◆許建明 黃同成 謝兵 彭森

應(yīng)用型本科院校通信電子線路課程教學(xué)改革與探索*

◆許建明 黃同成 謝兵 彭森

針對傳統(tǒng)式教學(xué)中的不足，對應(yīng)用型本科院校通信電子線路課程教學(xué)改革進(jìn)行詳細(xì)闡述。實(shí)踐證明，教學(xué)改革效果良好，對教學(xué)質(zhì)量的提高起到很好的促進(jìn)作用。

通信電子線路；仿真軟件；教學(xué)改革

1 前言

通信電子線路課程是教育部專業(yè)目錄規(guī)定的一門重要基礎(chǔ)課，既是理論性和實(shí)踐性相結(jié)合，又是工程性非常強(qiáng)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課[1]。其內(nèi)容以電路分析、模擬電子技術(shù)、信號與系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合通信基本理論，課程內(nèi)容涉及電子、通信等多個學(xué)科知識。由于通信電子線路課程內(nèi)容多且抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜、實(shí)踐性強(qiáng)等原因，應(yīng)用型本科學(xué)校電子信息類學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中普遍覺得比較難學(xué)，很難完全掌握通信里面的高頻電路原理和獨(dú)立完成綜合性的通信電路設(shè)計(jì)及制作。因此，為了培養(yǎng)電子信息類學(xué)生的應(yīng)用能力，本文在傳統(tǒng)的教學(xué)方法基礎(chǔ)上對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行一系列改革，近年來的教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的效果。

2 教學(xué)內(nèi)容整合

根據(jù)應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)強(qiáng)的內(nèi)容、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜的內(nèi)容可以適當(dāng)刪減。教學(xué)內(nèi)容滿足學(xué)生掌握基本的通信電路的基本原理和應(yīng)用方法，對通信電子線路課程中典型電路進(jìn)行分模塊講解，通常將不同功能的高頻電路分為高頻基礎(chǔ)電路（如高頻基本元器件、諧振回路、阻抗變換等電路）、放大電路（如高頻小信號諧振放大器、高頻功率諧振放大器等電路）、信號產(chǎn)生電路正弦波振蕩等電路、信號變換電路（如調(diào)制、解調(diào)、混頻等電路）。

在講解諧振放大器時，由于放大器Y參數(shù)模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過于復(fù)雜，可以不講，只給出結(jié)論，有利于學(xué)生的理解。諧振回路以講解并聯(lián)諧振為主，包括諧振特性曲線及電壓、電流、頻率、Q值、帶寬之間的關(guān)系。耦合振蕩回路分析較復(fù)雜，可以簡單講解。信號變換電路以超外差發(fā)射/接收機(jī)為對象，以信號流向?yàn)橹骶€，以頻譜線性搬移為理論基礎(chǔ)，對調(diào)制、混頻、解調(diào)進(jìn)行詳細(xì)講解，簡略數(shù)學(xué)分析過程，掌握分析結(jié)論。由于模擬電子技術(shù)中已學(xué)過正弦波振蕩電路，在教學(xué)中側(cè)重于高頻信號的產(chǎn)生。隨著技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容里面增加了通信電路設(shè)計(jì)的EDA仿真軟件[2]（如Multisim），對學(xué)生完成仿真實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐操作有很大的幫助。

除課堂講解內(nèi)容改革外，還應(yīng)對講課內(nèi)容進(jìn)行精心組織和安排，教學(xué)過程做到由淺入深、循序漸進(jìn)，教學(xué)內(nèi)容做到內(nèi)容精煉、重點(diǎn)突出、主次分明。

3 教學(xué)方法的改革

EDA仿真軟件的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子電路的分析和設(shè)計(jì)方法發(fā)生重大變革，一大批各具特色的優(yōu)秀電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）軟件的出現(xiàn)，如PSpice、Multisim，改變了以定量和電路實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)方法，在現(xiàn)代電子技術(shù)教學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用。而通信電子線路由于內(nèi)容抽象復(fù)雜、信號形式多、電路復(fù)雜，學(xué)生通過純粹的課堂講解是無法完全理解的。在枯燥的電路分析中加入電路的仿真實(shí)例，利用仿真軟件對書本的電路進(jìn)行仿真，以圖像和動畫的形式演示給學(xué)生，在視覺上、思維上有一個更為直觀的理解。

在教學(xué)實(shí)踐中一般采用Multisim，該仿真軟件是基于電路原理圖、電路功能參數(shù)測試的仿真軟件，其界面直觀易懂，虛擬儀器的種類齊全，操作方法跟實(shí)驗(yàn)室儀器基本一致，元器件種類和樣式齊全，能夠滿足通信電子線路課程的仿真需求。將仿真軟件引入課堂，通過仿真電路的創(chuàng)建及參數(shù)的設(shè)定可以獲得各種仿真波形圖，對授課的理論內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐性和實(shí)時性的驗(yàn)證，能夠加深學(xué)生對理論知識的理解。

圖1是用Multisim仿真軟件設(shè)計(jì)的二極管平衡電路[3]，該電路可以實(shí)現(xiàn)AM波的調(diào)制，改變V4的幅度能夠改變調(diào)幅系數(shù)，同時在虛擬示波器上可以得到輸入的調(diào)制信號和AM已調(diào)波的對比圖（圖2）；調(diào)整C2還可以觀察輸出調(diào)幅波的變化。通過仿真可以對AM調(diào)制的過程和原理有感官的認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，可使復(fù)雜的理論淺顯易懂。課后的自學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等都可以采用仿真工具進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

圖1 二極管平衡電路

圖2 輸入調(diào)制信號與輸出AM波

多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)一般都是采用板書加講授，由于通信電子線路課程內(nèi)容多、電路多、信號多，板書沒辦法在有限的時間里將電路的原理解釋清楚。采用多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段[4]，可節(jié)省畫圖和公式推導(dǎo)的時間，加大課堂的知識量，將真實(shí)的電路與原理電路進(jìn)行對比，加深對原理電路的理解，同時讓學(xué)生見識各種實(shí)際應(yīng)用電路，逐漸培養(yǎng)學(xué)生對整體電路的識圖能力和理解。利用動畫演示可以加深學(xué)生的印象，比如在講解超外差調(diào)幅發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作原理時，可以通過動畫演示形象地描述發(fā)射和接收過程中的信號變化，讓學(xué)生建立更直觀、系統(tǒng)的概念。

另外，利用多媒體還可以將仿真軟件Multisim引入課堂教學(xué)中，相當(dāng)于在課堂上加入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用仿真軟件的交互性和豐富的虛擬儀器儀表進(jìn)行電路的講解和分析，非常方便地進(jìn)行電路原理圖繪制、電路系統(tǒng)仿真，改變元件的參數(shù)，波形和儀表直接將變化顯示出來，可以加深對電路原理的理解，教學(xué)內(nèi)容直觀明了。

雖然多媒體有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于通信電子線路課程的復(fù)雜性，只是采用多媒體教學(xué)，講解的內(nèi)容在屏幕上停留時間太短，印象不深刻，有點(diǎn)像看電影。因此必須采用板書加多媒體的教學(xué)模式，重要內(nèi)容還是要邊講邊寫，學(xué)生的思路就會跟著教師的思路走，能夠最大程度上調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性?？傊?，多媒體教學(xué)應(yīng)該起輔助教學(xué)的作用，并不能去替代傳統(tǒng)教學(xué)方式或喧賓奪主。課堂教學(xué)應(yīng)以教師的主導(dǎo)為主，加以板書與課件進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化，以使學(xué)生掌握每一堂課的所有知識點(diǎn)為教學(xué)目標(biāo)。

模塊式的教學(xué)通信電路以發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為主要研究對象，發(fā)射機(jī)包括振蕩、調(diào)制、高頻功率放大等模塊，接收機(jī)包括高頻小信號放大、振蕩、混頻，中頻放大、解調(diào)，低頻放大等模塊。根據(jù)信號頻率的高低，可以分為低頻模塊和高頻模塊；根據(jù)器件的特性，分為線性模塊和非線性模塊。這些電路都是以電路分析、模擬電子線路為基礎(chǔ)，在教學(xué)過程中，學(xué)生很難從低頻模擬電路直接跳到高頻電路來，對高頻電路出現(xiàn)的現(xiàn)象用低頻電路的分析思路無法理解。所以在教學(xué)中應(yīng)先對線性放大電路和正弦波振蕩電路進(jìn)行講解，利用低頻電路原理可以分析。在高頻電路學(xué)習(xí)前，應(yīng)首先掌握LC諧振回路的特性和頻譜搬移的原理，因?yàn)樵诤罄m(xù)各個模塊電路的輸出分析都以諧振特性作為基礎(chǔ)，發(fā)射和接收機(jī)的信號變換都以頻率搬移原理為理論依據(jù)。講解到每一個電路原理后，都要求學(xué)生在發(fā)射機(jī)或接收機(jī)找到一個對應(yīng)實(shí)際電路，每位學(xué)生利用Multisim仿真軟件需完成一個模塊電路設(shè)計(jì)與仿真，有助于學(xué)生對模塊電路功能的理解，為學(xué)生通信電路設(shè)計(jì)能力的提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 實(shí)踐教學(xué)的改革

課程實(shí)驗(yàn)的多樣化由于通信電子線路實(shí)踐性很強(qiáng)，只是安排傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)達(dá)不到應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上應(yīng)有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立課程實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)等。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是對高頻小信號放大、正弦波振蕩、模擬乘法器等功能電路進(jìn)行驗(yàn)證，掌握其基本的功能；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)根據(jù)基本的功能電路實(shí)現(xiàn)一個具體完整功能的電路，如包絡(luò)檢波與同步檢波、自動增益控制電路；綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)完成一個完整功能的系統(tǒng)電路，如調(diào)幅波發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、調(diào)幅接收系統(tǒng)、對講機(jī)系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從簡單到復(fù)雜，再從多個知識點(diǎn)應(yīng)用，減少演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)和綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

為培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試能力，特開設(shè)電子工程基礎(chǔ)訓(xùn)練獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，完成調(diào)頻廣播接收機(jī)的制作和調(diào)試，要求學(xué)生完成元器件的焊接，調(diào)試好能正常接收廣播，培養(yǎng)實(shí)踐動手能力。為了學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立自學(xué)能力的培養(yǎng)，本校電子工程實(shí)踐中心提供開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生自己組成2～3人團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容主要是自主設(shè)計(jì)和制作一些通信設(shè)備或控制電路，在整個實(shí)驗(yàn)過程中先用Multisim仿真軟件進(jìn)行仿真分析和驗(yàn)證，符合要求后再制作成真實(shí)的功能電路，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神和自主創(chuàng)新的能力。

項(xiàng)目驅(qū)動式的課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的目的主要是對已學(xué)的理論知識結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，提出一個具體功能電路的設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)的題目一般以項(xiàng)目的形式提出，由學(xué)生自愿選擇，題目一般為調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)、無線話筒設(shè)計(jì)、調(diào)幅廣播接收機(jī)設(shè)計(jì)等。傳統(tǒng)教學(xué)由教師給方案和電路，學(xué)生只是做了一個簡單的驗(yàn)證，沒有起到鍛煉自主學(xué)習(xí)能力的效果。采用項(xiàng)目驅(qū)動的方法，學(xué)生結(jié)合題目，根據(jù)項(xiàng)目的要求，先要提出目標(biāo)和任務(wù)，在規(guī)定的時間完成電路的設(shè)計(jì)與制作；教師在設(shè)計(jì)過程中只是起到指導(dǎo)的作用，全部任務(wù)需學(xué)生自己動手完成。在課程設(shè)計(jì)結(jié)束時，教師組織學(xué)生進(jìn)行答辯，針對項(xiàng)目完成情況進(jìn)行提問、打分，未達(dá)到要求的需重新做，這樣學(xué)生的動手能力和解決實(shí)際問題的能力就大幅提高。

經(jīng)過課程設(shè)計(jì)改革近兩年，學(xué)生的電路設(shè)計(jì)意識得到增強(qiáng)，動手能力得到提高，取得較好的效果。

競賽內(nèi)容和課外科技活動相結(jié)合全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽和湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽立足培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用模電、數(shù)電、單片機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用能力，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識和基本技能的掌握，對低頻電子電路、通信電子電路的具體應(yīng)用，要求學(xué)生的工程實(shí)踐能力較強(qiáng)。每一屆電子設(shè)計(jì)競賽都有1～2個通信電路類的題目，題目感覺簡單，但實(shí)際制作達(dá)到競賽指標(biāo)要求就很難，還要結(jié)合微處理器的控制。每年高頻類題目選題隊(duì)數(shù)較少，得獎也很難。

針對學(xué)校往年電子競賽的情況，將競賽內(nèi)容引入開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中或申請大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，由學(xué)?；蚴〗逃龔d資助經(jīng)費(fèi)進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和制作，教師主要負(fù)責(zé)宏觀指導(dǎo)，學(xué)生自己獨(dú)立完成。2010年以來，學(xué)生申請省級創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2項(xiàng)、校級3項(xiàng)，校級開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目每年2項(xiàng)。經(jīng)過開展競賽通信電路類內(nèi)容跟課外科技活動的結(jié)合，在完成基本電路功能基礎(chǔ)上，重點(diǎn)放在提高電路指標(biāo)上，實(shí)踐證明，學(xué)生的動手能力得到很大的提高。學(xué)校從2011年開始，每年電子設(shè)計(jì)競賽都在選通信電路類題目，且取得省 二等獎4項(xiàng)、三等獎2項(xiàng)。特別是2015年的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)兩組分別選擇“增益可控射頻放大器”和“數(shù)字頻率計(jì)”兩個高頻題目，取得1項(xiàng)省二等獎和1項(xiàng)省三等獎。實(shí)踐證明，競賽內(nèi)容與課外科技活動的結(jié)合，非常適合學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

以上是對通信電子線路課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)三方面進(jìn)行教學(xué)改革的初步研究和探索，教學(xué)內(nèi)容突出應(yīng)用型人才需要，教學(xué)方法采用現(xiàn)代與傳統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)全方位鍛煉，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、合格的應(yīng)用型人才。經(jīng)階段性嘗試，教學(xué)效果良好，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐動手能力。

[1]曾興雯,劉乃安,陳健,等.高頻電路原理與分析[M].5版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2013.

[2]聶典,丁偉.Multisim10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[3]楊倪清.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[4]王俊峰.“通信電子線路”課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].玉溪師范學(xué)院學(xué)報(bào),2012(8):64-66.

Applied Undergraduate Colleges and Universities Communication Electronic Circuit Course Teaching Reform and Exploration

XU Jianming,HUANG Tongcheng,XIE Bing,PENG Sen

Aimed at the current deficiencies,this paper introduces applied undergraduate colleges and universities communication electronic circuit course teaching reform scheme in detail. Practices show that the abilities of autonomous learning and exploring spirit of students also get improved,which indicate better teaching results have been achieved.

communication electronic circuit;simulation software;teaching reform

G642.3

B

1671-489X(2016)02-0124-03

湖南省教育廳教改項(xiàng)目（批文：湘教通〔2014〕247號）。

作者：許建明，邵陽學(xué)院信息工程系副教授，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)研究及教學(xué)；黃同成、謝兵、彭森，邵陽學(xué)院信息工程系（422000）。

10.3969 /j.issn.1671-489X.2016.02.124