“高频电子线路”信息化教学方法研究

王晨 何林远 唐红 马时平 高山

摘要：“高频电子线路”课程具有理论抽象、公式众多、电路分析复杂等特点，学生在学习过程中难以理解和掌握。因此，文章研究了结合多种信息化手段的教学思路和方法，通过虚拟仿真实验帮助学生感性地理解课程中抽象的理论分析过程；利用网络建立兴趣小组，对学习过程中出现的问题及时反馈并进行讨论和解决。这些信息化教学方法的使用，可以有效提高学生的学习效率和电路设计能力。

关键词：高频电子线路；信息化教学方法；虚拟仿真实验；兴趣小组

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2019）35-0171-03

“高频电子线路”[1]是一门信息与通信类专业的基础理论课，同时也是许多其他相关专业重要的通信类选修课。本课程是在已经掌握《电路分析基础》、《模拟电子线路》和《信号与系统》等课程的基础上，着眼于学科专业发展和现代技术装备实际，使学生理解无线通信技术的基本思想和方法，并能运用这些方法来解决实际问题的一门课程。本课程也可以为学生后续专业理论课程，例如，通信原理、导航原理、导弹制导系统原理、雷达原理和微波电子线路等课程的顺利完成以及未来新技术的开发打下扎实的理论基础。而在有限的课堂教学时间内，由于学生人数众多，讲授内容抽象，很难达到理想的教学效果。所以，如何在现有条件下，通过使用多种手段和方法来巩固和提高学生对课堂内容的理解能力，培养学生的自主分析能力，是目前本课程教学中需要探讨的问题[2-4]。

本文从教学对象、课程特点、教学条件、教学方式四个方面分析了“高频电子线路”教学中出现的难点，并研究结合多种信息化方法和手段的教学方法。

一、“高频电子线路”教学现状分析

“高频电子线路”课程涉及各种LC谐振回路、高频小信号放大器、混频器、高频功率放大器、正弦波振荡器和调制解调等无线通信系统中主要功能模块的介绍与分析。课程的每个章节都对应无线通信中的一种功能模块，它们既相互联系又相对独立。由于“高频电子线路”是一门以实验为基础的课程，所以，往往理论分析无法像数学分析那样严丝合缝。另外，知识点多、公式复杂等也成为学生学习过程中普遍难以掌握的原因。我们将这些难点进行如下的总结与分析：

（一）课程特点分析

“高频电子线路”属于非线性电路的研究范畴。电路从线性到非线性，必然会给学习者带来一些难度上的提升，例如，电路分析时误差大小的选择、特性方程的获取、分析方法的选择以及不同应用场合下状态的选择，等等。

（二）教学条件分析

目前，由于“高频电子线路”是通信类专业的必修课，所以学生人数众多。例如，一个120人的教学班，需要大量的实验设备才可以满足基本的实验硬件要求。另外，由于课程设置的原因，课内的实验时间也不能满足学生的学习需求。

（三）教学方式分析

对于“高频电子线路”的课程教学，目前大多数采用的是老师讲授和PPT演示的方式。但是，从往年的教学效果来说，这种灌输知识的方法会使学生觉得枯燥，逐渐失去学习的兴趣。

面对学生，老师需要采用更为灵活的教学方法，以提高学生的学习兴趣，改变过去“老师为中心，书本为中心，课堂为中心”的教学方式，转向以“学生为主体，老师为主导”的创新教学方法，实施开放式教学，培养学生的参与意识，提高学习的自觉性。

二、“高频电子线路”信息化教学方法

目前大学本科教学中，“高频电子线路”课程的教学对象均为1995年以后出生的年轻人。他们具有接受能力强，收集信息途径多，自信心较强的明显优势，对新生事物敏感。但同时也存在动手能力弱，对经典课程缺乏学习动力，交流能力有限的一些不足。如何有效提高他们对课程的学习兴趣，激发他们的学习动力是目前亟待解决的问题。

我们通过虚拟实验+兴趣小组的方式对传统的课堂教学进行有效的补充和改进，并取得了较为理想的教学效果，学生们之间的探讨和研究热情日趋高涨。

（一）虚拟实验仿真

1.Multisim电路仿真。Multisim[4]是由美国推出的一种电路仿真软件，非常适用于模拟和数字电路的设计和仿真实验。人们可以使用Multisim交互式地进行各种电路原理图的设计并得到相应的电路测试结果。由于这种虚拟工具使用方便，人们只需要在个人计算机上安装一下就可以使用，所以它被越来越多的老师作为弥补实验资源不足的有效手段。

利用Multisim这种虚拟仿真软件，学生们可以用一种新的更感性的方式巩固已经学习的电路设备及其性能，也可以自己动手开发一些感兴趣的功能模块，有效缩短理论与实践之间的距离，提高学生的学习兴趣，有利于学生对课程内容的巩固和掌握。

本节以混频器为例，給出虚拟实验的实际应用。利用Multisim进行虚拟实验，可以使学生直观地看到混频的过程，其效果是传统教学难以比拟的。

二极管环形混频器具有噪声小、动态范围大、组合频率少等特点。其滤波之前的波形可以表示为：

i=■v■s（t）（1）

其中，R■为负载，v■为输入信号，S（t）为开关函数，它受本振信号的控制周期变化。

根据环形混频器的课堂分析可知，环形混频器是由4个二极管组成，相当于2个平衡混频器。图1给出了Multisim的仿真电路，其中二极管D2与D3是一组，D1和D4是另外一组，它们分别在高频交流大信号，即本振信号v3的正负半周导通。

图2中我们给出了如图1所示的环形混频器的测试结果。图中我们使用双通道示波器观察环形电路单输出端和差动输出端的不同结果。通过这种方式，学生可以很直观地了解环形混频器的基本结构和输出结果的特点。

2.Matlab仿真。Matlab[5]也是美国开发的一款商业数学软件，它成功地用于算法开发、数据分析以及数值计算，是应用非常广的一种仿真软件。

在高频的教学过程中，有一些信号特性分析可以利用Matlab软件进行有效的模拟和仿真。如图3所示，以调频信号的特性为例，我们可以容易地画出不同调制信号强度水平下的信号频谱，进而引导学生根据直观的频谱图自主分析得出调制信号强度变化对调频信号频谱的影响。[6]

当然，学生刚开始进行仿真设计时不会一帆风顺，他们会遇到各种各样的问题和困难。我们需要一种方式帮助学生之间有效地进行同类问题的讨论，加强他们对问题的深入研究，同时也需要一种更便捷的方式拉近老师与学生之间的距离，让师生之间的交流和沟通不止于课堂上。

（二）兴趣小组

为了更好地解决在“高频电子线路”课程学习过程中的问题，加强学生之间以及学生与老师之间的交流，我们利用网络建立了不同类型的兴趣小组。每一个兴趣小组会针对一类核心问题，例如，高频功放中失真的解决方法，以及它所衍生出来的通信中的线性化问题，等等。每个问题的提出以学生为主体，老师可以参与兴趣小组的讨论，也可以引导学生提出相关新的问题，并均衡每个兴趣小组之间的联系，适时对相同或相近的兴趣小组进行并组等指导。

1.组织方法。在兴趣小组的建立体系中，学生是主体，他们根据兴趣自由组合，同时在微信中建立以主旨问题命名的聊天群，方便组员之间以及小组成员与老师的随时交流。对于个别没有通过和别人自由组合进入兴趣小组的同学，老师需要引导帮助他们顺利进入合适的兴趣小组。兴趣小组需要阶段性向老师汇报学习和研究进展。

2.研究手段。在兴趣小组中，学生们可以利用一切可以利用的资源进行学习和研究。比如，如果相關理论没有很好地掌握，可以选择和老师交流，也可以找知名学校的网络课程进行在线学习；若不了解有些问题的研究现状，可以下载相关的参考文献进行研究。总之，在如今这个信息共享的时代，老师需要引导学生发挥主观能动性，充分利用共享的学习资源进行有效的学习和研究。

3.成果展示。课程学习过程中，可以利用课余时间安排每个兴趣小组就研究内容或研究成果向全体同学进行介绍和汇报，并接受大家的质疑。通过这种方式不但可以督促学生自主学习的积极性，还可以锻炼他们的表达能力、应变能力等综合素质。

三、结语

“高频电子线路”作为电子类和通信类专业的必修课，对于学生专业能力的培养具有重要意义。在传统教学模式下，由于该课程概念抽象、公式繁多、电路复杂等特点，使得教学效果并不理想。通过对传统教学理念和方式不断改进，充分调动学生的学习积极性，培养他们的学习兴趣。我们在传统授课的基础上，引入开放式教学理念，充分利用信息化手段，让教学不只停留在课堂上，使抽象的理论变得一目了然，有效提高学生的自主分析与设计能力，为学生进行更深入的专业学习和研究奠定良好的基础。

参考文献：

[1]张肃文.高频电子线路[M].第5版.北京：高等教育出版社，2009.

[2]周梓发，吴波，李超英.《高频电子线路》教学改革探讨[J].教育教学论坛，2018，6（24）：136-137.

[3]刘玉龙，李晓辉，刘乃安，徐征.“高频电子线路”可视化教学方法研究[J].电气电子教学学报，2016，38（2）：102-105.

[4]谢晶.《高频电子线路》课程教学改革的研究与探索[J].教育教学论坛，2016，2（5）：62-63.

[5]聂典，李北雁，聂梦晨，宿潇鹏.Multisim12仿真[M].北京：电子工业出版社，2017.

[6]沈再阳.Matlab信号处理[M].北京：清华大学出版社，2017.