以問題為導向的“通信電子線路”課程教學探討

王 瑋，孫 鵬，崔建華

（1.鄭州大學 信息工程學院，河南 鄭州 450001；2.洛陽師范學院物理與電子信息學院，河南 洛陽 471934）

“通信電子線路”是電子信息類學科的一門重要的專業基礎課，其先修課程為“電路”“低頻電子線路”“信號與系統”等，同時與“通信原理”“電磁場與電磁波”“天線”等課程密切相關。該課程的主要目標是讓學生熟悉模擬無線通信系統的組成，掌握無線通信系統中高頻電路的設計分析方法[1]。

本課程是繼“電路”和“低頻電子線路”課程后的第三門電路類課程，雖然學生已經建立了電路類課程的整體概念，但“電路”和“低頻電子線路”課程中的電路分析是基于線性的分析方法，而高頻電路涉及的大多是非線性電路，采用何種分析方法，學生仍感覺到無從下手。課程中涉及的電路和模塊以及分析方法較多[2]，學生不能靈活地結合具體方法去分析實際電路，不清楚在分析過程中為什么要進行近似，什么條件可以近似等一系列的問題。為了解決這些問題，本文討論了如何在教學過程中采取以系統為核心和以問題為導向的方法來提高教學質量，使學生在學習過程中理解所學電路模塊在系統中的作用，從而幫助學生提高學習效率，激發學生對課程的學習熱情，并提高課程的學習效果，對后續課程學習奠定了重要的基礎，實現課程學習目標。

一、以問題為切入點的課程開篇—緒論的學習

“通信電子線路”課程主要講授的是無線通信系統中高頻電路的原理、線路和分析方法。課程開篇，就要建立好系統的概念，結合實際生活中的例子如調頻廣播或是手機等，引出問題，無線通信系統是如何進行通信的？在不斷提問與回答中激發學習的熱情，使得學生明晰了無線通信系統的基本組成框圖，進而對于課程內容有了整體系統的認識。學生在此過程中，了解了為什么學習本課程？學什么？以及如何學？提出和發現問題是創新的起點和基礎，知識積累和知識創新則是基于問題學習的必然成果。

二、以問題為主導的單元電路的分析與學習

課程的各個章節，大多數是以無線通信系統中的某一單元電路為題。學習每章具體電路前，需要構建這樣一個問題，單元電路在通信系統中處于一個什么樣的位置和地位？通過問題把章節中的知識點串聯起來，可以使學生對復雜電路有較清晰的初步認識，而且通過提問的方式可以提高學生在課程中的參與度。下面通過高頻諧振放大器為例說明以問題為主導的單元電路的分析與學習。

首先在具體學習和分析高頻放大電路前，啟發式提出這樣一個問題，學過的放大器有哪些？學生們自然能回答出低頻小信號放大器和低頻功率放大器，進而引出高頻諧振放大器的類別：高頻小信號放大器和高頻功率放大器。自然而然接下來，學生們就會自己提出這樣的問題，這四類放大器有什么異同？通過學生們討論分析可以得出這樣的結論：高頻諧振放大器多采用諧振回路做負載，而低頻則采用電阻或變壓器做負載。隨之一系列問題接踵而來，為什么高頻小信號放大器為甲類放大器而高功放為丙類？如何保證丙類放大器輸出信號不失真？同樣為了高效率輸出大功率，為什么低功放不采用丙類放大器？伴隨著這些問題的解決，高頻諧振放大器的功能、工作原理及具體電路就會立現眼前。學生在不斷提出問題和搜尋答案中會輕而易舉地獲取知識，在此過程中又激發了學生們的學習熱情，提高了學習效率。

三、以問題為驅動培養學生應用相關知識分析具體電路的能力

在教學過程中，如何在潛移默化中培養和提高學生探索、分析問題的能力，進而不斷提高電路設計與創新思維能力是一個非常重要的問題[3]。當前一個常見的情況是，教師針對某個知識點講解電路時，學生感覺能聽懂、會分析，但是相關知識應用到系統具體電路中，很多學生卻不知如何下手。這也意味著，學生很難用所學的理論知識來解決實際問題。下面通過高功放的振幅特性為例說明教學中通過問題驅動融合相關課程知識進而激發學習的能動性。

高功放的振幅特性是指只改變激勵信號振幅時，放大器電流、電壓、功率及效率的變化特性。問題1：學習它的振幅特性的目的是什么？問題2：隨著激勵信號振幅的變化，高功放的工作狀態如何變化？問題3：放大振幅調制信號和放大頻率調制信號，高功放應該工作在哪種狀態下？問題4：為什么放大振幅變化的高頻信號時，應工作在乙類狀態？通過以上一系列的問題討論，學生們分析并掌握了隨著激勵信號振幅由小到大變化時，高功放的工作狀態由欠壓、臨界到過壓的變化規律及輸出信號電流、電壓、功率和效率的變化特性。

通過了解振幅特性并結合前面高頻功放具體電路分析可知，AM信號的振幅是隨著時間變化而變化的，其振幅的變化反映了其攜帶的消息，所以在放大過程中要保持AM信號的變化規律。根據高功放的振幅特性可知，工作在欠壓狀態，其輸出的電流是隨著輸入振幅的變化而變化的；相對應的FM信號是等幅調頻信號，在放大過程中如果有干擾使其振幅發生變化，我們希望能去除干擾保持等幅特性，而高功放如果工作在過壓狀態，其輸出電流振幅與輸入信號振幅的變化無關，所以FM信號應工作在過壓狀態。由此分析后，得出如下結論：放大AM信號時高功放應工作在欠壓狀態；放大FM信號時高功放應工作在過壓狀態。

對于放大振幅變化的高頻信號時，應工作在乙類狀態這一問題，是結合了高頻功放的動特性、導通角與激勵、導通壓降以及靜態偏置電壓的關系得到的，具體分析如下：

由（1）、（2）式可知要想使輸出基極電流Ic1與激勵輸入電壓振幅Ubm呈線性關系，在Ubm變化過程中導通角θ應保持不變。而由（3）式看出導通角θ與激勵電壓Ubm有關，只有在導通電壓等于偏置電壓時，即E'b=Eb，θ=π/2（也即乙類狀態）時，激勵電壓Ubm變化，導通角θ不變。

通過對以上問題的層層分析與解答，學生掌握了高功放的振幅特性并能夠應用到工程實踐中。

四、結語

本文針對“通信電子線路”課程的特點，對其理論教學方法進行了探索研究，提出了“以問題為導向”的教學思路，激發學生對通信電子線路的學習熱情，提高課程的教學效果。通過設定問題并啟發學生獨立思考，進而鼓勵學生提出探究性問題，隨后通過課上討論及課下查閱資料對問題進行論證，增強學生在學習中的能動性，加深學生對無線通信電子線路的理解和掌握，提升了課程的教學質量。