“通信电子线路”课程教学改革与评价

俞 龙, 王卫星

(华南农业大学 电子工程学院, 广东 广州 510642)

“通信电子线路”课程教学改革与评价

俞 龙, 王卫星

(华南农业大学 电子工程学院, 广东 广州 510642)

“通信电子线路”课程理论难度大、综合性和应用性强，长期以来一直处于难教、难学和难用的境况。本文从“通信电子线路”课程教学内容、教学方法、教学手段及课程考核等四个方面阐述了我校在该课程教学过程中的一些改革探索，并采用马尔科夫链方法对教学效果进行客观评估，以期提高教学质量。

通信电子线路；教学改革；马尔科夫链

0 引言

“通信电子线路”是电子信息类专业一门重要的基础核心课程，以“电路”、“模拟电子技术”、“信号与系统”等课程为先修课程，也是后续的“数字通信原理”、“移动通信技术”等课程的基础课程。该课程的主要任务是让学生熟悉模拟通信系统的组成，掌握高频电路的设计分析方法。

“通信电子线路”课程具有概念多、电路类型多、分析方法多、综合性和应用性较强等特点[1,2]。随着近几年我校教学计划的调整，“通信电子线路”课程的教学课时有所减少。如何在有限的课程教学时间内, 让学生掌握通信电子线路的理论知识，培养学生分析电路、设计电路的应用能力，成为该课程教学研究中的重点和难点。

本着以创新和应用能力为本位的课程目标，本文从教学内容、教学方法、教学手段和课程考核等四个方面阐述了我校在“通信电子线路”课程教学建设中的一些具体措施，并对该课程教学效果进行了客观评估。

1 教学改革

1.1 教学内容

我校采用张萧文主编的《通信电子线路》第五版作为教材，该教材是高等学校信息工程类“十二五”规划教材。教材从电路的不同功能角度，将课程内容划分为：线性电路(谐振回路、高频小信号谐振放大电路)、非线性电路(振荡电路、混频或变频、高频功率放大电路)和信号变换电路(调制、解调等)三大部分。其特点是将线性电路分析和非线性电路的分析分开、将电路分析和调制解调原理分开，前两部分继承了“模拟电子技术”课程对电路的分析内容，后一部分是“数字通信原理”课程的模拟调制解调内容，此举有利于体现课程的承前启后作用。

然而，就通信系统整体性而言，整个课程内容就是无线电发射与接收设备中典型的高频电路的工作原理与性能分析。为了使学生对通信系统有一个总体的认识，对通信系统各组成模块在通信系统中的位置、作用有清晰的了解，从而避免单纯进行电路分析的这种“只见树木，不见森林”的情况出现，我校以“系统-模块-电路”为该课程教学思路，从以电路的角度讲解为主转变成以通信系统的角度来进行教学组织，即从通信系统到各组成高频模块，再深入到模块中的每个单元电路。在讲述具体单元电路时，重点强调模块在系统的位置、作用和性能指标要求，再扩展到模块中各电路的工作原理、性能指标的计算。这样的教学思路便于学生掌握通信系统理论和概念，理解教学内容中各章节的联系，也即通信系统中各模块之间的衔接关系，易于理解具体电路的原理分析和计算，从而掌握通信系统的总体设计和信号分析能力，也为后续课程设计中无线麦克风和收音机的电路设计与制作提供理论基础。

1.2 教学方法

1)对比式教学

“模拟电子技术”(又称“低频电子线路”)是“通信电子线路”(又称“高频电子线路”)的先修课程。前者内容中也有后者涉及到的谐振电路、小信号放大电路、功率放大电路和振荡电路等内容。由于存在这层关系，在后者教学过程中可采用对比教学法，通过回顾前者的电路分析思路和方法，引导出后者电路分析的知识点。通过比较两者的电路分析的异同点，来加强学生对新知识点的掌握。如：在谐振回路分析时，先回顾在低频课程中求解了哪些参数，然后逐步引出高频电路中对通频带和幅频、相频特性曲线的分析，再引导到部分接入电路分析。在进行高频小信号放大器电路分析时，由低频课程中介绍的晶体管H参数延伸出Y参数介绍。通过对比式教学，学生可以将“模拟电子技术”课程中学到的电路分析和设计应用能力延伸到“通信电子线路”课程中，增加对高频电路的掌握和高频电路的设计分析能力。

2)设计式教学

“通信电子线路”课程电路模型多、变换跨度大，需要较强的、灵活的电路思维能力[3，4]。以往教学过程注重于电路模型的逻辑推导，知识点侧重于电路分析方法，对电路模型的引入和设计等应用性问题重视不够。使学生对知识的运用能力的提高缺乏有效的引导。

为了提高学生的电路设计应用能力，我校针对该课程所要学习的模块和电路，按照相应内容和知识点，先提出一个设计项目。设计项目主要来源是历年全国电子设计竞赛高频类题库，或者是相关的高频设计类参考书。设计项目中往往给出的是具体的电路参数要求；根据电路参数要求，引导学生进行元器件的选择和电路形式的设计，最后引入电路分析方法验证，即进行电路设计式教学。这种教学方式能充分调动学生思考问题的积极性，使教师的“讲”与学生的“学”与“用”形成互动的整体。

3)计算机仿真教学

“通信电子线路”课程实验教学中，采用的实验箱往往模块集成, 功能单一, 缺乏灵活性, 仅能进行少数典型测试和一些理论验证。应用仿真软件进行通信系统的仿真实验，可以使学生建立一个完整的通信系统的概念,帮助学生更好地理解和掌握通信电子线路原理, 特别是对调制解调过程中无线电信号的频谱变换加深了解。更为重要的是,学生通过动态仿真的结果可以了解到某些重要参数的改变对系统性能的影响, 加强对一些重要技术的理解, 同时增加学生的学习兴趣。

现今，已有多种仿真软件应用于 “通信电子线路”课程教学，如ADS、PSpice、EWB、SystemView等。我校在“信号与系统”、“模拟电子技术”、“数字通信原理”、“移动通信”等相关课程教学中也有一定的软件仿真教学要求，为此增开了“通信系统仿真”(32学时)课程。统一采用Matlab软件作为仿真工具，通过Matlab强大的仿真功能来辅助教学, 有针对性地构建一些仿真系统, 使原来枯燥的理论教学变得生动直观起来。仿真教学更好地帮助了学生理解和掌握通信系统知识,教学过程由以前的教师讲授原理、结论变成引导学生自己学习原理，分析得出结论,使被动记忆变成主动学习, 大大增进了学生对电子通信系统和信号传输过程的了解。

1.3 教学手段

多媒体课件已成为当前电子类课程的主要授课形式[5]，但考虑到“通信电子线路”课程较大的难度和较多的原理图的特点，我校采用电脑写字板作为教学辅助手段，实现了多媒体与板书相结合，以多媒体为主，利用板书加以补充和强调。“通信电子线路”课程教学中，公式推导是主要内容之一，尤其是非线性电路分析，公式推导过程不可能完全呈现在课件中，对于某些重要公式的推导仍需要通过板书进行，通过一步一步的推导使学生掌握方法而不是死记公式；电路图的绘制是进行电路分析的前提，在板书上详细和多次地重复重要原理图的绘制过程，比在课件中直接给出原理图要有效得多。“电脑+板书”的双重模式，既发扬了电脑教学的优势，将较为抽象的教学内容采用软件仿真和动画的手段展现出来，又传承了传统板书教学中“边写边讲，学生思维连贯，易于理解和接受”的优势。

1.4 课程考核

传统“一考定成绩”的方式，师生的注意力集中在分数结果上，而忽略了学习过程中的思考、综合和积累，以及试卷分析、反馈等重要环节。为了促进学生学习兴趣，提高学习的动力，我们将过程性评价与终结性评价结合起来，将考核贯穿于课程教学的全过程，采取“阶段考试+期末考试”相结合方式。具体实施“三小一大”模式，即在线性电路、非线性电路和调制与解调电路三节内容讲解完后立即进行对应内容的阶段小试，小试时间通常为30分钟左右；在课程结束2周左右进行一次覆盖全部知识点的期末大试，考试时间为2个小时。每次小考成绩占考试成绩的20%，三次共60%，大考成绩占考试成绩的40%。

阶段小试运用项目设计、电路仿真和单元测验等方式所获取信息反馈，从“考知识”为主向“考应用能力”为主转变；期末大试则采用标准化考试方式，客观性试题偏多，主观性试题少，在一定程度上保证考试的公平和公正性，减少人为误差。

2 教学评估

“通信电子线路”课程教学效果评估是在不同专业和班级的学生中展开的。我校电子信息类专业采用“大类招生”方式，由于学生选专业的偏向性，专业分流时，不同专业学生的知识基础差异很大，出现好学生向个别专业扎堆的情况。不同专业学生之间存在的知识基础、学习能力等各方面的差异必然影响学生的最后成绩。为了比较准确地反映实际教学情况，本文采用马尔可夫链方法，从学生的各阶段成绩在各个等级上的转移情况来客观评估教学效果[6,7]。

2.1 数据收集

依据专业教学计划进程表的课程安排和课程之间的相关性，选取学生“模拟电子技术”课程成绩作为初始状态，“通信电子线路”课程“三小一大”考试成绩的总评为当前状态，学生的两种状态成绩都以百分制记分。

按照百分制和5级制计分转换规定，把学生的初始状态成绩对应成以下5个等级：“1等、优(90分以上) ”“2等：良(80- 90 分) ”“3等：中(70- 79 分)”“4等：及格(60- 69分)”“5等：不及格(59 分以下) ”。经过一个学期教学后,同样把当前状态的成绩也按照高低划分为5个等级。根据学生这两个状态的成绩，可得到各班学生成绩。表1列出参与评估的一个教学班学生两次状态成绩。“转移情况ij ”表示学生在两次状态中成绩从i等(前位)转移到j等(后位)。

表1 评估班学生成绩及转移情况表

学号101112131415161718初始状态899185927881888675当前状态859381748090788278转移情况ij221122133221232233

学号192021222324252627初始状态978579818163827685当前状态918095838283797578转移情况ij112231222242233323

学号2829303132333435平均成绩初始状态718558889187778381当前状态856082868490878082转移情况ij3224522212213222

表中，初始状态为“模拟电子技术”课程成绩，当前状态为“通信电子线路”课程成绩。

2.2 转移概率矩阵的计算

根据表1学生个体成绩等级转移情况，可以统计各状态之间的一步转移频数和各状态的频数, 如表2所示。表中，nij表示初始状态属于第i等级在当前状态其成绩归属于第j类的学生数(i,j= 1,2…5)。

表2 评估班学生成绩等级的转移频数

状态转移频数nij优良中及格不及格总计优221005良31041018中142108及格111003不及格010001

根据学生个体成绩等级转移表, 按照下式计算转移概率矩阵P

(1)

学生成绩转移概率矩阵结果为

2.3 求转移概率矩阵P的平稳分布Z

根据下式(2)，利用Matlab软件，进行程序计算，求解平稳分布Z(z1,z2,z3,z4,z5)；

(2)

式中：P′是转移概率矩阵P的转置矩阵；E为单位矩阵。

评估班学生成绩的平稳分布为

Z评=(0.2171, 0.4965，0.23，0.0563，0)

2.4 计算教学评价指标

平稳分布是教学效果的量化指标，表明经过教学活动后，该班课程成绩属于优的可能性为z1(0.2171)，属于良好的可能性为z2(0.4965)，属于中等的可能性为z3(0.23)，属于及格的可能性为z4(0.0563)，属于不及格的可能性为z5(0)。给每个成绩等级i赋予一个分数xj, 如给出每个成绩等级的分数值:优秀为95分，良为85分，中等为75分，及格为65分，不及格为55分，也即：X=(x1,x2,x3,x4,x5)=(95,85,75,65,55)。依据多属性综合评价模式中的线性加权综合法, 最后，求出教学效果分S评。

S评=Z评*XT=[0.2171,0.4965,0.23,0.0563,0]*[95,85,75,65,55]T=83.7

3 结语

本文针对“通信电子线路”课程的特点, 对其理论教学方法进行了探索研究，提出了以“系统—模块—电路”为教学思路，增强了课程内容的系统性；采用对比式、设计式和计算机仿真教学方法，充分发挥学生学习的主动性和提高学生的应用设计能力；同时将过程性评价与终结性评价结合起来，提出了“三小一大”的课程考核方式，将考核贯穿于课程教学的全过程。

应用马尔科夫链方法对课程教学效果进行评估，排除了学生基础上的差异对教师教学质量评估的影响，给出了一种比较科学的预测教师教学质量的方法。评估班得分83.7分，表明教学效果达到良好，课程建设取得了一定的成效。

[1] 张玲丽.《通信电子线路》的信息化教学改革初探.价值工程[J].石家庄:2014(17):263-264

[2] 廖惜春.基于工程应用的“高频电子线路”课程教学研究[J].南京：电气电子教学学报.2007,26(4):12-15

[3] 乐燕芬, 施伟斌.通信电子线路课程教学研究与探讨[J].齐齐哈尔：高师理科学刊.2013.33(1):87-89

[4] 彭光含.“通信电子线路”课程教学模式创新研究[J].北京：中国电力教育.2012(26):53-54

[5] 王毅.基于通信电子线路(高频)课程的课堂教学思考[J].石家庄：教育教学论坛.2014.3(11):172-173

[6] 程晓苏.马尔科夫链在教学评价中的应用[J].北京：科技信息.2014(11):112-113

[7] 刘鲁文,陈性荣,何涛.基于马尔科夫链的教学效果评估方法[J].武汉：统计与决策.2014(3):93-94

Teaching Reform and Evaluation of Communication Circuits Course

YU Long, WANG Wei-xing

(CollegeofElectronicEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642，China)

This paper explains some teaching reform methods applied in Communication Circuits course from the four aspects of teaching content, teaching methods, teaching means and curriculum assessment.Markov chain approach was adopted to assess objectively the teaching effect of this course, with a view to further improve the curriculum construction and teaching quality.

communication circuits; teaching reform; Markov chain

2016-01-04;

2016-05-03 基金项目：广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目(粤教高函[2014]97号)；创新强校工程(人才培养类)-质量工程项目(华南农教[2014]54号)

俞 龙，(1975-)，男，博士，副教授，主要从事物联网、电子技术教学与应用研究，E-mail：yulong@scau.edu.cn

G642.3

A

1008-0686(2016)06-0052-04