《高频电子线路》课程教学方法的研究与实践

陈俊峰,姚建斌,郑 辉

(华北水利水电学院,河南郑州 450011)

《高频电子线路》课程教学方法的研究与实践

陈俊峰,姚建斌,郑 辉

(华北水利水电学院,河南郑州 450011)

根据《高频电子线路》课程的特点,结合教学实践,提出了一种新的合理的教学方案。从调动学生的积极性、采用多种教学方法和手段、改善基础实验和增设课程设计四个方面出发,提高教学质量,达到较好的教学效果。

高频电子线路;教学方法;系统;课程设计

《高频电子线路》是我校电子信息工程、电子科学技术、通信类专业重要的专业基础课,也是一门理论性和实践性都很强的课程。通过该课程的学习,使学生掌握射频通信电路的基本原理与基本技术,了解通信系统射频部分的基本组成,掌握射频电路各个模块包括小信号放大器、混频器、振荡器、调制与解调器、高频功率放大器等的工作原理与分析方法,初步具备射频系统分析与设计的能力[1]。

一、培养学生的兴趣,树立学好本课程的信心

要学好《高频电子线路》,除了熟练掌握先修课程电路分析和模拟电子线路的基础知识,关键是深刻理解非线性电路的涵义及本质,掌握几种基本的非线性分析方法。对初学高频电子线路的学生,模拟电子线路已经感到头疼,更何况高频电子线路。所以要教好这门课,并让学生学好这门课,不仅要使学生认识到本课程的重要性,更重要的是要吸引住学生,引起学生的兴趣,从而树立学好本课程的信心。

要引起学生的学习兴趣,利用学生的好奇心十分重要。首先不介绍本门课程的内容及应用,而是让学生讨论通信在现代生活中的作用。同时进一步讨论无线通信在通信领域中的地位,让学生认识到无线通信在通信领域中有不可替代的重要作用。接着让学生讨论我们日常生活中很普及的收音机、手机、电视机等无线通信工具为什么与外界设备没有任何连接,却能收到广播信号、通信信息、收看电视节目呢?当学生对这些问题感兴趣时再告诉学生学习《高频电子线路》课程就可以明白这些设备为什么能完成通信?什么样的电路完成?是如何完成的[2]?

二、改善教学方法和教学手段,加深学生对基础理论的理解

(一)从通信系统出发,让学生理解并掌握各个系统模块的基本原理

为了在较短的课时内,更好地完成教学任务,获得更好的教学效果,首先要从通信系统入手,将教学内容分为几个模块:发送设备、信道传输、接收设备等[3]。无论是发送设备,还是接收设备,其高频电路部分都可以剖析成三个小模块:振荡器部分、调制解调部分、高频信号放大器部分。然后以这 3个小模块的功能、指标为中心,并通过分析经典电路的工作原理和重点公式的推导,让学生理解并掌握各个系统模块的基本原理。如在高频信号放大器部分教学中,首先突出这个模块的功能、技术指标,然后围绕这个中心,并选取经典的共射放大电路为例,让学生带着重点去学习,并略去冗长的推导和不必要的公式推导,不但减轻了学生的负担,而且能够加深学生对基础知识的理解。

(二)采用对比教学

首先,与模拟电子线路相对比,不同主要表现在:信号频率较高 (几百千赫～几百兆赫);信号多为带宽信号,而且信号相对带宽较窄。信号的这些特点就决定了高频电路的电路结构和分析方法必然与低频电路不同。例如:电路负载不再是纯电阻,而是LC谐振回路。在分析放大电路时,与模拟电子线路的 H参数不同,高频电路用 Y参数,而且要考虑晶体管结电容、甚至接线分布电容或分布电感等的影响。作为模拟电路的后续课程,也必然存在着某些联系和相同之处,如放大器的增益、系统的稳定性等。因此在教学中,将相关内容进行分类比较,从学生熟悉的低频电路入手,分析二者的相同点和不同点,让学生尽可能多地利用已有的低频电路的知识去学习、理解新的高频内容,从而将两者的内容融合贯通,便于高频电路的学习。

其次,利用对比法分析高频电路中的相似电路。例如,高频小信号放大器与高频谐振功率放大器是相似电路,也可以说其最简电路结构相同。若采用对比法教学,以共射放大电路为例,相同之处在于分析电路的指标项目相同,放大的信号均为高频信号,其负载均是谐振回路,并且有相同的电路结构。不同之处在于二者激励信号幅度的大小不同,放大器的工作点不同,晶体管的动态范围不同,且采用的分析方法也不同,高频小信号放大器才用线性分析,而功率放大器才用非线性分析。通过对比学习,加深学生对理论知识的理解,使学生的思路变得清晰,分析问题能够切中要害。

(三)传统板书和多媒体教学相结合

《高频电子线路》不仅涵盖的内容较广,同时很多内容较为抽象,不易理解。采用传统的板书教学,优点在于“边写边讲,学生思维连贯,易于理解和接受”,特别是对于重要的公式推导、关键的电路分析,不仅内容详尽,而且重点突出,便于学生参与公式、理论的推导,有利于学生理解和掌握基本原理,提高了课堂的效率。其缺点在于在画电路图和工作原理图时浪费时间很多,而且效果不理想,对于连续动态变化的图像,就显得有心无力了。如果采用多媒体教学,优点在于它采用图、文、声、像、动画等多媒体技术,使抽象的内容形象化、生动化,易于理解与接受[4]。其缺点在于对重要公式和电路分析时,用幻灯片播放一遍,不能引起学生的共鸣和互动,就像走马观花一样,重点不突出,不便于学生理解。如果将两者有机结合起来,效果良好。以功率放大器教学为例,功率放大器不仅公式繁多,而且电路工作原理图很复杂,特别是用其动态特性曲线求集电极电流脉冲波形时,不仅图复杂难画而且费时,更重要的是图需要动态变化。这时,对公式、工作原理讲解采用板书,则详细周到。在电路图分析时采用多媒体不仅省时省力而且准确,更重要的是图能够按照要求动态的变化,将抽象的动态过程具体化,活生生地展现在学生面前。可以说,采用传统板书和多媒体有机结合的教学手段,重点突出,可以将抽象的内容生动化,便于学生理解记忆。

三、用基础理论指导实验,用实验加深对基础理论的理解

(一)注重基本实验内容,提高实验要求

通过课程实验,学生将课堂上所学的知识用于实践当中,用理论知识去分析、解决实际的工程问题,加深学生对所学知识的认识,为将来走上社会做好充分的准备。所以实验环节是教学中的重要组成部分。要搞好实验教学就离不开基本的实验内容,因为基本实验可以加深对基本理论的理解、掌握及运用。如选频网络、小信号放大器、振荡器、调幅、调频等实验既是最基本的实验,也是经久不衰的实验。这些实验的优点是紧扣课本内容,有利于学生验证课本上的基本单元电路工作原理,能够比较直观地快速理解课本上比较抽象的理论,能让学生打下坚实的基础。

但是它们也是验证性的实验,最怕流于形式,学生只是连接电路、测量输入输出,做实验时敷衍了事,达不到预期的实验目的。为了避免这种现象,必须提高实验的要求:一是严格要求学生做实验预习工作。为了让学生明确实验目的,熟悉实验步骤,提高实验效率,实验前要学生做好预习报告,包括实验目的、实验原理、实验步骤。学生做好了预习工作,实验效果大大增强,实验效率大大提高,并且还能在实验中不断发现问题[5]。二是规范实验报告的写法,避免学生写报告时照抄实验指导书,而是就实验现象、发现的问题主动查找相关资料,寻求合理的解答。重点突出对实验数据的分析和实验结果的总结。实验报告是实验结果的反映和总结,也是实验课的继续和提高。通过实验报告,使知识清晰化、条理化,可以培养学生综合分析问题的能力。三是培养学生独立完成实验的能力。在实验中发现问题,有些具有代表性的问题可让全班同学讨论,或者由老师给出理论指导并由学生自己独立解决。通过实验逐步培养学生发现问题、解决问题、理论联系实际的能力。例如学生在做振荡器实验时,没有波形输出或者波形失真,首先要求学生根据原理调节工作点,再查看电路图,排查硬件故障。通过做实验实践,发现问题、排除故障等,使学生掌握高频电路的基本原理,并对电路各元件的性质和作用有了进一步认识。

(二)增加设计性仿真试验

现行高频电子线路实验课程中普遍采用高频电子线路实验箱,其主要是设计好的模块电路。因此要提高学生动手设计能力,提高学生的创新意识,就必须增加设计性实验,既能加强理论知识的掌握,又锻炼了动手能力。Pspice、MATLAB、Multisim等软件是良好的人机交互式仿真软件,具有完善的电路模拟、设计、仿真等功能。这些软件不仅能够提供多种电路的分析功能,如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析等,而且能提供示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器、万用表等多种虚拟仪器、仪表,可以帮助学生分析电路的性能,大大缩短了分析时间。通过这些仿真工具,学生能够非常简便地选择元器件,设计电路原理图,进行系统仿真。在这些实验平台上,可以采用验证型、综合型、设计型和创新型等不同训练形式,能够有效提高学生分析、设计和应用能力[6-7]。

四、增加课程设计,培养学生的实践能力

为了提高学生的实践能力,在《高频电子线路》授课的下个学期增加了高频电子线路课程设计。在学生完成了整个课程的学习后,进行综合性实践训练,要求学生在所学的基本单元电路基础上,结合通信领域的先进技术,联系实际,进行系统的搭建。在课程设计过程中,首先由指导老师提供一些题目,如射频遥控器、调频收音机等题目,以供学生参考,学生也可以根据自己的想法自拟题目。其次要分小组进行课程设计,培养学生的团队精神。课程设计的具体要求如下:让各个小组选择设计题目,确定设计的方向;查找相关资料,设计原理框图和相应的原理电路图;运用仿真工具对设计的电路原理图进行仿真和分析,验证可行性;电路的焊接和调试,做出实物;就课程设计进行答辩。课程设计由学生自己独立完成,通过课程设计可以使学生分析问题、解决问题、设计电路的能力有质的飞跃,由元件到环节最终达到了系统级的认识。通过设计调试,学生会遇到理论教学中、甚至实验环节中一些意想不到的许多实际问题,从而提高学生的电路设计能力及工程应用能力。

总之,通过基础理论学习、基础实验和课程设计这三个环节的有机结合,学生不仅能够熟练掌握高频电子线路基本知识,而且能够具备一定的高频电子线路分析能力和设计能力。

[1]刘伟,郭丽,闫晋锋.高频电子线路教学几点体会 [J].科技信息,2007,(32).

[2]靳丽君.《高频电子线路》课程教学中的几个重要环节[J].西安铁路职业技术学院学报,2007,(2).

[3]张玉薇,邓珂.高频电子线路课程教学方法研究与探索[J].福建电脑,2009,(7).

[4]石博雅.《高频电子线路》课程改革探讨 [J].中国电力教育,2008,(9).

[5]朱颖丽.高频电子线路实验教学改革的探索[J].科技广场,2008,(2).

[6]吴清萍.拓展学生思维提高应用能力——《高频电子线路》课程建设的思路和实践[J].常州信息职业技术学院学报,2004,(6).

[7]罗晖,王传云.高频电子线路课程实验改革探讨 [J].华东交通大学学报,2005,(S1).

Abstract:According to theHigh Frequency Circuitcharacteristics,the new reasonable teaching method was brought forth,combined with teachingmethod and teaching practice.Arousing enthusias m in students,adopting lots of teachingmethod,improving basic experiment and augmenting course design,so teaching quality and teaching effect are improved.

Key words:High Frequency Circuit;Teachingmethod;System;Course design

(责任编辑:宋孝忠)

Research and Practice of TeachingM ethod ofH igh F requency C ircuit

CHENG Jun-feng,YAO Jian-bin,ZHEN Hui
(North China Institute of W ater conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou450011,China)

G642

A

1008—4444(2010)04—0153—03

2010-04-24

陈俊峰 (1980—),男,河南固始人,华北水利水电学院信息工程学院教师,硕士。