應用型本科院校通信電子線路課程教學改革與探索*

◆許建明 黃同成 謝兵 彭森

應用型本科院校通信電子線路課程教學改革與探索*

◆許建明 黃同成 謝兵 彭森

針對傳統式教學中的不足，對應用型本科院校通信電子線路課程教學改革進行詳細闡述。實踐證明，教學改革效果良好，對教學質量的提高起到很好的促進作用。

通信電子線路；仿真軟件；教學改革

1 前言

通信電子線路課程是教育部專業目錄規定的一門重要基礎課，既是理論性和實踐性相結合，又是工程性非常強的一門學科基礎課[1]。其內容以電路分析、模擬電子技術、信號與系統為基礎，結合通信基本理論，課程內容涉及電子、通信等多個學科知識。由于通信電子線路課程內容多且抽象、數學推導復雜、實踐性強等原因，應用型本科學校電子信息類學生在學習的過程中普遍覺得比較難學，很難完全掌握通信里面的高頻電路原理和獨立完成綜合性的通信電路設計及制作。因此，為了培養電子信息類學生的應用能力，本文在傳統的教學方法基礎上對教學內容、教學方法、實踐教學進行一系列改革，近年來的教學實踐中取得了較好的效果。

2 教學內容整合

根據應用型本科院校的人才培養強的內容、數學推導復雜的內容可以適當刪減。教學內容滿足學生掌握基本的通信電路的基本原理和應用方法，對通信電子線路課程中典型電路進行分模塊講解，通常將不同功能的高頻電路分為高頻基礎電路（如高頻基本元器件、諧振回路、阻抗變換等電路）、放大電路（如高頻小信號諧振放大器、高頻功率諧振放大器等電路）、信號產生電路正弦波振蕩等電路、信號變換電路（如調制、解調、混頻等電路）。

在講解諧振放大器時，由于放大器Y參數模型的數學推導過于復雜，可以不講，只給出結論，有利于學生的理解。諧振回路以講解并聯諧振為主，包括諧振特性曲線及電壓、電流、頻率、Q值、帶寬之間的關系。耦合振蕩回路分析較復雜，可以簡單講解。信號變換電路以超外差發射/接收機為對象，以信號流向為主線，以頻譜線性搬移為理論基礎，對調制、混頻、解調進行詳細講解，簡略數學分析過程，掌握分析結論。由于模擬電子技術中已學過正弦波振蕩電路，在教學中側重于高頻信號的產生。隨著技術的發展，教學內容里面增加了通信電路設計的EDA仿真軟件[2]（如Multisim），對學生完成仿真實驗、課程設計、畢業設計等實踐操作有很大的幫助。

除課堂講解內容改革外，還應對講課內容進行精心組織和安排，教學過程做到由淺入深、循序漸進，教學內容做到內容精煉、重點突出、主次分明。

3 教學方法的改革

EDA仿真軟件的應用隨著計算機技術的發展，電子電路的分析和設計方法發生重大變革，一大批各具特色的優秀電子設計自動化（EDA）軟件的出現，如PSpice、Multisim，改變了以定量和電路實驗為基礎的電路設計方法，在現代電子技術教學中也有廣泛的應用。而通信電子線路由于內容抽象復雜、信號形式多、電路復雜，學生通過純粹的課堂講解是無法完全理解的。在枯燥的電路分析中加入電路的仿真實例，利用仿真軟件對書本的電路進行仿真，以圖像和動畫的形式演示給學生，在視覺上、思維上有一個更為直觀的理解。

在教學實踐中一般采用Multisim，該仿真軟件是基于電路原理圖、電路功能參數測試的仿真軟件，其界面直觀易懂，虛擬儀器的種類齊全，操作方法跟實驗室儀器基本一致，元器件種類和樣式齊全，能夠滿足通信電子線路課程的仿真需求。將仿真軟件引入課堂，通過仿真電路的創建及參數的設定可以獲得各種仿真波形圖，對授課的理論內容進行實踐性和實時性的驗證，能夠加深學生對理論知識的理解。

圖1是用Multisim仿真軟件設計的二極管平衡電路[3]，該電路可以實現AM波的調制，改變V4的幅度能夠改變調幅系數，同時在虛擬示波器上可以得到輸入的調制信號和AM已調波的對比圖（圖2）；調整C2還可以觀察輸出調幅波的變化。通過仿真可以對AM調制的過程和原理有感官的認識，在此基礎上結合數學公式的推導，可使復雜的理論淺顯易懂。課后的自學、課程實驗的預習、課程設計等都可以采用仿真工具進行電路的設計，提高學習效率和質量。

圖1 二極管平衡電路

圖2 輸入調制信號與輸出AM波

多媒體與傳統教學相結合傳統的教學一般都是采用板書加講授，由于通信電子線路課程內容多、電路多、信號多，板書沒辦法在有限的時間里將電路的原理解釋清楚。采用多媒體與傳統教學相結合的教學手段[4]，可節省畫圖和公式推導的時間，加大課堂的知識量，將真實的電路與原理電路進行對比，加深對原理電路的理解，同時讓學生見識各種實際應用電路，逐漸培養學生對整體電路的識圖能力和理解。利用動畫演示可以加深學生的印象，比如在講解超外差調幅發射機和接收機的工作原理時，可以通過動畫演示形象地描述發射和接收過程中的信號變化，讓學生建立更直觀、系統的概念。

另外，利用多媒體還可以將仿真軟件Multisim引入課堂教學中，相當于在課堂上加入實驗內容，利用仿真軟件的交互性和豐富的虛擬儀器儀表進行電路的講解和分析，非常方便地進行電路原理圖繪制、電路系統仿真，改變元件的參數，波形和儀表直接將變化顯示出來，可以加深對電路原理的理解，教學內容直觀明了。

雖然多媒體有很多優點，但是由于通信電子線路課程的復雜性，只是采用多媒體教學，講解的內容在屏幕上停留時間太短，印象不深刻，有點像看電影。因此必須采用板書加多媒體的教學模式，重要內容還是要邊講邊寫，學生的思路就會跟著教師的思路走，能夠最大程度上調動學生的學習主動性和積極性。總之，多媒體教學應該起輔助教學的作用，并不能去替代傳統教學方式或喧賓奪主。課堂教學應以教師的主導為主，加以板書與課件進行教學優化，以使學生掌握每一堂課的所有知識點為教學目標。

模塊式的教學通信電路以發射機和接收機為主要研究對象，發射機包括振蕩、調制、高頻功率放大等模塊，接收機包括高頻小信號放大、振蕩、混頻，中頻放大、解調，低頻放大等模塊。根據信號頻率的高低，可以分為低頻模塊和高頻模塊；根據器件的特性，分為線性模塊和非線性模塊。這些電路都是以電路分析、模擬電子線路為基礎，在教學過程中，學生很難從低頻模擬電路直接跳到高頻電路來，對高頻電路出現的現象用低頻電路的分析思路無法理解。所以在教學中應先對線性放大電路和正弦波振蕩電路進行講解，利用低頻電路原理可以分析。在高頻電路學習前，應首先掌握LC諧振回路的特性和頻譜搬移的原理，因為在后續各個模塊電路的輸出分析都以諧振特性作為基礎，發射和接收機的信號變換都以頻率搬移原理為理論依據。講解到每一個電路原理后，都要求學生在發射機或接收機找到一個對應實際電路，每位學生利用Multisim仿真軟件需完成一個模塊電路設計與仿真，有助于學生對模塊電路功能的理解，為學生通信電路設計能力的提高打下堅實的基礎。

4 實踐教學的改革

課程實驗的多樣化由于通信電子線路實踐性很強，只是安排傳統的驗證性實驗達不到應用型人才的培養要求，在實驗內容安排上應有驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、獨立課程實驗、開放性實驗等。驗證性實驗主要是對高頻小信號放大、正弦波振蕩、模擬乘法器等功能電路進行驗證，掌握其基本的功能；設計性實驗根據基本的功能電路實現一個具體完整功能的電路，如包絡檢波與同步檢波、自動增益控制電路；綜合性實驗應完成一個完整功能的系統電路，如調幅波發射機系統、調幅接收系統、對講機系統等。實驗內容從簡單到復雜，再從多個知識點應用，減少演示和驗證性實驗，加強設計和綜合性實驗內容。

為培養學生的系統電路的設計和調試能力，特開設電子工程基礎訓練獨立實驗課，完成調頻廣播接收機的制作和調試，要求學生完成元器件的焊接，調試好能正常接收廣播，培養實踐動手能力。為了學生的創新思維和獨立自學能力的培養，本校電子工程實踐中心提供開放實驗室，學生自己組成2～3人團隊，獨立完成實驗內容。實驗項目內容主要是自主設計和制作一些通信設備或控制電路，在整個實驗過程中先用Multisim仿真軟件進行仿真分析和驗證，符合要求后再制作成真實的功能電路，培養學生團隊合作精神和自主創新的能力。

項目驅動式的課程設計課程設計的目的主要是對已學的理論知識結合實際應用，提出一個具體功能電路的設計方案及實現過程，培養學生分析問題和解決實際問題的能力。課程設計的題目一般以項目的形式提出，由學生自愿選擇，題目一般為調頻發射機設計、無線話筒設計、調幅廣播接收機設計等。傳統教學由教師給方案和電路，學生只是做了一個簡單的驗證，沒有起到鍛煉自主學習能力的效果。采用項目驅動的方法，學生結合題目，根據項目的要求，先要提出目標和任務，在規定的時間完成電路的設計與制作；教師在設計過程中只是起到指導的作用，全部任務需學生自己動手完成。在課程設計結束時，教師組織學生進行答辯，針對項目完成情況進行提問、打分，未達到要求的需重新做，這樣學生的動手能力和解決實際問題的能力就大幅提高。

經過課程設計改革近兩年，學生的電路設計意識得到增強，動手能力得到提高，取得較好的效果。

競賽內容和課外科技活動相結合全國大學生電子設計競賽和湖南省大學生電子設計競賽立足培養大學生應用模電、數電、單片機技術的綜合應用能力，強調基礎知識和基本技能的掌握，對低頻電子電路、通信電子電路的具體應用，要求學生的工程實踐能力較強。每一屆電子設計競賽都有1～2個通信電路類的題目，題目感覺簡單，但實際制作達到競賽指標要求就很難，還要結合微處理器的控制。每年高頻類題目選題隊數較少，得獎也很難。

針對學校往年電子競賽的情況，將競賽內容引入開放實驗項目中或申請大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目，由學校或省教育廳資助經費進行電路的設計和制作，教師主要負責宏觀指導，學生自己獨立完成。2010年以來，學生申請省級創新實驗項目2項、校級3項，校級開放實驗項目每年2項。經過開展競賽通信電路類內容跟課外科技活動的結合，在完成基本電路功能基礎上，重點放在提高電路指標上，實踐證明，學生的動手能力得到很大的提高。學校從2011年開始，每年電子設計競賽都在選通信電路類題目，且取得省 二等獎4項、三等獎2項。特別是2015年的全國大學生電子設計競賽，電子科學與技術專業兩組分別選擇“增益可控射頻放大器”和“數字頻率計”兩個高頻題目，取得1項省二等獎和1項省三等獎。實踐證明，競賽內容與課外科技活動的結合，非常適合學生的實踐能力培養。

5 結束語

以上是對通信電子線路課程從教學內容、教學方法、實踐教學三方面進行教學改革的初步研究和探索，教學內容突出應用型人才需要，教學方法采用現代與傳統相結合，實踐教學全方位鍛煉，培養實踐能力強、合格的應用型人才。經階段性嘗試，教學效果良好，提高了學生的學習積極性和實踐動手能力。

[1]曾興雯,劉乃安,陳健,等.高頻電路原理與分析[M].5版.西安:西安電子科技大學出版社,2013.

[2]聶典,丁偉.Multisim10計算機仿真在電子電路設計中的應用[M].北京:電子工業出版社,2009.

[3]楊倪清.高頻電子線路實驗及綜合設計[M].北京:機械工業出版社,2009.

[4]王俊峰.“通信電子線路”課程教學改革實踐[J].玉溪師范學院學報,2012(8):64-66.

Applied Undergraduate Colleges and Universities Communication Electronic Circuit Course Teaching Reform and Exploration

XU Jianming,HUANG Tongcheng,XIE Bing,PENG Sen

Aimed at the current deficiencies,this paper introduces applied undergraduate colleges and universities communication electronic circuit course teaching reform scheme in detail. Practices show that the abilities of autonomous learning and exploring spirit of students also get improved,which indicate better teaching results have been achieved.

communication electronic circuit;simulation software;teaching reform

G642.3

B

1671-489X(2016)02-0124-03

湖南省教育廳教改項目（批文：湘教通〔2014〕247號）。

作者：許建明，邵陽學院信息工程系副教授，研究方向為電子技術研究及教學；黃同成、謝兵、彭森，邵陽學院信息工程系（422000）。

10.3969 /j.issn.1671-489X.2016.02.124