李然　余萍　韓東升　賈惠彬　李星蓉

關(guān)鍵詞：通信電子電路實驗；積木式；實驗教學(xué)；全過程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0133-03

“通信電子電路實驗”課程是普通高校通信、電子類專業(yè)的必修實踐課程，它不僅使學(xué)生加深對通信電子電路基本理論知識的理解和認識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和建立系統(tǒng)工程概念[1-3]。因為實驗中涉及大量的高頻電路，所以學(xué)生普遍感覺課程難學(xué)、實驗操作調(diào)試困難[4-5]。多年的教學(xué)實踐表明，優(yōu)化的實驗內(nèi)容設(shè)置和合理的實驗方法不僅使學(xué)生對課堂教學(xué)的基本概念和基本理論得到反饋，還可有效培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和科研能力。簡單針對固定實驗板或?qū)嶒炏涞尿炞C性實驗，及實驗項目相對固定單一的實驗?zāi)Ｊ剑炔贿m應(yīng)課程的特點，也無法使學(xué)生真正弄懂通信電子電路設(shè)計的內(nèi)涵，對學(xué)生真正掌握課程知識的綜合運用和實際工程應(yīng)用存在明顯的差距[5-6]。因此，根據(jù)課程特點，探索和研究可激發(fā)學(xué)生自主設(shè)計系統(tǒng)電路、拓展學(xué)生思維的實驗內(nèi)容和實驗方法尤為重要。

本文從提高學(xué)生開展設(shè)計性、綜合性實驗的積極性出發(fā)，提出“積木”式通信電子電路實驗平臺改革方案，將通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)按功能細分為子模塊電路，選擇不同的子模塊可組合成具有一定功能的通信系統(tǒng)。同時為保證實驗教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)實踐中對教學(xué)活動的全過程進行監(jiān)控，引入“全過程監(jiān)控”教學(xué)模式[7-8]和過程評價體系。該實驗教學(xué)改革可促使學(xué)生將課程學(xué)習(xí)的抽象概念和實驗任務(wù)緊密結(jié)合，幫助學(xué)生將課程學(xué)習(xí)的基本理論和工程實踐有機結(jié)合，有效培養(yǎng)學(xué)生自主開展設(shè)計性、綜合性實驗的意識，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心的實驗課堂。

1“積木”式通信電子電路實驗平臺的設(shè)計

傳統(tǒng)的通信電子電路實驗多為單個功能電路的驗證性實驗，如“高頻小信號放大電路實驗”“高頻功率放大電路實驗”和“中頻放大電路實驗”等，實驗內(nèi)容相對單一獨立，較少考慮由單個功能電路拓展到整個通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)。因此，很難通過實驗使學(xué)生熟悉通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成，做到理論知識學(xué)習(xí)與實驗實施的有機融合，不能有效地發(fā)揮實驗課對基本理論學(xué)習(xí)的反饋彌補作用。通過通信電子電路實驗使學(xué)生自主完成收發(fā)系統(tǒng)的搭建，從而建立通信電子電路的系統(tǒng)整機概念，才能使學(xué)生真正掌握通信電子電路系統(tǒng)的基本內(nèi)涵[9-10]。

為在實驗教學(xué)過程中充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，真正引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課程組對通信電子電路課程內(nèi)容進行了梳理和凝練，其中涉及的功能模塊電路包含濾波器、選頻放大器、混頻器、振蕩器、調(diào)制與解調(diào)器、高頻諧振功放、鎖相環(huán)、頻率合成器等，將每個功能模塊制成獨立電路作為“積木”式功能電路單元，在其上設(shè)置輸入輸出端口，以此替代傳統(tǒng)的實驗板，形成更加靈活的實驗平臺。將19個“積木”單元按功能和布局分布在五塊實驗板上，每塊實驗板都配備一個直流供電模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1中每個“積木”單元都可完成功能獨立的基礎(chǔ)性實驗，通過基礎(chǔ)實驗操作，

使學(xué)生熟悉每個“積木”單元電路的功能，并且和課堂學(xué)到的基本知識點建立聯(lián)系，同時熟練儀器使用和電路調(diào)試測量方法，為通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)的搭建打下基礎(chǔ)。圖1中的每個“積木”單元都引出標準接口可和其他單元互聯(lián)組合，將不同的“積木”單元按系統(tǒng)構(gòu)成原理互聯(lián)即可構(gòu)建通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)。

“積木”單元電路的部分核心元件還設(shè)置一些空白，實驗中學(xué)生需從更為基本的“積木”式元件庫中選擇合適的元件以搭建一完整的功能電路，如圖2所示。學(xué)生通過自主梳理功能電路基本理論，完成核心元件的選擇，進一步加深對基本電路的認識和理解，為后續(xù)的系統(tǒng)搭建實驗做好充分的知識儲備。

2“積木”式通信電子電路實驗平臺的教學(xué)實踐

我校于2017年開始對通信電子電路實驗課程進行改革，開展“積木”式通信電子電路實驗平臺的應(yīng)用。在教學(xué)實施過程中，以通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成為主線，按需靈活選擇合適的電路模塊“積木”搭建能實現(xiàn)相應(yīng)功能的實用系統(tǒng)，實驗任務(wù)由基本任務(wù)和系統(tǒng)綜合設(shè)計任務(wù)構(gòu)成，施行以必做任務(wù)為基礎(chǔ)的任務(wù)不封頂實驗制度。改革后的實驗內(nèi)容更具層次性，知識點覆蓋面更為廣泛，不僅有利于學(xué)生建立通信電子電路的大系統(tǒng)概念，加強學(xué)生對基本理論的理解，而且可有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，構(gòu)建靈活多樣的通信電路系統(tǒng)，充分發(fā)揮學(xué)生潛能。新的實驗?zāi)Ｊ皆趯W(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)方面較以往都有很大的改變，教學(xué)實踐過程中都做了相應(yīng)的改革。

2.1“全過程監(jiān)控”教學(xué)模式的構(gòu)建

由“積木”式通信電子電路實驗平臺開展的實驗更具靈活性，傳統(tǒng)的教師示范式的驗證性實驗?zāi)Ｊ讲辉龠m合，因此引入“全過程監(jiān)控”的教學(xué)模式。教學(xué)過程是教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”兩方面活動的一種特殊形式，是教學(xué)活動的啟發(fā)、發(fā)展、變化和結(jié)束在時間上連續(xù)展開的程序結(jié)構(gòu)[11]。教學(xué)全過程監(jiān)控注重學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，通過針對新的教學(xué)內(nèi)容開展一種全新的學(xué)習(xí)方式，豐富和加強通信電子電路實驗教學(xué)載體，實現(xiàn)提升學(xué)生自主實驗?zāi)芰Φ哪康摹Ｈ^程監(jiān)控教學(xué)模式下，教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”不僅限于課堂，還包括課前和課后的相關(guān)活動，如圖3所示。

由圖3可知，教學(xué)全過程監(jiān)控框架下，教學(xué)貫穿于課前預(yù)習(xí)、課中實驗和課后的結(jié)果整理全過程，因此為實現(xiàn)有效的過程監(jiān)控，除了常規(guī)的實驗操作過程指導(dǎo)，將“課堂派”等現(xiàn)代化教學(xué)平臺引入實驗教學(xué)中[12-13]。課前預(yù)習(xí)階段教師通過平臺發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)和練習(xí)，根據(jù)學(xué)生的完成情況，集中針對共性問題做進一步的指導(dǎo)。學(xué)生通過平臺和指導(dǎo)教師進行一對一交流，解決預(yù)習(xí)過程中遇到的困惑和難點，保證實驗操作的順利進行。教學(xué)平臺引入的多種交互方式，打破了實驗課時間和空間的限制，避免了傳統(tǒng)模式下進入實驗室才能修正實驗方案的問題，及時解決了學(xué)生的預(yù)習(xí)疑難。

實驗課程中，指導(dǎo)教師集中介紹實驗任務(wù)、實驗形式和基本要求之后，學(xué)生將預(yù)習(xí)階段與教師溝通或小組協(xié)商制定的實驗步驟和實驗方案交由指導(dǎo)教師審核，審核合格的實驗小組方可領(lǐng)取“積木”式通信電子電路實驗平臺開展實驗。實驗操作過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)實驗儀器的使用和“積木”實體電路模塊的調(diào)試，指導(dǎo)教師對實驗進度做總體把握，不干預(yù)學(xué)生具體操作，將傳統(tǒng)被動實驗?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉嶒災(zāi)Ｊ健W(xué)生在操作中遇到的電路調(diào)試和測試問題可向指導(dǎo)教師咨詢，教師給予指導(dǎo)和提示。學(xué)生除完成獨立“積木”單元的實驗，還需自主將“積木”單元組合成通信電子電路收發(fā)系統(tǒng)形成最終結(jié)果。獨立“積木”單元實驗和綜合性系統(tǒng)實驗都經(jīng)由指導(dǎo)教師驗收后，給出評價，以備最終的實驗評定參考。

實驗結(jié)束后，學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果繪制曲線，并做實驗過程總結(jié)，撰寫一份完整的實驗報告。教師綜合驗收結(jié)果和實驗報告質(zhì)量給出學(xué)生個體評價，并對實驗共性問題分析總結(jié)形成下屆學(xué)生實驗任務(wù)布置的儲備資料。

“全過程監(jiān)控”的教學(xué)模式，教學(xué)活動不僅僅局限于實驗室，而是將教學(xué)平臺指導(dǎo)、操作面對面指導(dǎo)和課后評價總結(jié)緊密結(jié)合起來，形成一個閉合環(huán)，大大提高了實驗效率，明顯改善了實驗效果，避免了傳統(tǒng)實驗過程中學(xué)生被動實驗，進度慢，效率低的問題。

2.2 過程評價體系的構(gòu)建

配合“積木”式通信電子電路實驗平臺實行任務(wù)上不封頂?shù)膶嶒災(zāi)Ｊ?，并對?yīng)“全過程監(jiān)控”的教學(xué)模式，對學(xué)生的評價體系由單一的實驗報告結(jié)果考評向?qū)嶒炄^程評價的模式轉(zhuǎn)變，如表1所示。

（1）課前預(yù)習(xí)

學(xué)生進入實驗室前，教師通過教學(xué)平臺發(fā)布實驗安排、實驗內(nèi)容、實驗指導(dǎo)、預(yù)習(xí)要求和實驗操作思考題等相關(guān)資料。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)完成預(yù)習(xí)題目解答和預(yù)習(xí)報告，并按要求將結(jié)果提交到平臺，教師通過分析學(xué)生答題情況和預(yù)習(xí)報告的實驗計劃制定給出實驗預(yù)習(xí)成績。通過平臺教師和學(xué)生之間可實現(xiàn)一對一的指導(dǎo)，幫助學(xué)生做好進入實驗室前的準備工作，確保后續(xù)實驗過程的有效開展。

（2）實驗過程

依照課前制定好并由指導(dǎo)教師審核的預(yù)習(xí)報告，學(xué)生自主選擇“積木”單元和元件庫中的元件搭建實驗電路，完成一個獨立功能的電路即可向指導(dǎo)教師提出對該功能電路的驗收，教師根據(jù)電路連接、實驗操作和結(jié)果記錄給出成績。該過程中特別強調(diào)學(xué)生對實驗電路故障的排查能力，由實驗電路自身故障導(dǎo)致的結(jié)果偏差，若學(xué)生能給出導(dǎo)致偏差的原因則不會影響實驗成績，并且可依照故障排查能力適當加分。這樣可有效避免學(xué)生過分追求和理論結(jié)果的一致性，提高學(xué)生解決實際工程問題的能力。

除了搭建實驗電路完成測試，由“積木”單元構(gòu)成無線收發(fā)整機系統(tǒng)后，還增加了實驗考試環(huán)節(jié)。實驗考試采用考試機，考核主要包括兩個方面：一是由學(xué)生獨立操作將和硬件實體“積木”單元基本一致的模塊組成系統(tǒng)，以此考查學(xué)生對系統(tǒng)的宏觀認識和系統(tǒng)概念的建立情況；二是教師設(shè)置故障點，學(xué)生通過測試獨立完成故障排查，再次強化學(xué)生解決實際工程問題的能力。學(xué)生操作結(jié)束后，監(jiān)考教師依據(jù)學(xué)生的整機連接是否正確、故障排除的準確性和速度給出成績。

（3）課后實驗報告整理

實驗完成后，學(xué)生對“積木”單元電路和通信電子電路收發(fā)整機系統(tǒng)的實驗記錄進行整理，同時對結(jié)果和實驗中遇到的問題進行分析，解答問題并寫出心得體會，最終形成一份內(nèi)容豐富的實驗報告。教師翻看學(xué)生的實驗報告，依據(jù)報告各個內(nèi)容的完成質(zhì)量給出成績。

3“積木”式通信電子電路實驗平臺的實踐效果

華北電力大學(xué)于2017年開展基于“積木”式通信電子電路實驗平臺的綜合實驗，獲得的實踐效果如下：

（1）設(shè)計性、綜合性實驗容量加大

與以往的實驗板、實驗箱固定不變的設(shè)定型實驗內(nèi)容不同，“積木”式通信電子電路實驗平臺不指定“積木”單元的組合方式，完全由學(xué)生自主設(shè)計選擇元件庫中的元件并構(gòu)建整機系統(tǒng)。測試內(nèi)容的制定和測試點的選擇完全由學(xué)生依據(jù)電路所實現(xiàn)的功能自主完成，不僅增加了實驗內(nèi)容的設(shè)計性和綜合性，更有利于培養(yǎng)學(xué)生從實際系統(tǒng)的角度分析問題和解決問題。

（2）形成分層次、個性化的實驗?zāi)Ｊ?/p>

在完成基本實驗任務(wù)的基礎(chǔ)上，采取任務(wù)上不封頂?shù)膶嶒炓?，學(xué)生可根據(jù)自己的進度和能力完成擴展性實驗任務(wù)，實驗項目的設(shè)置更加適應(yīng)不同程度和不同需求的學(xué)生。

（3）學(xué)生的主體地位得到強化

“積木”式通信電子電路實驗平臺強調(diào)以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)模式，采取全過程監(jiān)控，保證了學(xué)生在教師引導(dǎo)下自主設(shè)計完成實驗全過程，徹底改變了以往“教師演示，學(xué)生仿照”的實驗教學(xué)模式。實驗平臺將實驗教學(xué)活動的主動權(quán)交給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生自主運用課程學(xué)習(xí)的基本理論制定實驗計劃，提高了學(xué)生實驗過程中分析問題和解決問題的能力，同時使學(xué)生加深對基本理論的理解。

4結(jié)語

“積木”式通信電子電路實驗平臺注重培養(yǎng)學(xué)生自主實驗的能力，不僅僅開拓了學(xué)生的思維，有效幫助學(xué)生鞏固課程學(xué)習(xí)的基本理論，促使學(xué)生將理論應(yīng)用于實際工程，同時融入對學(xué)生個性化、差異化的培養(yǎng)，滿足學(xué)生開展探索性、研究性學(xué)習(xí)的需求。結(jié)合實驗平臺，構(gòu)建“全過程監(jiān)控”教學(xué)模式和過程評價體系，將教學(xué)活動延伸到課前和課后，幫助學(xué)生在課中高效完成規(guī)定實驗任務(wù)，積極開展拓展實驗，強化通信電子電路系統(tǒng)的整體概念，建立完善的知識體系，進而提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。