基于BOPPPS+模型的“射頻電子技術(shù)”課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

［摘 要］ 在高等教育“兩性一度”和思想政治育人的要求下，對(duì)BOPPPS模型進(jìn)行了拓展，在總結(jié)前增加了前沿應(yīng)用等內(nèi)容，形成BOPPPS+模型，將其應(yīng)用于“射頻電子技術(shù)”課堂教學(xué)，同時(shí)融入思想政治教育。以調(diào)頻（FM）知識(shí)點(diǎn)為例，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)是FM調(diào)制解調(diào)原理，按布魯姆（Bloom）模型設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，從與調(diào)幅（AM）的抗噪聲性能對(duì)比引入，提出FM為什么不像AM那樣容易有“刺啦刺啦”的噪聲問(wèn)題，圍繞這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)前測(cè)、參與式學(xué)習(xí)和后測(cè)，以學(xué)生為中心，在尾聲揭曉答案，并拓展學(xué)習(xí)FM的前沿應(yīng)用，體現(xiàn)前沿性和創(chuàng)新性，設(shè)置有挑戰(zhàn)度的作業(yè)，并以思維導(dǎo)圖的形式進(jìn)行總結(jié)。實(shí)踐證明，這種教學(xué)設(shè)計(jì)能激發(fā)學(xué)生興趣，較好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］ BOPPPS；思想政治教育；射頻；調(diào)頻；“兩性一度”

［作者簡(jiǎn)介］ 陳 翔（1983—），男，安徽望江人，博士，國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院講師，主要從事電路與系統(tǒng)研究；董 瑞（1977—），女，安徽長(zhǎng)豐人，碩士，國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院副教授，主要從事計(jì)算視覺(jué)研究；潘必勝（1990—），男，安徽舒城人，碩士，國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院講師，主要從事電路與系統(tǒng)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）25-0125-04 ［收稿日期］ 2023-05-17

2018年6月，時(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生指出，真正把“水課”變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”［1］。2018年9月，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)教育大會(huì)上指出，要把立德樹(shù)人融入思想道德教育、文化知識(shí)教育、社會(huì)實(shí)踐教育各環(huán)節(jié)［2］。國(guó)防科技大學(xué)“射頻電子技術(shù)”課程組深挖思政元素，貫徹為戰(zhàn)育人的“去水添金”過(guò)程，以學(xué)生為中心，基于BOPPPS+模型重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以鍛造出湖南省一流本科課程。

一、“射頻電子技術(shù)”課程特點(diǎn)

“射頻電子技術(shù)”是電子信息類本科專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，在人才培養(yǎng)方案中起承上啟下的作用。它既是“高等數(shù)學(xué)”“電路分析”“信號(hào)與系統(tǒng)”“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等課程知識(shí)的綜合運(yùn)用，又是“通信原理”“雷達(dá)原理”“電子系統(tǒng)綜合實(shí)踐”等后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。我校“射頻電子技術(shù)”課程共56學(xué)時(shí)，其中理論課44學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課12學(xué)時(shí)，理實(shí)結(jié)合，實(shí)踐性強(qiáng)。

二、BOPPPS+模型

BOPPPS模型從北美推廣至全球，是教學(xué)技能工作坊（ISW）培訓(xùn)的核心模型［3］，依照BOPPPS模型設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)可分為六部分。

按照“兩性一度”的要求，課程組對(duì)BOPPPS進(jìn)行了拓展，在總結(jié)前增加了前沿應(yīng)用內(nèi)容，豐富為BOPPPS+模型，借鑒在國(guó)家一流線上課程“軍用通信原理”等課程中運(yùn)用的成功經(jīng)驗(yàn)，拓展應(yīng)用于“射頻電子技術(shù)”課程的課堂教學(xué)。

三、基于BOPPPS+模型的“射頻電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)

以“調(diào)頻（FM）與解調(diào)原理”為例，按BOPPPS+模型設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)過(guò)程如圖1所示，以下詳述。

（一）引入（Bridge-in）

首先播放一段視頻：AM廣播在播放新冠防疫情況，聲音比較清晰。從一個(gè)干電池的兩極引出兩根導(dǎo)線，將它們的裸露銅絲快速接觸、斷開(kāi)、再接觸、再斷開(kāi)……觀察現(xiàn)象——AM廣播被“刺啦刺啦”的噪聲干擾，受到了明顯的影響。再將廣播切換到FM頻段，重復(fù)電火花干擾動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)FM廣播音質(zhì)幾乎不受影響。由此提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考：“為什么AM信號(hào)比FM信號(hào)易受干擾？”需要說(shuō)明的是，廣播里播放的是2021年6月10日中美新冠確診人數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)，是一個(gè)隱含的思政點(diǎn)——同為世界大國(guó)，對(duì)待人民生命的態(tài)度、應(yīng)對(duì)公共危機(jī)的處置能力，天差地別，彰顯了我國(guó)社會(huì)主義制度的優(yōu)越性，使學(xué)生堅(jiān)定“四個(gè)自信”。

（二）教學(xué)目標(biāo)（Object）

按照Bloom模型設(shè)計(jì)本次課的教學(xué)目標(biāo)，如圖2所示，體現(xiàn)金課“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)中的高階性。通過(guò)課堂教學(xué)完成基本教學(xué)目標(biāo)；通過(guò)課后交流討論，鼓勵(lì)部分確有興趣的學(xué)生完成高階目標(biāo)。

（三）前測(cè)（Pre-assessment）

讓學(xué)生用手機(jī)掃二維碼登錄雨課堂，完成下面的單選題：

調(diào)制信號(hào)的帶寬是Fm，則AM信號(hào)帶寬為（）。

A.Fm " "B.2Fm " C. fc+Fm " D. fc+2Fm

答案：B。占用帶寬小、設(shè)備簡(jiǎn)單是AM的優(yōu)點(diǎn)，那缺點(diǎn)呢？是抗噪聲性能差！因?yàn)樽罱鼊倓倢W(xué)過(guò)AM的原理和性能指標(biāo)，通過(guò)這個(gè)單選題了解全班學(xué)生的掌握情況。占用帶寬與抗噪聲性能是密切相關(guān)的，印證了香農(nóng)公式的內(nèi)涵之一——“帶寬換信噪比”。雨課堂可以當(dāng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)出這道題選擇四種答案的人數(shù)分別是多少，此外，還間接完成了點(diǎn)名簽到。

（四）參與式學(xué)習(xí)（Participating Learning）

本次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)是調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與鑒頻。傳統(tǒng)教法是按教材講授直接調(diào)頻、間接調(diào)頻、線性頻偏擴(kuò)展、鑒頻等知識(shí)點(diǎn)。但知識(shí)更新很快，更重要的是知識(shí)點(diǎn)中蘊(yùn)含的價(jià)值情感和思維方法，即要實(shí)現(xiàn)價(jià)值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)和知識(shí)傳授“三位一體”的教學(xué)目標(biāo)。為此，除常規(guī)的教學(xué)內(nèi)容外，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)。

1.研討直接調(diào)頻的優(yōu)缺點(diǎn)。在學(xué)習(xí)完直接調(diào)頻的基本原理后，讓學(xué)生戴上“六頂思考帽”，運(yùn)用批判性思維，辯證看技術(shù)。首先戴上“黃色思考帽”，專門(mén)討論直接調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)，列出諸如可獲得較大頻偏、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。再換上“黑色思考帽”，一起思考直接調(diào)頻法的缺點(diǎn)，如頻穩(wěn)度不高、載頻漂移嚴(yán)重等。然后引導(dǎo)大家站到先驅(qū)的視角——當(dāng)年電路先驅(qū)在面臨這些缺點(diǎn)時(shí)，是如何思索解決方法的？大道至簡(jiǎn)。既然一步到位性能不佳，能不能實(shí)施“分步走戰(zhàn)略”？于是阿姆斯特朗（E. H. Armstrong）發(fā)明了間接調(diào)頻技術(shù)，即通過(guò)二次倍頻實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制。

2.講述電路人的故事。阿姆斯特朗是美國(guó)無(wú)線電工程師、超外差接收機(jī)和間接調(diào)頻技術(shù)的發(fā)明者，在AM技術(shù)占主導(dǎo)地位的時(shí)代，當(dāng)時(shí)的權(quán)威卡森斷言FM占用帶寬過(guò)寬，沒(méi)有實(shí)用性——他被自己發(fā)現(xiàn)的卡森公式束縛住了，沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到如今頻譜的利用已經(jīng)到了太赫茲頻段，可用帶寬大大增加。而阿姆斯特朗不迷信權(quán)威，不為一時(shí)的條件限制所困，勇于開(kāi)拓創(chuàng)新。然而，美國(guó)無(wú)線公司（RCA）為了維護(hù)自己的經(jīng)濟(jì)利益，將阿姆斯特朗拖入曠日持久的專利權(quán)訴訟中。而在我國(guó)，萬(wàn)蕾博士在人民大會(huì)堂領(lǐng)取了2016年國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，華為公司為5G極化碼（Polar）發(fā)現(xiàn)者土耳其專家E. Arikan頒發(fā)特別獎(jiǎng)項(xiàng)，尊其為“Polar碼之父”，無(wú)不體現(xiàn)著我國(guó)國(guó)家和企業(yè)對(duì)人才的尊重。

3.不忘初心、首尾呼應(yīng)。從鑒頻原理來(lái)看，無(wú)論是斜率鑒頻、疊加型相位鑒頻，還是乘積型相位鑒頻，輸出電壓都與FM信號(hào)的幅度有關(guān)。在FM信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和接收過(guò)程中，干擾和噪聲會(huì)使FM信號(hào)的幅度發(fā)生變化，造成寄生調(diào)幅，如視頻中干電池產(chǎn)生的電火花。為了避免寄生調(diào)幅的影響，可先對(duì)接收的FM信號(hào)進(jìn)行限幅，再鑒頻，稱為限幅鑒頻，F(xiàn)M信號(hào)因此不“刺啦”。反過(guò)來(lái)思考，為什么不在AM解調(diào)器中引入一個(gè)限幅器來(lái)解決“刺啦刺啦”聲音問(wèn)題，因?yàn)锳M的信息包含在振幅變化里，限幅器輸出的振幅不變，會(huì)將AM信號(hào)中的基帶信息全部抹去。

（五）拓展（BOPPPS+）

國(guó)防科技大學(xué)是高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)和國(guó)防科技自主創(chuàng)新高地。為貫徹落實(shí)習(xí)近平主席“立德樹(shù)人，為戰(zhàn)育人”的要求，在BOPPPS+的拓展部分，專門(mén)設(shè)計(jì)了FM的軍事應(yīng)用——美國(guó)哈里斯公司生產(chǎn)的AN/PRC-117F多波段、多任務(wù)電臺(tái)，如圖3所示，其工作頻段是30～512 MHz，請(qǐng)問(wèn)它是短波電臺(tái)還是超短波電臺(tái)？超短波電臺(tái)。其調(diào)制方式多種多樣，除了正在學(xué)習(xí)的AM和FM調(diào)制，還有FSK、ASK、2PSK和QPSK，這些是什么呢？此處埋個(gè)伏筆。該拓展內(nèi)容滿足了“兩性一度”金課標(biāo)準(zhǔn)的前沿性要求。

（六）后測(cè)（Post-assessment）

后測(cè)是對(duì)本次課重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握情況的檢測(cè)，如集體檢測(cè)。如果我方偵收到的AN/PRC-117F電臺(tái)信號(hào)如圖4所示，請(qǐng)問(wèn)它是AM信號(hào)還是FM信號(hào)？是FM信號(hào)！

（七）總結(jié)（Summary）

本次課最后通過(guò)思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，如圖5所示，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)是調(diào)頻原理，難點(diǎn)是鑒頻原理，限幅鑒頻是FM抗噪聲性能優(yōu)于AM的原因。布置課后作業(yè)：在Multisim或ADS軟件中實(shí)現(xiàn)一種調(diào)頻或鑒頻電路，分析其性能指標(biāo)，體現(xiàn)“兩性一度”中的挑戰(zhàn)度。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)增加前沿拓展環(huán)節(jié)，將經(jīng)典的BOPPPS模型發(fā)展為BOPPPS+模型，并用于“射頻電子技術(shù)”課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，以調(diào)頻和鑒頻知識(shí)點(diǎn)為例，詳述了設(shè)計(jì)過(guò)程，根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，貫徹以學(xué)生為中心理念，立德樹(shù)人，為戰(zhàn)育人，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

［1］教育部陳寶生部長(zhǎng)在新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上的講話［EB/OL］.（2018-11-27）［2023-04-17］.https：//www.nsmc.edu.cn/gclsjs/23758.html.

［2］習(xí)近平出席全國(guó)教育大會(huì)并發(fā)表重要講話［EB/OL］.（2018-09-10）［2023-04-17］.https：//www.gov.cn/xinwen/2018-09/10/content_5320835.htm.

［3］JOHNSON. Instructional skills workshop handbook for participants［M］. Vancouver： ISW International Advisory Committee，2006：9.

Teaching Design of Radio Frequency Electronic Technology Based on the BOPPPS+ Model

CHEN Xiang， DONG Rui， PAN Bi-sheng

（Electronic Engineering Institute， National University of Defense Technology， Hefei，

Anhui 230037， China）

Abstract： With the requirements of “two characteristics and one degree” and ideological and political education in higher education， the BOPPPS model has been improved， and cutting-edge applications have been added before the Summary Part to form the BOPPPS+ model， which will be applied to the teaching of Radio Frequency Electronic Technology， together with the ideological and political education. Taking the lessons of frequency modulation （FM） for instance， the key is the modulation and demodulation principle of FM. The study targets are set according to the Bloom model. The Lesson is started with the phenomenons of FM and amplitude modulation （AM） performances with interference. Around the question students why FM is not so easily to be interfered as AM the pre-assessment is carried out. And then the cutting-edge application of FM is introduced， with challenging assignments after class. The lesson is summerized in the form of mind maps. It is proved that the teaching design based on the BOPPPS+ model can stimulate students’ interest and achieve teaching study targets.

Key words： BOPPPS; ideological and political education; radio frequency; frequency modulation; “two characteristics and one degree”