基于虛擬實驗平臺的“高頻電子線路”教學方法實踐與探索

牛芳琳 于玲

摘要：“高頻電子線路”課程是通信電子專業(yè)一門重要的技術基礎課，如何提高學生對這門課程的深入理解一直是高校教學任務研究的重要內容。由此，本文提出在教學中將虛擬仿真平臺與課程內容相結合起來，進一步加深學生對高頻電子線路理論及電路設計的研究。

關鍵詞：虛擬實驗；高頻電子線路；虛擬仿真；教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0162-02

一、前言

“高頻電子線路”是高等院校通信電子專業(yè)的專業(yè)基礎課，由于其基本理論知識比較抽象、電路設計比較復雜，一直被學生認為是較難學懂的課程。為了提高學生對電路設計的認識，[1，2]等文獻提出，將虛擬仿真實驗引入課堂的教學方法，把電路的理論分析與電路實踐相結合，可加深學生對電路等課程的認識。虛擬仿真實驗平臺由于具有仿真效果逼真、易于安裝等特點，近年來已經開始受到很多高校的重視，建立了相關的虛擬仿真實驗室，同時許多高校專門對一些虛擬仿真實驗進行研發(fā)，以適應不同專業(yè)不同課程學生的需要。

如何將虛擬平臺與“高頻電子線路”這門課程結合起來，則成為高頻課程教學研究的重要內容。

二、虛擬實驗平臺在教學中的應用

一般來說“高頻電子線路”課程的組成主要包括三個方面——理論課堂教學、實驗教學和課程設計。理論教學是以學習基本知識為主，包括電路工作原理、電路設計、參數設置等內容，然而相對于學生來說，這些理論比較抽象，不容易理解；高頻實驗內容主要是對理論教學進行輔助，主要包括對理論教學主要內容進行驗證，其實驗為已經設計完成的電路板，學生通過調整簡單的電阻、電容等參數觀察輸出信號的變化，以達到對教學內容進行進一步理解作用，然而這種驗證的實驗對學生來說僅僅是連接輸入輸出導線、接信號源與示波器、觀察輸出輸入波形，對電路設計的理論知識難以進一步理解；高頻課程設計是則是學生依據基本理論知識，設計并實現一定功能的電路，一般來說，由于電路成本及高頻電路容易受到干擾等原因，大多數都停留在理論設計層面，很少真正地去實現。

虛擬仿真實驗平臺可以有效地對電路設計進行模擬仿真，由此，本文提出將虛擬仿真實驗平臺與高頻電子線路理論課程、實驗教學、課程設計相結合的起來，以達到進一步提高“高頻電子線路”課程教學質量的目的。

（一）虛擬實驗平臺在理論課堂的應用

傳統(tǒng)的“高頻電子線路”課堂理論教學內容比較枯燥，尤其是電路的設計幾乎都需要利用公式推導計算得到結果，而這些結果是否正確、能否達到實現電路功能的目的，難以被學生在課堂中得到認可。雖然一些實驗設備可以有效地對理論進行驗證，但是由于實驗設備體積較大，配套設備也較多，難以搬入課堂在教學中進行驗證。選取虛擬仿真實驗平臺在教學中應用可以有效解決這一難題。

依據教學內容在虛擬仿真平臺上設計對應的電路。比如LC選頻網絡，其電路僅僅需要將電感、電容、電阻和信號源連接起來，如何設計這些元器件的參數，則需要在課堂上根據相關知識點推導完成。計算結果，獲取元器件參數數值，并在虛擬仿真平臺中連接，最后，通過軟件中的示波器、頻譜儀觀察實驗結果。也可以隨時修改元器件參數，觀察電感、電容、電阻變化對選頻網絡的影響。這種虛擬實驗平臺“搬入”課堂，使學生更為直觀地觀察到理論與實踐結合的效果，加深對相關知識的理解。

另外，由于在高校中大多數教師都采用多媒體教室上課，為了防止計算機病毒傳播，多媒體教室中的電腦多數選擇安裝“還原精靈”。需要選擇合適的軟件平臺適合在多媒體教室中使用，現在流行的電子線路仿真平臺也比較多，安裝時間短、仿真效果好的仿真軟件平臺成為教學中的首選，如WEWB軟件的大小僅僅18M，直接拷貝到計算機中即可使用，省去安裝的環(huán)節(jié)。

（二）虛擬實驗平臺在實驗教學中的應用

針對“高頻電子線路”這門通信專業(yè)的基礎課程，傳統(tǒng)的實驗室中的實驗幾乎都是利用實驗箱中的實驗板進行驗證實驗，學生可以通過動手連接輸入輸出導線，通過示波器觀察電路輸出波形，對相關理論進行驗證。這種實驗學生做起來內容簡單，按照實驗步驟一步一步操作即可完成，學生只能直觀了解電路的結構、基本內容，難以進一步對理論進行深入了解。實驗箱所做的實驗幾乎都是驗證性實驗，現在高校教學中所提倡的綜合性、設計性、研究探索性實驗[3]很難利用這種實驗箱來實現。充分利用電子線路仿真平臺可以說是對“三性”實驗的補充，教師可以依據教學內容，設計適合在仿真平臺中實現的“三性”實驗，如在“高頻電子線路”課程中，給出載波、調制信號參數，要求學生依據調幅波調制基本理論，設計“對稱斬波調幅”仿真實驗，學生自行發(fā)揮，實現幅度調制過程。

電子線路仿真平臺在學校機房即可使用，教師可以依據教學內容增加“三性”實驗，對現有的實驗內容進行補充。

（三）虛擬實驗平臺在課程設計中的應用

課程設計是“高頻電子線路”課程中重要的實踐環(huán)節(jié)，考查學生是否能夠根據理論教學內容獨立完成一個電路的設計，是對理論內容理解程度的一個檢驗，是學生利用理論完成實踐內容的重要練習過程。

傳統(tǒng)的課程設計中，學生根據課程設計內容計算參數，完成設計電路設計，電路是否正確卻難以判斷。如果采用實物實現，測試條件、成本等問題也難以解決。利用虛擬平臺可以有效解決以上存在的問題。

教師根據教學內容，給出課程設計內容及相關參數，學生首先設計電路完成先關參數計算，然后通過虛擬仿真軟件，依據所設計的電路進行仿真實現，并驗證所設計的電路是否正確。如果所設計的電路存在問題，則可以隨時修改電路、調整參數，直到能夠正常工作為止。在虛擬仿真軟件中修改參數容易，比起用實物電路驗證來說，簡單易操作，因此，許多院校已經開始將虛擬平臺用于課程設計。

（四）虛擬平臺與實物實驗關系

由前面分析可知，虛擬實驗平臺可以應用在“高頻電子線路”中的各個環(huán)節(jié)，盡管虛擬實驗平臺幾乎可以模擬所有的電路，但是學生畢業(yè)走向工作崗位后接觸和設計的是具體的電路，完全采用虛擬實驗平臺可能會導致學生對具體實物不了解，難以很快進入工作狀態(tài)，因此，虛擬實驗平臺只是對實物實驗的一個補充，不能取代實物實驗。只有合理運用虛擬實驗平臺才能更有效地發(fā)揮其作用，達到提高教學水平的目的。

三、結論

由于虛擬實驗平臺做仿真實驗操作簡單、觀察結果方便，合理地將其用于“高頻電子線路”教學中，可以提高學生對這門課程的理解與掌握情況。

參考文獻：

[1]全曉莉，周南權.基于虛擬儀器技術的數字電路實驗系統(tǒng)研究[J].實驗技術與管理，2014，（04）：96-98.

[2]孫榮平，戚甫峰.基于多媒體仿真技術的電路與電子技術虛擬實驗教學系統(tǒng)[J].實驗技術與管理，2001，（04）：46-49+53.

[3]牛芳琳，于玲，王瓊.虛擬實驗平臺在電子線路教學的應用[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2014，（01）：121-123.

[4]袁敏.高頻電子線路實驗教學新模式研究[J].科教導刊（下旬），2015，（11）：81-82.

[5]廖永忠.《高頻電子線路》課程教學改革探索[J].長江大學學報（自科版），2014，（22）：116-118.