Python仿真技術在《高頻電子線路》教學教改中的應用

（百色學院 信息與工程學院，廣西 百色 533000）

高頻電子線路是一門重要的專業基礎課程，作為通信工程、電子信息工程專業的核心課程，這門課的重要性不言而喻。但是這門課難度較大，對于高職升本的學生來說學習難度更加巨大，鑒于此，如何使這類學生能夠更加容易接受、理解這門課程，學好這門課程是本文將要探討的內容。

目前科技發展迅速，在國內特別是物聯網的發展如日中天，大數據、人工智能正是最熱門的時候，而Python語言在大數據、人工智能方面應用具有先天性的優勢，在數據分析、仿真建模方面也有一定的優勢。再加上該語法簡單易學，第三方插件非常豐富，目前幾乎是無所不能。殊不知，有條件的初小學都有開這門課程。

因此，本文將探討這門課程引入Python來做課程仿真，補充實驗課程的不足。實驗課程加強學生的動手能力，Python仿真在理論課程的講授中穿插應用，可以更好的使學生理解理論知識。

1 課程教學現有問題

對于普通應用本科院校，該課程作為一門專業核心課程，每年都是理論教學與實現單獨開課。一般都是先開三周以上的理論課程再去做實驗。這樣做雖然可以保證教學進度，滿足學生在做實驗之前具有一定的理論知識。但是往往學生在課堂學習的過程中并未真正的理解課程知識，或者只是一知半解。帶著很多的未知去做實驗，再加上學生動手能力差，整個實驗也未必能夠達到預期的效果，下面展開分析。

1.1 實驗課程現有問題

目前，大部分院校的高頻實驗課程都有現成的實驗平臺或者實驗箱，具有與書本完整的配套電路模塊，當然，也都是最基本的驗證性實驗模塊。通常實驗模塊有：串并聯諧振電路、高頻小信號放大電路、功率放大電路、振蕩電路、二極管平衡電路（可完成幅度調制、混頻）、差分電路（可完成幅度調制、解調、混頻）、調頻電路、以及二極管包絡檢波器等等。這些電路在于幫助學生能夠更快的實現實驗結果，不需要自己動手搭建實驗電路，只需要按照實驗指導書進行接線、調整輸入信號，然后接好示波器就可以觀察到相關實驗結果。

這樣最后導致的結果是，有些學生往往只會跟著指導書進行實驗，不會自己動手，也不會操作實驗工具，更不能把理論知識與實際應用結合起來。而且在做實驗的過程中幾乎不會遇到什么問題，只要設備正常，一切跟著指導書就完成了實驗，如果遇到問題，學生動手能力較差，也不會查找資料進行解決，往往是直接問老師，而這類問題一般理論課堂也講過，只是都是理論，學生不能有直觀的認識。實驗做完學生也不能真正的學到知識，體會到相關知識的用處。

1.2 理論課程現有問題

雖然目前根據應用型本科教學目標，并沒有要求應用型大學對高難度理論和公式推導進行深入探討。但是高頻電子線路這門課難度本身較大，不進行適當的理論證明、公示推導，是不可能把相關知識點講清楚的。而結合理論進行公式推導的過程往往是枯燥、繁瑣的，對數學基礎以及專業基礎知識要求較高，學生往往難以理解。就算理論推導過程清楚了，學生也不清楚到底怎么用這些理論知識或者理論結果。對理論知識在工程上的應用更是不能想象的到。往往使學生在聽課的過程中會失去耐心和信心。

再加上現在多媒體教學以成為鐵打的教學五有要素之一，有些學校甚至要求必須使用多媒體課件上課，這對于類似高頻電子線路這類課程非常不利，課件中不可能對理論過程以及公式推導一一展示，導致很多時候學生不能理解下一步的結果是如何從上一步推出的。更加劇了學生對理論課堂學習的負擔，也對實驗課程造成負擔。

圖1 a.消息信號；b.載波信號；c.調制信號

因此，很有必要對理論課程進行必要的改革，使學生在上理論課程的同時能夠及時掌握理論知識以及實際應用。更好的理解課堂知識，也為加強做實驗的先前基礎知識。

2 使用Python仿真幅度調制

2.1 Python與Matlab對比

在科學計算領域，使用最廣的應該是Matlab，這也是理工科院校都會使用的工具，一些專業性很強的工具箱是其它語言無法替代的。但是Matlab太過于龐大，而且目前由于國外對國內科研院所的封鎖使Matlab的應用受限。但是Python在一般的科學計算中完全可以滿足要求，進而取代Matlab。

Python是一門非常簡單易學的腳本語言，有著豐富的擴展庫，特別是在科學計算方面有Numpy、Scipy、Matplo tlib，他們分別為Python提供了快速數組處理、數值運算以及繪圖功能，非常適合開展數據處理、圖標制作以及開發科學計算軟件。因此，把Python引入高頻電子線路課程進行課堂快速理論仿真驗證，不僅科技激發學生的學習興趣，還可以直觀的展示理論結果。

2.2 Python幅度調制仿真

幅度調制的關鍵理論是使兩個信號相乘，最后根據頻譜類型可細分為標準的幅度調制（AM）、雙邊帶調制（DSB）以及單邊帶調制（SSB）。其中AM信號的表達式如下：

其中Uc為載波信號幅度，ma為調制靈敏度，Ω為消息信號角頻率，ωc為載波信號靈敏度。仿真圖形（如圖1）：d.消息信號頻譜e.載波信號頻譜f.調制信號頻譜。

圖中可以直觀的展示調制原理，使學生在編程的過程中理解理論公式，從圖形上看出調制信號的波形以及頻譜關系。

3 總結

以上是筆者在近幾年教學過程中一些觀點以及做法。當然，如何科學的進行課程改革是一件關乎教學的大事件，不能一概而論，需要全體科研人員以及相關專家共同探討，基礎教育關系到整個國民人才的培養，進而關系到社會主義的建設。所以關于教學改革是一個很值得我們去研究的問題，需要得到足夠的重視。