射频电路与天线立体化实验教材建设

2011-10-23褚庆昕涂治红

中国现代教育装备 2011年11期

关键词：立体化射频天线

王云褚庆昕涂治红

华南理工大学电子与信息学院广东广州 510640

射频电路与天线立体化实验教材建设

王云褚庆昕涂治红

华南理工大学电子与信息学院广东广州 510640

利用现代信息技术手段，进行射频电路与天线的立体化实验教材建设，初步形成了由纸质教材、电子课件、网络课程等构成的立体化教材体系，具体阐述了教材建设的内容、特点以及使用效果。

射频；立体化；实验教材

Abstract: Taking advantage of modern information technology, the construction of three–dimensional teaching materials for radio frequency circuits and antennas experiment is implemented. The three-dimensional teaching material system is formed, which is composed of paper materials, electronic courseware and online course, and the content、characteristics and practical effectiveness for the construction is presented.

Key words: radio frequency; three-dimensional; experimental materials

随着现代科学技术的发展，射频（RF）技术在通信、雷达、导航、遥感、医疗等领域得到越来越广泛的应用，因此近年来越来越多的高校开设了射频微波技术的课程，而我校的射频电路与天线作为国家级的精品课程，在不断进行课程建设保持其先进性、示范性的同时，逐渐发现实验教材中存在的一些不足，如原有纸质实验教材过于依赖理论教学，缺乏创新性、设计性内容，在培养学生创新能力方面有欠缺；电子教材建设力度不够，教材形式不够多元化；网络课程未得到有效的开展，一言以蔽之：尚未形成完整的立体化教材体系。教材存在的这些问题，必然导致了教学方式过于依赖课堂、教师、书本，不利于激发学生的学习兴趣，实现实验教学的主体由教师向学生的转换。

立体化教材是指以形成教学能力为目标，以传统纸质教材为基础，以学科课程为中心，以多媒介多形态、多用途及多层次教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物的集合。立体化教材包括主教材、电子教案、多媒体课件、试题库及网络课程等。由于立体化教材具有文字、声音、视频等多样化的表现形式，突破了“书本”这一平面媒介的局限，并可通过网络课程实现教学活动和教学过程的信息化和网络化，借助现代信息技术为教学提供多种方法和途径，可有力地激发学生的自主学习积极性，促进教学模式改变，由教师启发式教学，学生积极、主动学习掌握知识，达到优化教学效果的目的。

因此，为了尽快解决目前射频电路与天线实验教材的种种问题，开展该课程实验的立体化教材建设，构建一流的立体化教材体系势在必行。

1 射频电路与天线立体化实验教材建设实践

进行射频电路与天线立体化实验教材建设是精品课程的基本要求，也是课程建设与改革的迫切需要。针对该课程实验教材的立体化建设，我们将从纸质教材、电子课件、网络课程这3个方面入手。

1.1 完善纸质教材，使实验内容独立化、层次化，实验项目生活化

实验内容独立化：为了扭转实验教学在内容上过于依赖理论教学，在时间上必须滞后于理论教学的观念，方便学生超前学习和实验预习，同时结合“射频电路与天线”理论课程概念抽象、数学公式繁杂的实际特点，在实验教材中用简洁的语言，生动浅显的示例系统讲解实验原理，淡化复杂的理论推导，将实验仪器设备和所用元器件的特性加入到所用教材中，详细阐述实验步骤和操作规程，使学生只需阅读实验教材，就能完成基础性实验，得出相关结论，而不必拘泥于实验课与理论课的组织顺序，更加灵活机动。对于一些理论难度较深，如耦合器、天线等章节，可先进行实验，使学生先建立感性认识，激发学习兴趣，再通过理论课了解其工作原理，可收到更好的教学效果。

实验内容层次化：按照“四层次”的教学方案要求，增加综合性、创新性实验项目。将实验内容和实验体系分为4个层次：第一层次为基础性实验，帮助学生认识和使用频谱分析仪等基本仪器；第二层次为提高性实验，包括功分器、耦合器、滤波器等常用射频器件的测量实验，培养专业基础动手能力和测试能力；第三层次是综合性实验，利用实验箱中的模块，搭建图像的接收和发射系统，培养学生系统分析、系统实现的能力；第四层次是创新性实验，进行一些滤波器、天线等射频器件的开发实验，旨在培养学生的创新意识和创新能力(如图1所示)，从而实现实验内容和难度的层次化，循序渐进地培养学生射频测量仪器使用、各种无源、有源射频基本模块性能测试、射频系统搭建、射频模块或系统设计的能力，达到对学生进行知识传授、能力培养、素质提高等协调发展的教学目的。

图1 层次化的教学内容

实验项目生活化：密切联系实际生活，结合本课程的应用背景，设置“生活化”的研究型项目，为优秀学生提供发挥空间。如设计、制作、测量简易天线等，天线在现代日常生活中随处可见，但是它是如何工作，如何进行设计对学生而言仍然很神秘，因此这样的实验项目可有力地激发学生的兴趣，从而充分发挥学生的创造力。这些项目只以任务书的形式规定要实现的功能，不提供实验方案，要求学生自由组合，查阅资料，自主设计，合作完成。

1.2 制作动画、拍摄视频等，制作生动形象的电子课件

电子课件是为课堂教学服务的课件，应反映教师的教学思想，体现教材内容的精华，使学生提纲挈领的把握实验要点，并力求生动形象，使学生印象深刻。“射频电路与天线”实验的电子课件，以每个实验项目为单元，原理简单明了、步骤形象直观、注意事项清晰扼要。在一些关键点或疑难知识点上，链接图片、动画、视频等丰富的媒体素材，如对“频谱分析仪的使用”实验拍摄相应视频，该实验虽为基础实验，但涉及知识较多，且对于初次使用频谱分析仪的学生而言，通过一次实验要熟练掌握频谱分析仪的使用颇有难度，而以往教师课堂枯燥的讲解，不能很好地完成教学目标。而观看相关视频的过程中，学生可同步操作仪器，视频结束后，对该仪器的操作也就有了大体的认识，遇到问题反复观看视频即可，教师也可一劳永逸，不必在课堂上对这些基本操作反复强调，这样既提高了教学效果，也节省了教师的精力和时间。

1.3 建设网络课程，建立交互式、协作式的实时学习平台

以射频电路与天线精品课程网站为平台，通过网络开展立体教学。该网络课程由实验原理预习、操作步骤预习、实验重点与难点、思考问题、在线讨论、辅导答疑、资源中心等丰富的教学资源组成。实验原理预习部分为学生提供实验项目的简单原理和参考文献，部分感兴趣的同学可查阅资料更加透彻的理解；操作步骤预习部分提供实验仪器、设备的图片、操作规程、注意事项等，使学生对实验操作过程有初步的认识；实验重点与难点则提醒学生把握实验重点，谨慎处理实验过程中的难点；再由教师针对该实验项目提出若干个思考问题，学生带着问题来，在实验过程中思考答案，不仅培养学生解决问题的能力，同时也启发学生提出问题，通过在线讨论学生之间首先相互交流，最后由教师辅导答疑，对学生的问题进行解答。资源中心则为学生提供丰富的学习资料，包括图片库、动画库、参考资料、专业仿真软件介绍等，方便学生在线浏览、下载自己感兴趣的内容，进行深入研究与探讨。

开展网络课程，通过全新的教学环境，将学习的时间、空间不仅仅局限于课堂上、实验室里，使学生的学习突破传统的时空限制而变得轻松灵活，同时具备网络教学的开放性、交互性、共享性、自主性等优势，有效地激发学生的学习兴趣和动机，开创了一种新颖的教学模式和环境。

2 教材应用情况及效果

本课程教材建设的思路源于教学实践，各项成果都具体应用到了教学实践中，取得了令人满意的效果。

(1)通过对华南理工大学2007级信息工程、电子科学与技术、集成电路和物理电子专业的实验教学，修订后的纸质教材“射频电路与天线实验指导书”，由于其独立化、层次化、生活化的特点，广获师生好评。

(2) “射频电路与天线实验”的电子课件，用多媒体的形式使知识点的呈现生动形象，至今已沿用两年，学生反映良好。

(3)以射频电路与天线精品课程网站为平台，开展网络教学，将全套教学资源上网，学生可利用网络课程进行自主学习、协同学习、网上交流。两年来，网络课程运行良好，为该课程的实验教学提供了一个实施性强、操控性好的平台，学生利用这一平台进行自主学习，效果明显，同时向社会开放，实现优质资源共享，更好地发挥了精品课程的示范和辐射作用。

我们编写和开发的“射频电路与天线”实验立体化教材已完整地使用了一轮，受到教师和学生的一致好评，纸质教材和电子课件相互配合，教材形式丰富多元，网上学习与交流突破传统时空限制，学生学习积极性大大提高，有效改善了教学效果。同时加速了教学模式改革，促进教学方式由“教师、课堂、书本为中心”到“以学生为中心、上课形式多样化、教学资源多样化“的转变，更加适应新时代的要求。