教學(xué)與實踐教學(xué)的關(guān)系。一方面，理論課教師和實驗課教師應(yīng)相互溝通，加強(qiáng)理論和實踐的聯(lián)系，改革理論課教學(xué)內(nèi)容和方法，夯實理論知識教學(xué)，努力提升教學(xué)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(xué)在做實驗時已經(jīng)遺忘了相應(yīng)的理論知識。因此，適當(dāng)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(yīng)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(jìn)行的實驗的原理和內(nèi)容，并利用仿真軟件給學(xué)生演示。同時要求學(xué)生預(yù)習(xí)下一次實驗，并在實驗課時上交預(yù)習(xí)報告，使學(xué)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(xué)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(xué)經(jīng)驗，對高頻電路實驗教學(xué)進(jìn)行了研究，為教學(xué)改革提供了一定的思路。為了進(jìn)一步提升高頻電路實驗的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)實驗教學(xué)的發(fā)展，教師應(yīng)在教學(xué)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(xué)模式。通過實驗教學(xué)，開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高實踐動手能力，為他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來的工作打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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

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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)。