基于工作過程系統(tǒng)化的高頻電子線路課程改革

王奎奎 侯義鋒 郭鐵梁 李炳槐 孫 雪

梧州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 廣西梧州 543002

高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的最終目標(biāo)即培養(yǎng)大批高素質(zhì)且能夠適應(yīng)于社會(huì)發(fā)展需求的應(yīng)用型本科人才，而課程是人才培養(yǎng)的基本環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，就要對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改革，將課程作為“紐帶”，將教育思想和教育內(nèi)容聯(lián)系起來，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的人才[1-3]。

近年來，新工科背景下的人才培養(yǎng)，強(qiáng)化理論知識(shí)與工程技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)化理論教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系的緊密結(jié)合[4-5]。然而，在實(shí)際的教學(xué)過程中存在一些問題。如偏重理論內(nèi)容的講解，內(nèi)容之間銜接性不夠；課程實(shí)驗(yàn)與理論內(nèi)容分開授課，無法及時(shí)對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論知識(shí)遺忘過快；教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生綜合分析能力偏弱；課外設(shè)計(jì)偏向仿真，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)操，導(dǎo)致動(dòng)手能力偏差；學(xué)生考試成績過度依賴期末考試成績，缺乏過程考核。

綜上可知，傳統(tǒng)的教學(xué)模式與新工科人才培養(yǎng)模式不匹配，忽視了實(shí)踐教學(xué)的重要性，那么如何在理論教學(xué)體系中融入實(shí)踐教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)體系中培養(yǎng)綜合分析能力、課程以外培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力，是授課教師必須認(rèn)真思考和研究的課題。

一、理論教學(xué)內(nèi)容拆分、分類

根據(jù)梧州學(xué)院高頻電子線路教學(xué)大綱要求，高頻電子線路需要按照順序講解高頻小信號(hào)放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、振幅調(diào)制與解調(diào)電路、角度調(diào)制與解調(diào)電路、變頻電路[6]等內(nèi)容，如圖1所示。

從圖1中可以看出，各個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)之間銜接性不夠，內(nèi)容的出現(xiàn)略顯突兀，章節(jié)內(nèi)容之間不能形成因果關(guān)系，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完某一章節(jié)內(nèi)容，會(huì)對(duì)前章節(jié)內(nèi)容遺忘。

所以，論文中對(duì)高頻電子線路知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析、歸納，找到了一些關(guān)系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容順序如圖2所示。

從圖2所示調(diào)整思路如下：(1)從原理上分析放大器的工作狀態(tài)，如果線性區(qū)內(nèi)為小信號(hào)放大器，進(jìn)一步改變條件，可能會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)、非線性區(qū)，此時(shí)可以與振蕩器的起振和平衡狀態(tài)相呼應(yīng)；(2)小信號(hào)放大器內(nèi)部不穩(wěn)定因素：反向傳輸導(dǎo)納不為零，會(huì)形成輸出對(duì)輸入一種內(nèi)反饋，此時(shí)不需要輸入信號(hào)，形成自激振蕩。可以引導(dǎo)學(xué)生如果加入外部反饋，就變成正弦波振蕩器；(3)根據(jù)角度調(diào)制的理論知識(shí)可以知道調(diào)頻是頻率隨基帶信號(hào)線性變換的，而振蕩器的功能是輸出一種頻率穩(wěn)定、幅度恒定的正弦波，兩種電路通過變?nèi)荻O管建立關(guān)系；(4)功放電路三種工作狀態(tài)分別為：欠壓、臨界和過壓，其中在欠壓和過壓區(qū)域隨電壓(集電極電壓VCC、基極電壓VBB)出現(xiàn)近似線性區(qū)域，此時(shí)與調(diào)幅的原理建立關(guān)系；(5)信號(hào)完成調(diào)制之后，要發(fā)射信號(hào)，此時(shí)不管調(diào)幅或者調(diào)頻信號(hào)均可以通過高頻功率放大器天線端輻射信號(hào)，通過無線通信系統(tǒng)最終建立關(guān)系。

二、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)施

對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一定串聯(lián)后，學(xué)生按照?qǐng)D2順序?qū)虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，知識(shí)之間具有了一定的連續(xù)性，對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)具有一定的效果。同時(shí)，論文中設(shè)計(jì)了一些項(xiàng)目案例，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，可以完成對(duì)理論知識(shí)驗(yàn)證，進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)在課外設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實(shí)操能力。

圖3為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)流程。首先，要求學(xué)生完成課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)理論知識(shí)驗(yàn)證，加深理解和掌握；其次，通過各個(gè)模塊電路設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，完成模塊電路之間的聯(lián)調(diào)，培養(yǎng)對(duì)電路的綜合分析能力和實(shí)際動(dòng)手能力；最后，完成課外設(shè)計(jì)，查閱資料，制訂方案，購買元器件，設(shè)計(jì)各個(gè)模塊電路，制作PCB并完成系統(tǒng)調(diào)試，整個(gè)過程中學(xué)生全程參與教學(xué)，學(xué)生為主，教師為輔。

課程實(shí)驗(yàn)包括：高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器、三點(diǎn)式正弦波振蕩器、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻實(shí)驗(yàn)、非線性丙類高頻功率放大器、集電極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)、模擬乘法器調(diào)幅實(shí)驗(yàn)、正交鑒頻實(shí)驗(yàn)、包絡(luò)檢波和同步檢波實(shí)驗(yàn)、混頻實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分包括：中波調(diào)幅發(fā)射機(jī)、超外差中波調(diào)幅收音機(jī)、超外差調(diào)頻FM收音機(jī)、半雙工調(diào)頻無線對(duì)講機(jī)。

以半雙工調(diào)頻對(duì)講機(jī)[8]為例，如圖4所示。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)課程實(shí)驗(yàn)均有涉及，可以對(duì)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)一步理解和掌握，同時(shí)對(duì)多個(gè)課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合并聯(lián)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)半雙工通信。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)組合過程中，學(xué)生表現(xiàn)出極大的興趣。

最終課外設(shè)計(jì)完成調(diào)頻發(fā)射機(jī)、無線遙控?zé)簟o線遙控小車等，整個(gè)課外設(shè)計(jì)學(xué)生做起來得心應(yīng)手，成就感十足。學(xué)生部分作品如下：

三、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革效果

經(jīng)過圖3項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)施，學(xué)生根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)完成理論知識(shí)的驗(yàn)證，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完成了理論知識(shí)之間的串聯(lián)以及模塊電路的聯(lián)調(diào)，既提高了學(xué)生理論綜合分析能力，也提高了系統(tǒng)調(diào)試的能力，最后的課外設(shè)計(jì)部分完成了理論知識(shí)的實(shí)踐和應(yīng)用，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解以及電路設(shè)計(jì)能力。

下表展示了梧州學(xué)院2019—2021年2017級(jí)(74人)、2018級(jí)(79人)、2019級(jí)(128人)電子信息類專業(yè)學(xué)生成績分布，包括通信工程、電子信息工程等專業(yè)是部分班級(jí)。其中2017級(jí)為傳統(tǒng)教學(xué)模式，2018級(jí)和2019級(jí)為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)。不及格分?jǐn)?shù)：0～59分；及格：60～69分；中等：70～79分；良好：80～89分；優(yōu)秀：90～100分。

從數(shù)據(jù)上可以看出：改革后不及格率下降明顯，中等和良好分?jǐn)?shù)段提升較為明顯，優(yōu)秀基本持平。

結(jié)語

首先，根據(jù)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理、歸納和分類，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，對(duì)理論知識(shí)完成驗(yàn)證，加深對(duì)知識(shí)的理解程度；其次，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成理論知識(shí)的綜合分析和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，提高學(xué)生的理論分析綜合能力和調(diào)試能力；最后，進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的應(yīng)用，提高實(shí)操能力。改革效果從成績分布數(shù)據(jù)來看，對(duì)于大部分學(xué)生效果較為明顯，但是對(duì)一小部分學(xué)生效果不夠明顯，比如優(yōu)秀的人數(shù)與改革前基本持平，所以如何提高優(yōu)秀的人數(shù)為下一階段要做的工作。