“高頻電路”課程實驗教學改革的探究

王勤 程輝

[摘 要] “高頻電路”是電子信息和通信類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程存在理論復雜、調(diào)試困難、結(jié)果不穩(wěn)定等現(xiàn)象，導致學生普遍對做高頻實驗興趣不高，教學改革迫在眉睫。通過分析高頻實驗教學中面臨的問題，并提出了相應(yīng)的教改思路，旨在提升教學效果，真正提高學生的動手能力。

[關(guān)鍵詞] 高頻電路;教學改革;實驗教學

[基金項目] 2019年度國家自然科學基金資助項目“魯棒的彩色圖像四元數(shù)稀疏編碼方法研究”（61806027）

[作者簡介] 王 勤（1987—），女，四川遂寧人，工學博士，成都大學信息科學與工程學院通信與電子工程系講師，主要從事通信與信息? ? ? 系統(tǒng)的研究;程 輝（1987—），男，江蘇徐州人，工學碩士，德陽科貿(mào)職業(yè)學院智能技術(shù)系助教，主要從事信息與通信工程的? ? ? 研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）34-0159-03 ? ?[收稿日期] 2019-11-07

一、引言

“高頻電路”是電子信息與通信類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要研究對象是通信系統(tǒng)中的發(fā)送和接受設(shè)備中各種高頻單元電路的結(jié)構(gòu)、原理和基本功能，其主要教學目的是為后續(xù)課程的學習作鋪墊，在該類專業(yè)課程設(shè)置中起承前啟后的作用。

在高等院校教學中，理論教學和實踐教學共同構(gòu)成了人才培養(yǎng)體系，而實驗教學是實踐教學的重要組成部分。搞好實驗教學是提高學生創(chuàng)新能力和綜合能力的關(guān)鍵。高頻電路是一門工程性和實踐性很強的課程[1]，與工程技術(shù)聯(lián)系非常緊密，除了要求學生能較深入地掌握相關(guān)理論知識，更要提高學生的工程實踐能力。該實驗課程以前修課程實驗作為基礎(chǔ)，如電路原理實驗和模擬電路實驗等。通過高頻實驗教學，使學生掌握實驗的基本方法和技能，訓練學生的調(diào)試能力，增強學生的學習興趣，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的實踐能力，積累實踐經(jīng)驗，開闊解決問題的思路，為后續(xù)課程的學習和將來的工作打下良好的基礎(chǔ)[2]。

二、高頻實驗教學中存在的問題

盡管高頻電路實驗在電子信息和通信類專業(yè)中地位如此重要，但學生普遍對做高頻實驗興趣不高，各種原因造成了實驗效果不理想，難以提高學生的創(chuàng)新能力。高頻實驗教學主要面臨以下問題。

（一）高頻實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定

高頻電子技術(shù)與其他低頻電子技術(shù)相比，最大的區(qū)別是高頻電路的工作頻率高。由于構(gòu)成電路的元器件處在高頻工作環(huán)境中，物理性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化[3]。例如，電阻和電容在高頻區(qū)表現(xiàn)出引線電感性質(zhì);并行傳輸線呈現(xiàn)電容特性;電感容易受到集膚效應(yīng)的干擾;三極管在高頻區(qū)放大倍數(shù)下降等，造成電路分析和研究變得相當復雜。高頻率特性導致高頻實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定，調(diào)試困難，測量出來的波形容易畸變，從而影響了學生對實驗結(jié)果的觀察和分析，導致學生害怕做高頻實驗。

（二）實驗設(shè)備不足或老化

實驗儀器設(shè)備是高等院校進行實驗教學必不可少的工具。若實驗室投入力度不夠?qū)е聦嶒灄l件不足，會對實驗教學的正常展開產(chǎn)生影響。如我院通信實驗室缺少掃頻儀，在測量高頻小信號諧振放大器的通頻帶時只能用逐點描跡法而無法采用掃頻法。實驗箱和儀器儀表使用多年后容易老化，導致功能已不完善。陳舊的實驗設(shè)備經(jīng)過反復維修后精度常會變差，而高頻實驗對實驗設(shè)備的精度要求較高，精度較差的儀器設(shè)備會導致實驗效果不理想。另外，如果實驗室存在出現(xiàn)故障而得不到及時維修的實驗設(shè)備，或沒有根據(jù)實驗需要及時更新實驗設(shè)備，使正常使用的實驗設(shè)備套數(shù)不足，學生兩人以上一組做實驗時，有些學生依賴同組成員的實際操作而自己不動手，難以提高這部分學生的動手能力[4]。

（三）實驗考核方式單一

實驗課的考核方式是重要環(huán)節(jié)，能夠度量學生對課程的掌握情況。傳統(tǒng)實驗成績?nèi)坑蓪嶒瀳蟾鏇Q定，這種考核方式不能全面地對學生的學習情況進行檢測。有些學生對實驗課不夠重視，不交預習報告，或預習報告照搬照抄實驗指導書。部分學生在實驗課上根本不做實驗，依靠同組或其他同學的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，實驗報告的抄襲現(xiàn)象非常嚴重。這種單一的考核方式不能真實反映出學生的實踐能力，達不到預期的實踐教學目標。

（四）理論知識掌握不夠深入

很多學生在做實驗前，沒有認真復習高頻理論知識，雖然能勉強測出來數(shù)據(jù)和波形，但是并不能正確地分析實驗結(jié)果，對實驗現(xiàn)象也無法做出合理的解釋。高頻電路課程雖然也是專業(yè)基礎(chǔ)課，但在學習高頻電路前需要學生有電路原理、模擬電路和信息與系統(tǒng)等先修課程的基礎(chǔ)。高頻電路以非線性分析方法為主，存在電路復雜、理論抽象、概念多的問題，學生普遍對高頻電路理論知識掌握得不夠。有的學生由于先修課沒有學好，再加上對高頻電路理論知識理解不夠透徹，從而導致做實驗時只能照本宣科，不能把握實驗的本質(zhì)，影響實驗效果。

（五）預習環(huán)節(jié)做得不好

很多學生在做實驗前并沒有認真做好預習工作，預習報告的寫作也是敷衍了事，為了完成任務(wù)而照抄實驗指導書。由于一次實驗課只有兩個學時，如果學生沒有提前預習實驗儀器的操作方法，把熟悉實驗儀器儀表的任務(wù)放在課堂上來完成，會造成他們對各類儀器設(shè)備的使用比較生疏。很多學生在實驗過程中看著實驗儀器不知如何動手，很難準確地使用實驗設(shè)備去測量實驗數(shù)據(jù)和觀測實驗的波形，如數(shù)字示波器和萬用表等，甚至因時間不夠而不能獨立完成實驗。

（六）驗證性試驗難以調(diào)動學生的興趣

目前高頻實驗普遍采用整機實驗箱，實驗箱包括已經(jīng)提前設(shè)計好的典型模塊電路，元器件都是已經(jīng)集成好的。實驗內(nèi)容主要為驗證性實驗，按照實驗指導書上預先設(shè)計好的內(nèi)容和步驟進行連線并測量數(shù)據(jù)。學生做實驗之前，老師先講授實驗目的和實驗原理，并親自演示操作過程，然后學生按照實驗指導書的步驟機械性地在電路板上連線，并連接相應(yīng)設(shè)備，經(jīng)過簡單的電路調(diào)試、測量數(shù)據(jù)、觀察波形，就完成了實驗。雖然驗證性實驗可以有針對性地訓練學生如何做實驗，加深對基礎(chǔ)理論知識的理解，但因為電路連接太過簡單，使得學生淡忘了典型高頻單元電路的基本結(jié)構(gòu)和元器件的選擇方法。學生不了解實驗實現(xiàn)的過程，整個實驗過程缺乏創(chuàng)新型和探索性，不能激發(fā)學生的熱情，學生感覺實驗基本沒有意義，做實驗也是敷衍了事。

三、高頻實驗教學的改革方案

可見，傳統(tǒng)的高頻實驗課程的教學內(nèi)容和方法已不能培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才，高頻實驗教學改革的當務(wù)之急是加強對學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對目前高頻實驗教學面臨的一系列問題，教學改革可以從以下幾方面展開。

（一）將仿真實驗引入實驗教學

針對高頻電路實驗結(jié)果不穩(wěn)定的問題，在實驗之前，先讓學生根據(jù)實驗要求，對實驗電路采用EDA軟件如Multisim進行仿真分析。Multisim是一種廣泛應(yīng)用于電路實驗教學的交互式仿真軟件，該軟件界面直觀，操作方便、功能強大，提供了各種虛擬儀器和豐富的元器件庫。學生選擇好元器件和儀器，完成參數(shù)設(shè)置并按實驗電路連接，讓學生對實驗電路及其原理形成一個初步認識[5]。然后，學生在實驗課上連接硬件電路，對比實驗結(jié)果與Multisim的仿真結(jié)果的差異，并分析產(chǎn)生差異的原因。通過將軟件仿真和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮軟硬件各自的優(yōu)勢，使學生感性理解實驗電路的工作原理，加強實驗效果。

除了利用Multisim軟件來驗證實驗電路，在高頻實驗課的教學中，還可以用仿真的方式增加設(shè)計性實驗，快速地得到完善的電路設(shè)計方案。學生可以通過仿真軟件在原有實驗電路的基礎(chǔ)上自行做分析設(shè)計，完成電路的變換和參數(shù)的修改，并分析輸出信號的特征，如在基本的單調(diào)諧放大器基礎(chǔ)上加以改進，電路性能會如何改變，其矩形系數(shù)和通頻帶將發(fā)生什么變化，這些想法都可以通過Multisim軟件來驗證。通過將理論設(shè)計與驗證性實驗相結(jié)合，有助于學生靈活應(yīng)用所學理論知識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，鍛煉學生的設(shè)計創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

（二）學校應(yīng)該重視實驗教學，加大實驗設(shè)備投入

儀器設(shè)備是工科專業(yè)必備的教育資源，是辦學的基本物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件，反映了學校的教學實力和科研水平。高頻實驗課的正常開展與實驗儀器儀表情況關(guān)系密切。足夠的實驗設(shè)備是順利完成實驗教學任務(wù)的前提，學校應(yīng)當增加實驗室投入力度，及時維修出現(xiàn)故障儀器設(shè)備，并根據(jù)實驗項目的需要增添新的儀器設(shè)備，使儀器設(shè)備的數(shù)量能夠滿足實驗內(nèi)容和學生人數(shù)的需要，保證每個學生都能動手做實驗。由于容易受到分布參數(shù)的影響，高頻實驗對儀器設(shè)備的精度要求較高，學校應(yīng)及時更換精度較差的陳舊儀器設(shè)備。在每一次實驗課開始之前，對實驗設(shè)備逐個進行檢查校正，保證各項性能指標都能夠滿足要求。

（三）實驗總成績評分標準改革

針對實驗考核方式單一的問題，改革實驗課的考核方式。實驗總成績不僅包括實驗報告，將實驗課表現(xiàn)、預習報告和實驗考試也納入實驗總成績。實驗成績評分參照如下標準：實驗總成績=20%預習報告+20%實驗報告+20%實驗課表現(xiàn)+40%實驗考試，各項分數(shù)均以百分制計。以本校每學期四次高頻實驗課為例，實驗報告是四次實驗所寫報告的平均分，預習報告為四次預習報告的平均分，實驗課表現(xiàn)由出勤和實驗完成情況兩部分構(gòu)成，亦為四次課的平均值。實驗考試中，學生一次5人抽簽考試，考試題目由抽簽結(jié)果所定，考試過程中學生必須獨立進行實驗操作，按照要求完成實驗，不能看實驗指導書，也不能咨詢老師和同學。考試完成后由教師當場給出分數(shù)，這種考核方式有效杜絕作弊，避免了實驗報告的抄襲現(xiàn)象。

（四）理論緊密結(jié)合實踐

理論來自實踐，實踐是理論的反映，理論和實踐相輔相成，相互促進。針對理論教學和實驗教學環(huán)節(jié)相脫節(jié)的問題，需要理論課教師有較好的教學方法，適當刪減公式的推導，增加新技術(shù)和集成電路的部分，靈活運用各種授課方法，講清楚重難點，加強課后訓練，在理論課堂教學中增加仿真實驗演示。努力提高高頻電路理論課的教學質(zhì)量，使得學生充分理解高頻基礎(chǔ)理論，并將課堂上所學的理論知識應(yīng)用于高頻實驗。實踐出真知，理論知識通過做實驗的過程進一步升華，真正提升學生的理論水平，并借助實驗加深學生對理論知識的理解。

（五）規(guī)范實驗報告和預習報告的寫法

提前預習可以讓學生明確實驗目的，熟悉實驗內(nèi)容和實驗步驟，了解實驗中要用到的儀器設(shè)備的使用方法，還能培養(yǎng)學生主動發(fā)現(xiàn)問題的積極性，大大提高做實驗的效率，因此應(yīng)該要求學生寫預習報告。預習報告包括實驗原理、實驗步驟和相關(guān)儀器設(shè)備的使用方法。實驗報告是對實驗的全面總結(jié)，也是實驗內(nèi)容的進一步提高。實驗報告不應(yīng)贅述預習報告的內(nèi)容，更不應(yīng)該抄襲實驗指導書，而要包括實驗結(jié)果的描述、波形圖的繪制、實驗現(xiàn)象的分析、思考題的回答和實驗心得體會的總結(jié)。此外，還可以寫出調(diào)試中遇到的問題，就發(fā)現(xiàn)的問題查找相關(guān)資料并分析說明解決辦法，培養(yǎng)學生獨立思考的精神、查閱資料的能力和綜合分析問題的能。

（六）加大綜合設(shè)計性實驗的比例

根據(jù)教改的需要修訂實驗指導書，調(diào)整部分實驗內(nèi)容，在高頻實驗教學中引入真正鍛煉學生動手能力的綜合設(shè)計性實驗。可以在現(xiàn)有固定模塊電路的基礎(chǔ)上加以改進或制作合適的實驗電路，盡可能增加學生動手設(shè)計環(huán)節(jié)的比例。也可以由教師提出設(shè)計要求，學生根據(jù)要求進行電路設(shè)計與仿真，對可行的電路進行制作焊接并調(diào)試。綜合設(shè)計性實驗既能加深對理論知識的掌握，做到理論知識的活學活用，又鍛煉動手能力，拓展了思維空間，培養(yǎng)學生做高頻實驗的興趣，消除完全依靠驗證性實驗所帶來的消極情緒。此外，還可以通過與高頻電路課程相關(guān)的課程設(shè)計或者各類電子設(shè)計大賽等活動，加強對學生綜合能力和創(chuàng)新能力的訓練。

經(jīng)過多年的課程教學改革嘗試，教學質(zhì)量有了明顯的提升。然而，教學實踐的探討是無止境的，教改過程中還發(fā)現(xiàn)了一些其他問題，如教師的科研教學水平、學生的基礎(chǔ)和能力的差異、學校學院的硬件投入等，這些問題都有待進一步解決和完善。

四、結(jié)語

本文針對高頻電路實驗教學中存在的問題，對如何進行教學改革，提出了幾點看法。為了進一步提高教學效果和教學質(zhì)量，教師要遵循教學規(guī)律，將理論與實踐有機結(jié)合，不斷地在實踐中探索新的教學方法，努力提高自身的實踐教學水平，培養(yǎng)出真正適應(yīng)市場需求的高水平工程技術(shù)人才。

參考文獻

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