Python仿真技术在《高频电子线路》教学教改中的应用

2021-01-15

科海故事博览 2020年8期

（百色学院信息与工程学院，广西百色 533000）

高频电子线路是一门重要的专业基础课程，作为通信工程、电子信息工程专业的核心课程，这门课的重要性不言而喻。但是这门课难度较大，对于高职升本的学生来说学习难度更加巨大，鉴于此，如何使这类学生能够更加容易接受、理解这门课程，学好这门课程是本文将要探讨的内容。

目前科技发展迅速，在国内特别是物联网的发展如日中天，大数据、人工智能正是最热门的时候，而Python语言在大数据、人工智能方面应用具有先天性的优势，在数据分析、仿真建模方面也有一定的优势。再加上该语法简单易学，第三方插件非常丰富，目前几乎是无所不能。殊不知，有条件的初小学都有开这门课程。

因此，本文将探讨这门课程引入Python来做课程仿真，补充实验课程的不足。实验课程加强学生的动手能力，Python仿真在理论课程的讲授中穿插应用，可以更好的使学生理解理论知识。

1 课程教学现有问题

对于普通应用本科院校，该课程作为一门专业核心课程，每年都是理论教学与实现单独开课。一般都是先开三周以上的理论课程再去做实验。这样做虽然可以保证教学进度，满足学生在做实验之前具有一定的理论知识。但是往往学生在课堂学习的过程中并未真正的理解课程知识，或者只是一知半解。带着很多的未知去做实验，再加上学生动手能力差，整个实验也未必能够达到预期的效果，下面展开分析。

1.1 实验课程现有问题

目前，大部分院校的高频实验课程都有现成的实验平台或者实验箱，具有与书本完整的配套电路模块，当然，也都是最基本的验证性实验模块。通常实验模块有：串并联谐振电路、高频小信号放大电路、功率放大电路、振荡电路、二极管平衡电路（可完成幅度调制、混频）、差分电路（可完成幅度调制、解调、混频）、调频电路、以及二极管包络检波器等等。这些电路在于帮助学生能够更快的实现实验结果，不需要自己动手搭建实验电路，只需要按照实验指导书进行接线、调整输入信号，然后接好示波器就可以观察到相关实验结果。

这样最后导致的结果是，有些学生往往只会跟着指导书进行实验，不会自己动手，也不会操作实验工具，更不能把理论知识与实际应用结合起来。而且在做实验的过程中几乎不会遇到什么问题，只要设备正常，一切跟着指导书就完成了实验，如果遇到问题，学生动手能力较差，也不会查找资料进行解决，往往是直接问老师，而这类问题一般理论课堂也讲过，只是都是理论，学生不能有直观的认识。实验做完学生也不能真正的学到知识，体会到相关知识的用处。

1.2 理论课程现有问题

虽然目前根据应用型本科教学目标，并没有要求应用型大学对高难度理论和公式推导进行深入探讨。但是高频电子线路这门课难度本身较大，不进行适当的理论证明、公示推导，是不可能把相关知识点讲清楚的。而结合理论进行公式推导的过程往往是枯燥、繁琐的，对数学基础以及专业基础知识要求较高，学生往往难以理解。就算理论推导过程清楚了，学生也不清楚到底怎么用这些理论知识或者理论结果。对理论知识在工程上的应用更是不能想象的到。往往使学生在听课的过程中会失去耐心和信心。

再加上现在多媒体教学以成为铁打的教学五有要素之一，有些学校甚至要求必须使用多媒体课件上课，这对于类似高频电子线路这类课程非常不利，课件中不可能对理论过程以及公式推导一一展示，导致很多时候学生不能理解下一步的结果是如何从上一步推出的。更加剧了学生对理论课堂学习的负担，也对实验课程造成负担。

图1 a.消息信号；b.载波信号；c.调制信号

因此，很有必要对理论课程进行必要的改革，使学生在上理论课程的同时能够及时掌握理论知识以及实际应用。更好的理解课堂知识，也为加强做实验的先前基础知识。

2 使用Python仿真幅度调制

2.1 Python与Matlab对比

在科学计算领域，使用最广的应该是Matlab，这也是理工科院校都会使用的工具，一些专业性很强的工具箱是其它语言无法替代的。但是Matlab太过于庞大，而且目前由于国外对国内科研院所的封锁使Matlab的应用受限。但是Python在一般的科学计算中完全可以满足要求，进而取代Matlab。

Python是一门非常简单易学的脚本语言，有着丰富的扩展库，特别是在科学计算方面有Numpy、Scipy、Matplo tlib，他们分别为Python提供了快速数组处理、数值运算以及绘图功能，非常适合开展数据处理、图标制作以及开发科学计算软件。因此，把Python引入高频电子线路课程进行课堂快速理论仿真验证，不仅科技激发学生的学习兴趣，还可以直观的展示理论结果。