解决通信电路基本实验与课程设计跨度过大的探索

殷 明，朱昌平，赵国芬，李书旗，张秀平

（河海大学电子信息技术实验中心，江苏常州 213022）

在塑造卓越工程师的当今大学校园，各个年级都有那么一些动手能力强、善于思考、勤于研究的学生日夜沉浸在实验室，他们用思想的火花创造出一个个崭新的作品，有些作品甚至投入到市场经济的运作中成为了工农业生产的产品，各种发明专利也应运而生，成为了科技生产力。成果的取得、人才的造就是每一个教育工作者欣喜和渴望的，然而，取得卓越成就的学生毕竟少数，把广大学生都培养成为卓越工程师、将教育部推行的卓越计划落到实处，是教育者刻不容缓的责任。为此，响应教育部精英教育与大众教育相融合的指导方针，在成功孵育“英才班”的同时，还必须思索如何为广大学生“量体裁衣”，打造适合他们的、能被他们接受的，或者说他们乐于积极参与的教学过程［1］。作者教学团队在通信电路实践教学过程中分析、总结了影响实践教学效果的因素，开展了解决相关问题的实践探索，收到了良好的成效。

1 通信电路传统实践教学模式存在的弊端分析

工科类大学实践教学环节按照知识架构的完善程度，循序设有课程作业、阶段大作业、课程实验、课程设计，并且伴随着专业知识的丰富与拓展，认识实习、生产实习等集中性实践环节贯穿其中［2］，其架构如图1所示。

图1 实践教学环节一般模式

长久以来，各高校都是按照这样的模式开展实践教学，这是传统也是经典的模式。对于基础型平台课程，这种模式行之有效，学生也广为受益。然而，在教学实践中发现，对于诸如“通信电路”这样的专业基础课及相关专业课程，若仍然照此运作，少数“优秀”学生（长期在实验室，跟随导师做课题的）或许进行得尚为顺利，而大部分学生则似乎不适应，呈现茫然、被动、不知所措的状态。这种现象的出现，除了学生主观上的原因，很大程度是由于通信电路本身对实践环节要求上的差异。

1.1 通信电路基本实验与课程设计两环节跨度过大

（1）通信电路基本实验基于实验箱的操作，学生自主创新不够。按照传统实践教学模式，通信电路在理论教学过程中，根据教学进度表并结合每一章节的内容穿插实验，通过实验加深学生对理论知识的巩固和理解。这些实验通常都是基于实验箱的操作，包括对电路工作点、工作状态的测试和调整，以及对电路参数与运行指标的测定、对影响电路性能及主要技术参数的分析和调整等，即便是进行一些人为设置故障的分析与排除等实验，也是基于实验箱的各种操作。实验电路或实验系统都是经典、成熟的，学生只需按照实验步骤完成实验即可。而通信电路因其电路的频率特性及元器件的非线性特性，使得理论设计与实际结果并不能完全一致［3］。因此，真正在电路设计、制作与调试过程中出现的各种问题，学生并没有接触到，学生从实验中获得的自主实践与创新的能力极其有限。

（2）课程设计结合工程实际，偏重系统应用制作，难度大，学生不易完成。通信电路理论课（包括课内实验）结束后进行课程设计，为期2周，设计制作通信系统中的发射－接收整机系统。设计本身结合工程实际，切合通信系统的应用，理论与实际相结合，注重实用性，能让学生了解并接触工程雏形，有利于培养学生卓越工程师的基本工程素养［4－5］。但是，对于前期基本实验都在实验箱上完成的学生来说，在短短的2个星期里，从设计电路、制作PCB 板、元器件焊接到整机调试，每一步都会遇到各种问题，每一步都面临挑战，难度相当大，只有少数学生能独立按时完成，他们基本上都是实验室创新梯队的成员，而其他学生则依样画葫芦，或者在别人的“帮助”下完成。究其原因，是“基础准备”工作不够，从基本实验到课程设计，两者的实践要求跨度太大，学生不易完成。

1.2 通信电路实践教学计划学时有限，课外开放性实践对学生约束力不够

（1）实践教学学时受限，学生自主锻炼受局限。教学计划中各实践环节的设置受限于占总学分的权重，学时数受限［6］。通信电路实践教学也不例外，计划学时有限，既要让学生由浅入深、由易至难经受基本实验的熏陶，还要让他们得到工程实际的动手锻炼，实际情况是欲速则不达。基本实验的学时数不能满足学生基本实践技能锻炼的需求，学生自主实践活动受局限。

（2）课外开放性实践活动缺乏约束力，学生参与度低。既然计划内学时有限，课外开放性实践创新活动不失为很好的措施。卓越计划的实施，为大学生实践创新活动在场地、设备条件及服务与管理等资源的提供方面都上了一个台阶。但是课外开放性实践活动不在教学计划之列，不占学分，对学生没有约束力，全凭学生自己的兴趣爱好，学生参与度低。只有部分参加“大创计划”［7］或进入教师实验室团队的学生获益［8］，他们在各种实践教学活动中能力出众，成为“高手”，然而，这样的学生毕竟只是少数，大部分学生缺乏主动性，存在学习惰性，没有主动锻炼的愿望。

2 改进通信电路实践教学模式，克服实验与课程设计跨度过大的探索

2.1 缩小跨度，改善基本实验与课程设计契合度可行性分析

要缩小基本实验与课程设计的跨度，首先要确定产生跨度的因素。基本实验的实践主动性较弱，课程设计的自主创新性强，改善两者之间的契合度可以从以下2方面分析:

（1）基本实验由“测”变“做”，稍作提高，易于实现。通信电路基本实验属于理论课的课内实验，一般都在实验箱上完成，学生通过实验电路了解、熟悉、印证理论知识在实际系统中的应用。学生接触的是现成的电路，借助一些仪器仪表对电路的状态、参数进行调整、观测，以测为主。而课程设计需要学生自主设计电路、制作电路，这个过程学生没有实践经历，将给后续课程设计带来困难。所以，结合基本实验的现有电路，让学生尝试按照典型电路来自行制作较为简单的实际电路板，并以功能相对独立的小型单元电路为蓝本，变“测”为“做”，在难度上稍有提高，又易于实现。

（2）课程设计拆“整”为“单”，化解难度，做好基本储备。通信电路课程设计要求设计制作一个实际的收－发通信系统。设计的系统性强，制作难度大，要综合考虑的因素多、双层或多层布线要求高，焊接技术，尤其是贴片元件的焊接也是考验，而系统的优化和多级联调等都是难点。宏观上可以通过把整机系统拆分为多个功能相对独立的单元电路来化解难度，在前期的基本实验教学过程中，适时地选择相应的典型电路让学生先行自主实践制作，使学生得到一定的“基本储备”。有了这些基本功，学生应对课程设计中系统的设计、制作和调试就自然得心应手了。

2.2 改进实践教学模式，“基本实验”辅以“电路制作”实践小环节

基本实验与课程设计跨度过大致使实践教学达不到预期的效果。通过对通信电路实践教学模式的探索来寻求改善两者契合度的方法。

（1）基本实验作为电路制作的基础和依托。书本上的理论知识转换成实际应用，最直观的了解方式是基本实验。学生基本实践能力的锻炼、实践创新活动的开展离不开基本实验的实物认知过程。工程化的理念、系统化的设计思想以及具体的运作参数指标等都给了学生对通信电路全面系统的概念。然而，基本实验还只是学生认识、理解系统电路的层面，至于如何能制作出完善的系统电路，仅仅通过基本实验的训练是不够的，要在此层面的基础上再提高，通过电路制作来探索。因此，依托基本实验，以基本实验为基础引导电路制作，把实验箱上的参数指标、工作状态用自己制作的电路呈现，使学生踏踏实实、一步一个脚印地得到基本实践技能的培养与锻炼。

（2）电路制作为课程设计做好实践能力储备。课程设计兼具了对通信工程师的初步要求，这让仅仅经历了基本实验训练的学生无所适从。电路制作是激发学生自主创新的全新探索过程，学生在教学过程中的角色由被动的“学”转换为主动的“探索”［9］，这种主人翁的态度体现在学生主动思考问题、主动查阅资料、主动商讨方案、积极地仿真和实验等。在这个过程中，学生学到书本上没有的东西，为课程设计积累了经验，提高了动手能力

（3）灵活设置实践小环节，有效克服基本实验与课程设计跨度过大的问题。设置电路制作实践小环节面临的2个主要问题是课时与约束力。通信电路课程总学时64学时，其中课内实验8学时。对于通信电路这门课来说，用这么少的实验课时诠释相关知识点已经是捉襟见肘了，更不可能拿来作为电路制作的学时。因此要从教学管理上动脑筋，贯彻“三层次”［10］实验教学方法，充分利用课外实践资源布置学生课外实践。实验室提供实践场地、工具、仪器、制版设备等，并给予少量创新实践经费给学生购买元器件。实验中，教师指导，辅以有创新实践经验的学生为助手，分组进行单元实验电路的制作，完成并通过验收计入实验成绩。这样的课外实践不占正常实验课时，利用学生的课余时间，引领学生迈出了走进实验室的第一步，当然这需要教师付出更多心血。利用课外，实践资源开展实验，既解决了实验课时不足的矛盾，也因加入了教学管理手段，对学生具有了约束力，达到了人人参与的效果。实践制作小环节的具体设置灵活多样，可以设置一个或几个，也可以先易后难，从制作单级电路到较为复杂的多级电路等，根据课程设计的要求来进行调节。通过这些实践小环节真正解决学生对实践教学的需求，有效克服基本实验与课程设计跨度过大的问题，使学生的实践创新能力培养工作更加务实。

3 通信电路实践教学模式改革成效

3.1 缩小了实践教学环节的跨度，学生实践能力锻炼不断档

学生对实践活动的兴趣、参与度跟实践活动的难度、广度以及学生本身的能力程度相关，设置学生实践活动跨度要符合学生的学习规律和学习心理。在课程基本实验基础上增设单元电路板制作的小型实践环节，奠定了后续课程设计的基础，使学生面对系统性的课程设计时不再迷茫、手足无措，他们有了基本的实践能力储备，能适应这个实践跨度，独立而自信地完成课程设计与制作。设置实践小环节避免实验环节的“断链”现象，缩小了课程实验与课程设计的跨度，承上启下，增强了2个实践环节之间的契合度，过渡自然，学生实践能力锻炼不断档，教学效果显著。

3.2 亲手制作的成就感激发学生实践创新兴趣，参与度高

学生的实践小环节活动是从最基本的软件仿真、电路设计、PCB 板制作、元器件焊接、电路调试，包括电路图转印、压板、泡板等基础工作做起，把整个电路板制作流程过了一遍，又只是一个单元电路，难度、广度不大，在学生能力范围之内，每一步学生都比较容易看到成果，且引人入胜。尽管之前也有其他平台课的课程设计等实践活动，但大多停留在仿真、万能板调试的层面，跟实际的电路板制作存在一定差距，得不到真正的实践经验，学生兴趣不大。而亲手制作的成就感激发了学生实践创新的兴趣，学生由原本被动、消极的状态变为积极、主动地投入，每个人在实践活动的全过程中学习、动手、探索和总结，每个细节都倾力体验，真正将所学理论知识与实践相结合，并且在实践中获得成就感与快乐［11］。

3.3 创新实验室不再是少数“高手”的地盘，广大学生享受丰富的实践资源

实践小环节激发了学生动手实践的兴趣，调动了学生实践创新的潜能。在实践活动中，那些长期驻扎在实验室进行各种科技创新活动，或跟着导师做课题的学生格外受到学生的追捧，因其实践能力的超前量，是学生眼里的“高手”，俨然成为“小老师”。他们的实践能力和经验极大地鼓舞和带动了一批学生也成为了实验室的主人，因此更多学生的实践能力得到了提高。近年来，加入实验室的学生越来越多，参加大学生六大学科赛事的人数也越来愈多。今年，仅信息学院被选拔参加全国大学生电子设计竞赛的学生就达37 组，100多人。创新实验室不再是少数“高手”的地盘，广大学生享受着丰富的实践资源。

4 结束语

实验、设计等实践环节使学生知识与能力不断积累，是实际应用、解决问题、创造发明的摇篮，也是培养卓越工程师不可或缺的基本实践技能训练［12］。我们以现有的基本实验与课程设计环节结合学生的能力状况、学习需求、从众行为等实际情况，灵活增设了一些可调控实践小环节，增强了实验与设计环节的契合度，减小了2个环节之间的跨度，使学生能从实验教学过程到独立课程设计，自然而顺利地过渡，有效提高了学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。

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