陳俊峰,姚建斌,鄭 輝

(華北水利水電學(xué)院,河南鄭州 450011)

《高頻電子線路》課程教學(xué)方法的研究與實(shí)踐

陳俊峰,姚建斌,鄭 輝

(華北水利水電學(xué)院,河南鄭州 450011)

根據(jù)《高頻電子線路》課程的特點(diǎn),結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,提出了一種新的合理的教學(xué)方案。從調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、采用多種教學(xué)方法和手段、改善基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和增設(shè)課程設(shè)計(jì)四個(gè)方面出發(fā),提高教學(xué)質(zhì)量,達(dá)到較好的教學(xué)效果。

高頻電子線路;教學(xué)方法;系統(tǒng);課程設(shè)計(jì)

《高頻電子線路》是我校電子信息工程、電子科學(xué)技術(shù)、通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,也是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握射頻通信電路的基本原理與基本技術(shù),了解通信系統(tǒng)射頻部分的基本組成,掌握射頻電路各個(gè)模塊包括小信號(hào)放大器、混頻器、振蕩器、調(diào)制與解調(diào)器、高頻功率放大器等的工作原理與分析方法,初步具備射頻系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力[1]。

一、培養(yǎng)學(xué)生的興趣,樹(shù)立學(xué)好本課程的信心

要學(xué)好《高頻電子線路》,除了熟練掌握先修課程電路分析和模擬電子線路的基礎(chǔ)知識(shí),關(guān)鍵是深刻理解非線性電路的涵義及本質(zhì),掌握幾種基本的非線性分析方法。對(duì)初學(xué)高頻電子線路的學(xué)生,模擬電子線路已經(jīng)感到頭疼,更何況高頻電子線路。所以要教好這門(mén)課,并讓學(xué)生學(xué)好這門(mén)課,不僅要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到本課程的重要性,更重要的是要吸引住學(xué)生,引起學(xué)生的興趣,從而樹(shù)立學(xué)好本課程的信心。

要引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,利用學(xué)生的好奇心十分重要。首先不介紹本門(mén)課程的內(nèi)容及應(yīng)用,而是讓學(xué)生討論通信在現(xiàn)代生活中的作用。同時(shí)進(jìn)一步討論無(wú)線通信在通信領(lǐng)域中的地位,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到無(wú)線通信在通信領(lǐng)域中有不可替代的重要作用。接著讓學(xué)生討論我們?nèi)粘Ｉ钪泻芷占暗氖找魴C(jī)、手機(jī)、電視機(jī)等無(wú)線通信工具為什么與外界設(shè)備沒(méi)有任何連接,卻能收到廣播信號(hào)、通信信息、收看電視節(jié)目呢?當(dāng)學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題感興趣時(shí)再告訴學(xué)生學(xué)習(xí)《高頻電子線路》課程就可以明白這些設(shè)備為什么能完成通信?什么樣的電路完成?是如何完成的[2]?

二、改善教學(xué)方法和教學(xué)手段,加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解

(一)從通信系統(tǒng)出發(fā),讓學(xué)生理解并掌握各個(gè)系統(tǒng)模塊的基本原理

為了在較短的課時(shí)內(nèi),更好地完成教學(xué)任務(wù),獲得更好的教學(xué)效果,首先要從通信系統(tǒng)入手,將教學(xué)內(nèi)容分為幾個(gè)模塊:發(fā)送設(shè)備、信道傳輸、接收設(shè)備等[3]。無(wú)論是發(fā)送設(shè)備,還是接收設(shè)備,其高頻電路部分都可以剖析成三個(gè)小模塊:振蕩器部分、調(diào)制解調(diào)部分、高頻信號(hào)放大器部分。然后以這 3個(gè)小模塊的功能、指標(biāo)為中心,并通過(guò)分析經(jīng)典電路的工作原理和重點(diǎn)公式的推導(dǎo),讓學(xué)生理解并掌握各個(gè)系統(tǒng)模塊的基本原理。如在高頻信號(hào)放大器部分教學(xué)中,首先突出這個(gè)模塊的功能、技術(shù)指標(biāo),然后圍繞這個(gè)中心,并選取經(jīng)典的共射放大電路為例,讓學(xué)生帶著重點(diǎn)去學(xué)習(xí),并略去冗長(zhǎng)的推導(dǎo)和不必要的公式推導(dǎo),不但減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān),而且能夠加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。

(二)采用對(duì)比教學(xué)

首先,與模擬電子線路相對(duì)比,不同主要表現(xiàn)在:信號(hào)頻率較高 (幾百千赫～幾百兆赫);信號(hào)多為帶寬信號(hào),而且信號(hào)相對(duì)帶寬較窄。信號(hào)的這些特點(diǎn)就決定了高頻電路的電路結(jié)構(gòu)和分析方法必然與低頻電路不同。例如:電路負(fù)載不再是純電阻,而是LC諧振回路。在分析放大電路時(shí),與模擬電子線路的 H參數(shù)不同,高頻電路用 Y參數(shù),而且要考慮晶體管結(jié)電容、甚至接線分布電容或分布電感等的影響。作為模擬電路的后續(xù)課程,也必然存在著某些聯(lián)系和相同之處,如放大器的增益、系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。因此在教學(xué)中,將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)比較,從學(xué)生熟悉的低頻電路入手,分析二者的相同點(diǎn)和不同點(diǎn),讓學(xué)生盡可能多地利用已有的低頻電路的知識(shí)去學(xué)習(xí)、理解新的高頻內(nèi)容,從而將兩者的內(nèi)容融合貫通,便于高頻電路的學(xué)習(xí)。

其次,利用對(duì)比法分析高頻電路中的相似電路。例如,高頻小信號(hào)放大器與高頻諧振功率放大器是相似電路,也可以說(shuō)其最簡(jiǎn)電路結(jié)構(gòu)相同。若采用對(duì)比法教學(xué),以共射放大電路為例,相同之處在于分析電路的指標(biāo)項(xiàng)目相同,放大的信號(hào)均為高頻信號(hào),其負(fù)載均是諧振回路,并且有相同的電路結(jié)構(gòu)。不同之處在于二者激勵(lì)信號(hào)幅度的大小不同,放大器的工作點(diǎn)不同,晶體管的動(dòng)態(tài)范圍不同,且采用的分析方法也不同,高頻小信號(hào)放大器才用線性分析,而功率放大器才用非線性分析。通過(guò)對(duì)比學(xué)習(xí),加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,使學(xué)生的思路變得清晰,分析問(wèn)題能夠切中要害。

(三)傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體教學(xué)相結(jié)合

《高頻電子線路》不僅涵蓋的內(nèi)容較廣,同時(shí)很多內(nèi)容較為抽象,不易理解。采用傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué),優(yōu)點(diǎn)在于“邊寫(xiě)邊講,學(xué)生思維連貫,易于理解和接受”,特別是對(duì)于重要的公式推導(dǎo)、關(guān)鍵的電路分析,不僅內(nèi)容詳盡,而且重點(diǎn)突出,便于學(xué)生參與公式、理論的推導(dǎo),有利于學(xué)生理解和掌握基本原理,提高了課堂的效率。其缺點(diǎn)在于在畫(huà)電路圖和工作原理圖時(shí)浪費(fèi)時(shí)間很多,而且效果不理想,對(duì)于連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的圖像,就顯得有心無(wú)力了。如果采用多媒體教學(xué),優(yōu)點(diǎn)在于它采用圖、文、聲、像、動(dòng)畫(huà)等多媒體技術(shù),使抽象的內(nèi)容形象化、生動(dòng)化,易于理解與接受[4]。其缺點(diǎn)在于對(duì)重要公式和電路分析時(shí),用幻燈片播放一遍,不能引起學(xué)生的共鳴和互動(dòng),就像走馬觀花一樣,重點(diǎn)不突出,不便于學(xué)生理解。如果將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái),效果良好。以功率放大器教學(xué)為例,功率放大器不僅公式繁多,而且電路工作原理圖很復(fù)雜,特別是用其動(dòng)態(tài)特性曲線求集電極電流脈沖波形時(shí),不僅圖復(fù)雜難畫(huà)而且費(fèi)時(shí),更重要的是圖需要?jiǎng)討B(tài)變化。這時(shí),對(duì)公式、工作原理講解采用板書(shū),則詳細(xì)周到。在電路圖分析時(shí)采用多媒體不僅省時(shí)省力而且準(zhǔn)確,更重要的是圖能夠按照要求動(dòng)態(tài)的變化,將抽象的動(dòng)態(tài)過(guò)程具體化,活生生地展現(xiàn)在學(xué)生面前。可以說(shuō),采用傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體有機(jī)結(jié)合的教學(xué)手段,重點(diǎn)突出,可以將抽象的內(nèi)容生動(dòng)化,便于學(xué)生理解記憶。

三、用基礎(chǔ)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn),用實(shí)驗(yàn)加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解

(一)注重基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提高實(shí)驗(yàn)要求

通過(guò)課程實(shí)驗(yàn),學(xué)生將課堂上所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)踐當(dāng)中,用理論知識(shí)去分析、解決實(shí)際的工程問(wèn)題,加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí),為將來(lái)走上社會(huì)做好充分的準(zhǔn)備。所以實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是教學(xué)中的重要組成部分。要搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)就離不開(kāi)基本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,因?yàn)榛緦?shí)驗(yàn)可以加深對(duì)基本理論的理解、掌握及運(yùn)用。如選頻網(wǎng)絡(luò)、小信號(hào)放大器、振蕩器、調(diào)幅、調(diào)頻等實(shí)驗(yàn)既是最基本的實(shí)驗(yàn),也是經(jīng)久不衰的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是緊扣課本內(nèi)容,有利于學(xué)生驗(yàn)證課本上的基本單元電路工作原理,能夠比較直觀地快速理解課本上比較抽象的理論,能讓學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

但是它們也是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),最怕流于形式,學(xué)生只是連接電路、測(cè)量輸入輸出,做實(shí)驗(yàn)時(shí)敷衍了事,達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹榱吮苊膺@種現(xiàn)象,必須提高實(shí)驗(yàn)的要求:一是嚴(yán)格要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作。為了讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉實(shí)驗(yàn)步驟,提高實(shí)驗(yàn)效率,實(shí)驗(yàn)前要學(xué)生做好預(yù)習(xí)報(bào)告,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生做好了預(yù)習(xí)工作,實(shí)驗(yàn)效果大大增強(qiáng),實(shí)驗(yàn)效率大大提高,并且還能在實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[5]。二是規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告的寫(xiě)法,避免學(xué)生寫(xiě)報(bào)告時(shí)照抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),而是就實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題主動(dòng)查找相關(guān)資料,尋求合理的解答。重點(diǎn)突出對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反映和總結(jié),也是實(shí)驗(yàn)課的繼續(xù)和提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,使知識(shí)清晰化、條理化,可以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。三是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,有些具有代表性的問(wèn)題可讓全班同學(xué)討論,或者由老師給出理論指導(dǎo)并由學(xué)生自己獨(dú)立解決。通過(guò)實(shí)驗(yàn)逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。例如學(xué)生在做振蕩器實(shí)驗(yàn)時(shí),沒(méi)有波形輸出或者波形失真,首先要求學(xué)生根據(jù)原理調(diào)節(jié)工作點(diǎn),再查看電路圖,排查硬件故障。通過(guò)做實(shí)驗(yàn)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排除故障等,使學(xué)生掌握高頻電路的基本原理,并對(duì)電路各元件的性質(zhì)和作用有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

(二)增加設(shè)計(jì)性仿真試驗(yàn)

現(xiàn)行高頻電子線路實(shí)驗(yàn)課程中普遍采用高頻電子線路實(shí)驗(yàn)箱,其主要是設(shè)計(jì)好的模塊電路。因此要提高學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)能力,提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),就必須增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),既能加強(qiáng)理論知識(shí)的掌握,又鍛煉了動(dòng)手能力。Pspice、MATLAB、Multisim等軟件是良好的人機(jī)交互式仿真軟件,具有完善的電路模擬、設(shè)計(jì)、仿真等功能。這些軟件不僅能夠提供多種電路的分析功能,如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等,而且能提供示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、萬(wàn)用表等多種虛擬儀器、儀表,可以幫助學(xué)生分析電路的性能,大大縮短了分析時(shí)間。通過(guò)這些仿真工具,學(xué)生能夠非常簡(jiǎn)便地選擇元器件,設(shè)計(jì)電路原理圖,進(jìn)行系統(tǒng)仿真。在這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,可以采用驗(yàn)證型、綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型等不同訓(xùn)練形式,能夠有效提高學(xué)生分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力[6-7]。

四、增加課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力,在《高頻電子線路》授課的下個(gè)學(xué)期增加了高頻電子線路課程設(shè)計(jì)。在學(xué)生完成了整個(gè)課程的學(xué)習(xí)后,進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練,要求學(xué)生在所學(xué)的基本單元電路基礎(chǔ)上,結(jié)合通信領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),聯(lián)系實(shí)際,進(jìn)行系統(tǒng)的搭建。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先由指導(dǎo)老師提供一些題目,如射頻遙控器、調(diào)頻收音機(jī)等題目,以供學(xué)生參考,學(xué)生也可以根據(jù)自己的想法自擬題目。其次要分小組進(jìn)行課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。課程設(shè)計(jì)的具體要求如下:讓各個(gè)小組選擇設(shè)計(jì)題目,確定設(shè)計(jì)的方向;查找相關(guān)資料,設(shè)計(jì)原理框圖和相應(yīng)的原理電路圖;運(yùn)用仿真工具對(duì)設(shè)計(jì)的電路原理圖進(jìn)行仿真和分析,驗(yàn)證可行性;電路的焊接和調(diào)試,做出實(shí)物;就課程設(shè)計(jì)進(jìn)行答辯。課程設(shè)計(jì)由學(xué)生自己獨(dú)立完成,通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以使學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、設(shè)計(jì)電路的能力有質(zhì)的飛躍,由元件到環(huán)節(jié)最終達(dá)到了系統(tǒng)級(jí)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)試,學(xué)生會(huì)遇到理論教學(xué)中、甚至實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中一些意想不到的許多實(shí)際問(wèn)題,從而提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及工程應(yīng)用能力。

總之,通過(guò)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)這三個(gè)環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合,學(xué)生不僅能夠熟練掌握高頻電子線路基本知識(shí),而且能夠具備一定的高頻電子線路分析能力和設(shè)計(jì)能力。

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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

(責(zé)任編輯: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

陳俊峰 (1980—),男,河南固始人,華北水利水電學(xué)院信息工程學(xué)院教師,碩士。