學(xué)科競賽促進(jìn)《高頻電子線路》教學(xué)改革

陳文鋼

摘要：本文根據(jù)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的特點(diǎn)以及對(duì)近年來大學(xué)生電子大賽題目中涉及的高頻電子線路知識(shí)的分析，詳細(xì)闡述了學(xué)科競賽與高頻電子線路教學(xué)之間的關(guān)系，通過對(duì)近年競賽的研究，闡述了課程組教學(xué)改革的措施、過程及取得的成果，充分說明了大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽對(duì)高頻電子線路課程改革的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：學(xué)科競賽；高頻電子線路；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）05-0276-02

一、引言

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽[1]是教育部倡導(dǎo)的面向本?？茖W(xué)生的學(xué)科競賽之一，目的在于推動(dòng)高校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革，創(chuàng)新高校人才培養(yǎng)機(jī)制，培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)者和技能型人才[2]。競賽的特點(diǎn)是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動(dòng)相關(guān)課程教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。《高頻電子線路》課程內(nèi)容具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和工程性。學(xué)生進(jìn)行理論學(xué)習(xí)時(shí)往往覺得理論性強(qiáng)，易產(chǎn)生畏難心理，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)較少，學(xué)生無法將理論知識(shí)與實(shí)際電路或系統(tǒng)聯(lián)系起來，不利于創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高[3]。針對(duì)電子設(shè)計(jì)競賽的特點(diǎn)與作用，我們將《高頻電子線路》的教學(xué)內(nèi)容重新做了調(diào)整和補(bǔ)充，通過介紹實(shí)際案例來豐富教學(xué)手段，通過學(xué)生參與學(xué)科競賽來推動(dòng)教學(xué)改革。

二、學(xué)科競賽對(duì)課程教學(xué)的新要求

大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是集中檢驗(yàn)電類專業(yè)學(xué)生整體設(shè)計(jì)能力與水平的賽事，一定程度上反映了高校電子技術(shù)課程教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的水平。從帶領(lǐng)學(xué)生參與電子設(shè)計(jì)的過程來看，無論全國性還是地區(qū)性的電子設(shè)計(jì)大賽都加強(qiáng)了對(duì)高頻無線通信、模擬電子等具有實(shí)際操作技術(shù)的考核力度。從近年大賽試題中與高頻有關(guān)的題目來看，《高頻電子線路》在電子設(shè)計(jì)大賽中發(fā)揮了重要作用，實(shí)用性、綜合性強(qiáng)、技術(shù)水平發(fā)揮余地大。從電子競賽的內(nèi)容看，需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力，綜合考量了學(xué)生掌握課程知識(shí)并加以應(yīng)用的能力。在電子設(shè)計(jì)大賽過程中，參賽者需要通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)電路直至把作品調(diào)試出來，因而對(duì)學(xué)生提出了更高的要求。

三、課程建設(shè)和改革

1.培養(yǎng)模式研究。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐及我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)科競賽的新要求，《高頻電子線路》課程組逐漸形成了一套完整的教學(xué)體系，從理論、實(shí)踐、創(chuàng)新三個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。在要求學(xué)生熟練掌握基本理論的同時(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生理解與應(yīng)用知識(shí)，促進(jìn)理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系，做到理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生課外創(chuàng)新活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，相互促進(jìn)。課程組成員通過帶領(lǐng)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競賽和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新立項(xiàng)等活動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)以致用的能力，初步形成了傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式[4]。

2.課程內(nèi)容改革。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)高頻電子技術(shù)的理論和技術(shù)需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更新和淘汰，電子行業(yè)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求也發(fā)生著變化。這就要求《高頻電子線路》的教學(xué)大綱需要不斷完善以適應(yīng)新要求，課程組修訂了教學(xué)大綱，調(diào)整和充實(shí)了部分教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)和應(yīng)用教學(xué)，減少傳統(tǒng)內(nèi)容的學(xué)時(shí)數(shù)，提高新技術(shù)和應(yīng)用的課時(shí)數(shù)，通過案例的講解，開闊學(xué)生的視野、擴(kuò)大知識(shí)面。我們對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，將高頻功率放大器內(nèi)容調(diào)整到課程最后講述。學(xué)生學(xué)習(xí)了非線性的概念，掌握非線性電路的分析方法后，學(xué)習(xí)高頻功率放大器這個(gè)內(nèi)容就容易了。講述諧振功率放大器的應(yīng)用電路時(shí)，學(xué)生聽起來容易，易于接受，放到前面講、重點(diǎn)講。高頻小信號(hào)放大器主要內(nèi)容包括兩部分，我們著重強(qiáng)調(diào)LC選頻網(wǎng)絡(luò)的重要性。要求學(xué)生必須完全掌握LC選頻的原理（全國大賽2011年D題LC諧振放大器）[5]。分立元件的電路在實(shí)際應(yīng)用很少，但我們要求學(xué)生手工搭建一個(gè)放大電路，動(dòng)手繞制關(guān)鍵的選頻器件（中周變壓器），通過實(shí)物制作加學(xué)生深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)。我們將非線性電路的分析方法放在第三章。重點(diǎn)介紹頻譜搬移電路的組成原理及模型，加深學(xué)生對(duì)頻譜搬移概念的理解。讓學(xué)生牢記實(shí)現(xiàn)相乘作用的非線性器件是完成頻譜變換的核心部件。講述混頻電路、調(diào)制與解調(diào)電路時(shí)，只需要說明信號(hào)的流向、頻率變換和性能指標(biāo)就行，強(qiáng)調(diào)這些電路是乘法器在頻譜搬移電路中的應(yīng)用。這種安排可以節(jié)省學(xué)時(shí)，使學(xué)生理解并掌握頻譜搬移的概念，將前后所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來，加深理解與記憶。

3.教學(xué)過程的改進(jìn)。高頻課程的知識(shí)點(diǎn)較為抽象，很多學(xué)生無法形成對(duì)本課程的感性認(rèn)識(shí)，能夠解題和分析電路，但沒有真正理解和掌握課程的本質(zhì)。電路、模電和信號(hào)與系統(tǒng)是高頻課程要求的先修課程，先修課程掌握不好會(huì)加大學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。因而，要求我們將難點(diǎn)分散、重點(diǎn)要突出，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。（1）現(xiàn)象—本質(zhì)—公式的教學(xué)方法。一般理論課講授的過程是從展開公式開始，然后推出所有的結(jié)論及物理意義，以幫助學(xué)生提高理論認(rèn)識(shí)，加深理解。這種教學(xué)方法在多年的教學(xué)過程中取得了廣泛的成功。我們的教學(xué)方法是從本課程的特點(diǎn)出發(fā)，利用現(xiàn)實(shí)的實(shí)物、現(xiàn)象說明其本質(zhì)，引出與之對(duì)應(yīng)的高頻理論，也就是引導(dǎo)學(xué)生從一個(gè)"已知的現(xiàn)象或事物"提出實(shí)際問題，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，通過理論推導(dǎo)得出結(jié)論，以理論驗(yàn)證物理現(xiàn)象的本質(zhì)。例如，在講述調(diào)幅的原理時(shí)，我們一般會(huì)從現(xiàn)實(shí)中找到對(duì)應(yīng)的實(shí)物，如：調(diào)幅收音機(jī)、對(duì)講機(jī)等，然后從聲音的傳播速度來切入，為什么聲音傳不遠(yuǎn)？如何傳送得遠(yuǎn)一點(diǎn)？通俗一點(diǎn)講就是，我們?yōu)槭裁匆嚾ズ苓h(yuǎn)的地方？有沒有可能讓聲音信號(hào)坐上車，車是什么呢？就是載波！這樣一步步讓學(xué)生逐步明白調(diào)幅中的兩個(gè)元素：信息與載波，然后提出調(diào)幅的本質(zhì)即頻譜搬移，最后通過公式推導(dǎo)完成驗(yàn)證。通過這個(gè)過程，學(xué)生基本上就能夠?qū)⒄{(diào)幅的原理吃透，同時(shí)印象深刻。（2）引入先進(jìn)的教學(xué)手段。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，采用現(xiàn)代的信息技術(shù)手段提高教學(xué)效果。利用動(dòng)畫效果加強(qiáng)對(duì)于重點(diǎn)、難點(diǎn)的演示，加深學(xué)生的印象和理解。將推導(dǎo)性強(qiáng)、不易理解的內(nèi)容分解成一些較小的例子模塊，通過模塊的拆分與組合完成講解（如小信號(hào)諧振放大器）。各類典型電路和曲線圖采用視覺表現(xiàn)力強(qiáng)的多媒體課件。各種調(diào)制解調(diào)電路可以利用EDA軟件（如MultiSim）仿真可收到很好的效果[6]。例如，在分析FM波和AM波時(shí)，通過引入動(dòng)畫演示，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從感官上認(rèn)識(shí)FM波、AM波的頻率與幅度隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律，找到了它們之間的區(qū)別，加深對(duì)理論的理解。這種教學(xué)方法在節(jié)省授課時(shí)間的同時(shí)能夠活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。實(shí)驗(yàn)是《高頻電子線路》的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過做實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)理論的理解，提高學(xué)習(xí)信心。本課程實(shí)驗(yàn)為8學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)的12.5%，其中綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)各占25%，基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占50%。在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室采用模塊化實(shí)驗(yàn)箱[7]，可為高頻電子線路課程提供二十多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要分為單元實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)，單元實(shí)驗(yàn)用來配合課程教學(xué)，幫助學(xué)生理解和加深理論內(nèi)容，綜合實(shí)驗(yàn)通過調(diào)試無線收發(fā)系統(tǒng)，讓學(xué)生了解每個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)都是由單元電路組成的。學(xué)生還可以使用單元電路自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)。

四、結(jié)束語

《高頻電子線路》課程對(duì)學(xué)生專業(yè)思維的養(yǎng)成起著重要的作用。我們始終堅(jiān)持在理論講授與實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合的思想，通過全面的改革和實(shí)踐，適時(shí)更新新技術(shù)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。從2007年至今，課程組多人多次率學(xué)生參加全國、山東省及學(xué)校組織的各類電子設(shè)計(jì)大賽，其中與高頻電子線路課程密切相關(guān)并取得較好成績的題目及獲獎(jiǎng)名次如表1所示。課程組現(xiàn)已完成校級(jí)網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，正在積極參與省級(jí)精品課程的建設(shè)與申報(bào)工作，并將繼續(xù)努力深化課程建設(shè)與教學(xué)改革，不斷探索新的教學(xué)方法和手段，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉潤華.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽后的思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，1999（02）.

[2]新華社.中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定[EB/OL].http：//news.xinhuanet.com/politics/2013-11/15/c_118164235.htm，2013-11-15.

[3]高明煜，劉國華.電子設(shè)計(jì)競賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011（01）.

[4]鄒心遙，黃軍輝.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)交流[A].教育部中南地區(qū)高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課教學(xué)研究會(huì)第二十屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集（上冊）[C].2010.

[5]夏書峰，巢明，王開宇.高頻正弦波振蕩器教學(xué)方法的一些探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014（02）.

[6]張莉.Multisim仿真軟件在電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[D].哈爾濱工程大學(xué)，2011.

[7]馬英.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱利弊的思考[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007（02）.