基于工作過程系統(tǒng)化的高頻電子線路課程改革

王奎奎 侯義鋒 郭鐵梁 李炳槐 孫 雪

梧州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 廣西梧州 543002

高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的最終目標(biāo)即培養(yǎng)大批高素質(zhì)且能夠適應(yīng)于社會發(fā)展需求的應(yīng)用型本科人才，而課程是人才培養(yǎng)的基本環(huán)節(jié)，要實現(xiàn)此目標(biāo)，就要對課程教學(xué)進(jìn)行改革，將課程作為“紐帶”，將教育思想和教育內(nèi)容聯(lián)系起來，培養(yǎng)符合社會需求的人才[1-3]。

近年來，新工科背景下的人才培養(yǎng)，強(qiáng)化理論知識與工程技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)化理論教學(xué)體系和實踐教學(xué)體系的緊密結(jié)合[4-5]。然而，在實際的教學(xué)過程中存在一些問題。如偏重理論內(nèi)容的講解，內(nèi)容之間銜接性不夠；課程實驗與理論內(nèi)容分開授課，無法及時對理論知識進(jìn)行驗證，導(dǎo)致學(xué)生對理論知識遺忘過快；教學(xué)實驗內(nèi)容設(shè)計偏重驗證性實驗，缺乏綜合性實驗，導(dǎo)致學(xué)生綜合分析能力偏弱；課外設(shè)計偏向仿真，學(xué)生沒有機(jī)會進(jìn)行實操，導(dǎo)致動手能力偏差；學(xué)生考試成績過度依賴期末考試成績，缺乏過程考核。

綜上可知，傳統(tǒng)的教學(xué)模式與新工科人才培養(yǎng)模式不匹配，忽視了實踐教學(xué)的重要性，那么如何在理論教學(xué)體系中融入實踐教學(xué)、實踐教學(xué)體系中培養(yǎng)綜合分析能力、課程以外培養(yǎng)實際動手能力，是授課教師必須認(rèn)真思考和研究的課題。

一、理論教學(xué)內(nèi)容拆分、分類

根據(jù)梧州學(xué)院高頻電子線路教學(xué)大綱要求，高頻電子線路需要按照順序講解高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、振幅調(diào)制與解調(diào)電路、角度調(diào)制與解調(diào)電路、變頻電路[6]等內(nèi)容，如圖1所示。

從圖1中可以看出，各個章節(jié)知識點之間銜接性不夠，內(nèi)容的出現(xiàn)略顯突兀，章節(jié)內(nèi)容之間不能形成因果關(guān)系，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完某一章節(jié)內(nèi)容，會對前章節(jié)內(nèi)容遺忘。

所以，論文中對高頻電子線路知識點進(jìn)行分析、歸納，找到了一些關(guān)系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容順序如圖2所示。

從圖2所示調(diào)整思路如下：(1)從原理上分析放大器的工作狀態(tài)，如果線性區(qū)內(nèi)為小信號放大器，進(jìn)一步改變條件，可能會進(jìn)入飽和區(qū)、非線性區(qū)，此時可以與振蕩器的起振和平衡狀態(tài)相呼應(yīng)；(2)小信號放大器內(nèi)部不穩(wěn)定因素：反向傳輸導(dǎo)納不為零，會形成輸出對輸入一種內(nèi)反饋，此時不需要輸入信號，形成自激振蕩。可以引導(dǎo)學(xué)生如果加入外部反饋，就變成正弦波振蕩器；(3)根據(jù)角度調(diào)制的理論知識可以知道調(diào)頻是頻率隨基帶信號線性變換的，而振蕩器的功能是輸出一種頻率穩(wěn)定、幅度恒定的正弦波，兩種電路通過變?nèi)荻O管建立關(guān)系；(4)功放電路三種工作狀態(tài)分別為：欠壓、臨界和過壓，其中在欠壓和過壓區(qū)域隨電壓(集電極電壓VCC、基極電壓VBB)出現(xiàn)近似線性區(qū)域，此時與調(diào)幅的原理建立關(guān)系；(5)信號完成調(diào)制之后，要發(fā)射信號，此時不管調(diào)幅或者調(diào)頻信號均可以通過高頻功率放大器天線端輻射信號，通過無線通信系統(tǒng)最終建立關(guān)系。

二、項目驅(qū)動的實施

對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一定串聯(lián)后，學(xué)生按照圖2順序?qū)虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，知識之間具有了一定的連續(xù)性，對理論知識的學(xué)習(xí)具有一定的效果。同時，論文中設(shè)計了一些項目案例，通過項目驅(qū)動教學(xué)，可以完成對理論知識驗證，進(jìn)一步加深對知識的理解，同時在課外設(shè)計環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實操能力。

圖3為項目驅(qū)動流程。首先，要求學(xué)生完成課程實驗內(nèi)容，對理論知識驗證，加深理解和掌握；其次，通過各個模塊電路設(shè)計綜合實驗，完成模塊電路之間的聯(lián)調(diào)，培養(yǎng)對電路的綜合分析能力和實際動手能力；最后，完成課外設(shè)計，查閱資料，制訂方案，購買元器件，設(shè)計各個模塊電路，制作PCB并完成系統(tǒng)調(diào)試，整個過程中學(xué)生全程參與教學(xué)，學(xué)生為主，教師為輔。

課程實驗包括：高頻小信號調(diào)諧放大器、三點式正弦波振蕩器、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻實驗、非線性丙類高頻功率放大器、集電極調(diào)幅實驗、模擬乘法器調(diào)幅實驗、正交鑒頻實驗、包絡(luò)檢波和同步檢波實驗、混頻實驗；設(shè)計實驗部分包括：中波調(diào)幅發(fā)射機(jī)、超外差中波調(diào)幅收音機(jī)、超外差調(diào)頻FM收音機(jī)、半雙工調(diào)頻無線對講機(jī)。

以半雙工調(diào)頻對講機(jī)[8]為例，如圖4所示。在整個實驗中對課程實驗均有涉及，可以對課程實驗內(nèi)容進(jìn)一步理解和掌握，同時對多個課程實驗進(jìn)行組合并聯(lián)調(diào)，最終實現(xiàn)半雙工通信。在整個實驗組合過程中，學(xué)生表現(xiàn)出極大的興趣。

最終課外設(shè)計完成調(diào)頻發(fā)射機(jī)、無線遙控?zé)簟o線遙控小車等，整個課外設(shè)計學(xué)生做起來得心應(yīng)手，成就感十足。學(xué)生部分作品如下：

三、項目驅(qū)動教學(xué)改革效果

經(jīng)過圖3項目驅(qū)動的實施，學(xué)生根據(jù)課程實驗完成理論知識的驗證，設(shè)計實驗完成了理論知識之間的串聯(lián)以及模塊電路的聯(lián)調(diào)，既提高了學(xué)生理論綜合分析能力，也提高了系統(tǒng)調(diào)試的能力，最后的課外設(shè)計部分完成了理論知識的實踐和應(yīng)用，進(jìn)一步提高學(xué)生對知識的理解以及電路設(shè)計能力。

下表展示了梧州學(xué)院2019—2021年2017級(74人)、2018級(79人)、2019級(128人)電子信息類專業(yè)學(xué)生成績分布，包括通信工程、電子信息工程等專業(yè)是部分班級。其中2017級為傳統(tǒng)教學(xué)模式，2018級和2019級為項目驅(qū)動教學(xué)。不及格分?jǐn)?shù)：0～59分；及格：60～69分；中等：70～79分；良好：80～89分；優(yōu)秀：90～100分。

從數(shù)據(jù)上可以看出：改革后不及格率下降明顯，中等和良好分?jǐn)?shù)段提升較為明顯，優(yōu)秀基本持平。

結(jié)語

首先，根據(jù)項目驅(qū)動教學(xué)改革，對知識點進(jìn)行梳理、歸納和分類，根據(jù)知識點進(jìn)行課程實驗，對理論知識完成驗證，加深對知識的理解程度；其次，進(jìn)一步設(shè)計實驗，完成理論知識的綜合分析和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，提高學(xué)生的理論分析綜合能力和調(diào)試能力；最后，進(jìn)行課外實驗，實現(xiàn)理論知識的應(yīng)用，提高實操能力。改革效果從成績分布數(shù)據(jù)來看，對于大部分學(xué)生效果較為明顯，但是對一小部分學(xué)生效果不夠明顯，比如優(yōu)秀的人數(shù)與改革前基本持平，所以如何提高優(yōu)秀的人數(shù)為下一階段要做的工作。