虚实结合《通信电子线路》实践教学改革研究

安媛 吴江 张凯亮 赵海峰 李硕

摘要：《通信电子线路》课程是电子信息工程类专业和通信工程类专业的专业必修课程，课程理论性和实践性均较强。本文针对现有通信及信息行业的发展现状和对人才的需求，提出虚实结合的《通信电子线路》实践教学模式，将“自行设计性实验”“虚拟仿真实验项目”引入《通信电子线路》课程的实践教学中，培养学生专业知识综合运用能力，以迎合应用型本科人才培养需求。

关键词：虚实结合；通信电子线路；实践教学

“应用型”本科人才是“应用型”本科院校的培养目标与定位，与传统本科人才和“科研型”本科人才相比，应用型本科人才需要具备更为扎实的基础理论知识架构以及更为显著地将理论知识应用到实际生产生活中的能力。在此培养目标驱动下的培养体系更加强调学生具备完整且清晰的理论知识体系，强调学生能够做到学以致用，要求学生能够将所学专业知识充分运用到社会生产实践中，为一线生产提供必要的技术支持，以解决生产中的技术难题。这就要求应用型本科院校在实际教学过程中，课程教学团队要深度挖掘相关课程知识的应用型特征，注重课程实践教学环节，充分培养学生的动手实践能力的同时提高学生专业知识综合运用能力，以达到技术应用型本科人才的培养目标。

《通信电子线路》是通信工程类专业和电子信息工程类专业的一门专业必修课，该课程在电路、模拟电子技术、通信原理、信号与系统等专业基础课程开设的基础上进行相关教学活动。《通信电子线路》课程教学目标为引导学生充分利用前期专业基础知识对通信过程中常用电路模块的工作原理、电路构成及性能指标进行分析和研究。在电路分析过程，课程教学团队通过课堂理论教学环节将通信电子线路课程中的基本理论、基本电路设计方法和基本电路性能分析技能传授给学生，注重培养学生的通信电路系统的分析和设计能力。除课堂理论教学环节外，教学团队通过课程实验与实践教学环节，以实验项目为导向，充分激发学生的学习主动性，培养学生知识综合运用能力、问题解决能力、创新实践能力等应用型本科人才要求的综合能力。

根据以上《通信电子线路》课堂理论教学任务和实践教学任务分析可知，通信电子线路实验作为通信类专业和电子信息类专业一个重要的实践教学环节，对于“应用型”本科人才的培养有着举足轻重的作用。由此，本文提出了验证实验、仿真实验、综合设计实验相结合的通信电子线路课程实践教学模式，打破了传统的实验箱“验证式”实验教学模式。针对现有通信行业及信息类行业的发展现状和相关行业发展对应用型本科人才的需求，本文将“自主设计性实验”和“虚拟仿真实验”引入《通信电子线路》课程的实践教学环节中，以项目为导向，综合培养学生的实践创新能力和综合知识运用能力，达到应用型本科院校人才培养目的，夯实应用型本科院校发展立足点。

一、《通信电子线路》实践教学改革必要性

《通信电子线路》课程是理工类高等院校电子信息工程类专业和通信工程类专业的专业必修课程，该课程的理论性和实践性均强于其他大部分专业课，对于培养学生的综合知识应用能力和实践创新能力具有关键性作用。《通信电子线路》课程主要讲授通信产业中常用的高频通信电路模块的原理、概念以及电路性能分析、设计方法等专业知识。同时，《通信电子线路》课程与通信行业实际生产发展状况密切相关，因此该课程在教学过程中需侧重于引导学生建立起通信系统中的基本理论知识框架、培养学生掌握非线性电路分析方法、教会学生基本通信电路模块设计方法，并通过实践教学环节培养学生的学习能力、问题解决能力、实践创新能力及团队协作能力等，以达到应用型本科人才培养目标并符合当前通信产业实际生产对相关人才的需求。

目前，大部分应用型本科院校在《通信电子线路》课程教学过程中偏重于理论知识的讲授，缺少对课程实践教学环节的重视度，或对实践教学环节的重视度不足，此类教学模式易导致学生学习主动性减退，對专业知识的掌握过于空泛，偏离了该课程的教学目标。针对《通信电子线路》课程实践教学过程中暴露出的问题，国内部分高校根据自身培养目标和教学体系对《通信电子线路》课程教学模式的改革做出了相应探索。西安电子科技大学作为国内最早开设通信电子线路课程的高校之一，一直致力于该课程教学模式的改革，课程教学团队建设了国家精品课程，课程实践教学环节采用学生分组完成相关实验课题的形式，摒弃了传统的实验箱实验教学形式等；武汉大学在《通信电子线路》课程实践教学探索过程中，采用基础实验与仿真实验相结合的形式进行实践教学，通过仿真实验学生可形象直观地理解元件参数对电路性能的影响，增强电路分析、设计能力。

结合我校作为“应用型”本科院校的立足点，并以我校NI（美国国家仪器公司，NATIONAL INSTRUMENTS）专业实验中心为实践教学基地，将《通信电子线路》实践教学模式改革为先导，探索适合我校学生的应用型本科人才培养模式。本文在研究、剖析《通信电子线路》理论教学内容和实践教学内容的基础上，将虚拟仿真软件LabVIEW有效融入实践教学过程中，通过仿真软件将各类通信电路模块中元器件参数形象化，以便于学生形象直观地观察到通信电路模块性能受元器件性能的影响。同时，教学团队在实践教学过程中以项目设计为导向，全面激发学生的学习主动性，从根本上改善教学效果，达到应用型本科人才培养目标。

二、LabVIEW仿真软件介绍

LabVIEW仿真软件在被提出的二十多年里被各界工程师和科学家作为标准图形化设计平台，LabVIEW软件源于开发者发现相对于通过输入一串串命令进行相关操作，开发者使用鼠标和图形化界面时所发挥出的创造力和高效率是前所未有的，因此“图形化”编程理念成为LabVIEW的最根本关键。用户在利用LabVIEW仿真软件进行电路设计时，仅需要利用软件提供的图形结构来实现电路模块功能的编程，不依赖也不需要进行文字代码编程。因此，LabVIEW仿真软件对于用户语言编程基础的要求为零，适用于任何层级阶段的用户，尤其对于无编程基础的电子信息类专业学生用户更为友好。学生用户利用LabVIEW仿真软件能够快速入门电路仿真设计，同时该软件图形化的操作界面避免了文字代码编程的繁琐性和干枯性，提高了学生主动学习兴趣，彻底激发学生积极探索的学习欲望。同时LabVIEW仿真软件可以通过改变软件来实现不同仪器仪表的功能，相当于软件即硬件，学生用户可将软件作为硬件来开展各项实验项目设计工作，避免因对硬件不熟悉而延误实验活动的开展。

三、虚实结合实践教学方法实施过程

本文旨在通过将虚拟仪器仿真软件LabVIEW融入《通信电子线路》实践教学过程中，摒弃传统的实验箱实验教学模式，研究探索新的《通信电子线路》实践教学模式。本文拟采用基础实验箱操作实验+虚拟仿真设计项目+综合设计性实验模式的《通信电子线路》实践教学新模式。整体实践教学过程中，以学生自主设计实验项目为主，只有在实验项目进展受阻时方才引入教师指导。在该实践教学模式下，教师引导学生以实验目的为导向，通过理论知识的综合运用来完成实验项目，可充分激发学生的学习主动性，培养学生学习能力、知识综合运用能力以及创新能力和实践能力等。

（一）基础实验箱操作实验项目

实践教学过程中，指导教师可指导学生将《通信电子线路》课程中与基础知识相关的实验通过验证性实验操作来完成，如高频小信号调谐放大电路、LC谐振回路设计等实验，该部分实验项目对学生的电路设计、分断能力要求较低，学生可通过实验箱来完成电路的设计，并利用实验室常用测量仪器对电路参数进行测量及对电路输出波形进行观察，进而根据实验结果进行电路原理及特性分析。在此类实验项目开展过程中，任课教师需要根据学生实验项目进展情况，为学生布置不同层次的试验任务，以便于引导学生对实验项目开展的层层推进，帮助学生加深对专业理论知识的掌握程度。

如在高频基础电路部分，学生可选“单调谐回路谐振放大器”实验项目，通过实验箱完成实验电路的搭建，任课教师可为学生布置以下实验任务：

①基本任务。将P1接通，开关K1、K2全部置于断开状态，测量电路静态工作点，判断BJT是否工作在放大区；过K1接通回路电阻，通过K2选择相应的直流偏置电路，改变谐振回路，并将高频信号发生器的信号输出频率设置为4MHz，实验过程中缓慢调节C2，同时利用示波器观察谐振放大器的输出由不失真到失真的过程。

②拓展任务。要求学生根据谐振回路电路原理，简要说明电路静态工作点的变化及其影响因素。

通过基本任务和拓展任务，学生能够对谐振回路的工作原理、过程以及工作状态的改变有了更为清晰详细的理解，基本建立起该课程的专业知识架构。

（二）虚拟仿真实验项目

利用LabVIEW虚拟仿真实验环境，学生可方便快捷地验证实验参数对电路性能的影响，不需考虑硬件电路所存在的限压、限流等硬件问题。实验过程中，可潜移默化地培养学生的创新意识和电路设计能力。该部分实验适用于可调性较强的通信电路，如振荡器设计、幅度调制及解调电路设计等。比如在幅度调制与解调电路部分，学生可根据信号幅度调制原理在LabVIEW虚拟仿真环境中创建信号调幅电路，设置电路参数，通过前面板观察调制信号波形和调幅信号的频域、时域特征，能够更加直观地观察到信号的时域频域变化，如图2所示。LabVIEW虚拟环境中调幅电路程序框图如图3所示。

在此类实验项目开展过程中，任课教师需提醒学生根据信号调幅原理在参数设置过程中注意电路调幅系数的改变，避免出现过调制现象。学生在电路设计过程中，可清晰观察到电路信号流运行过程以及调幅信号的变化过程，对信号调幅过程有了更为深刻的理解。同时，电路调幅系数的改变对实验结果的影响可直接在前面板中显示，学生可更为直观地理解信号调幅原理。

（三）综合设计性实验项目

通过合理整合《通信电子线路》相关课程知识，教学团队为学生提供可选设计性实验项目，学生根据实验项目要求自行设计实验方案，完成电路原理分析设计以及电路性能测试等。同时，指导教师可选择部分电路供学生完成实际电路的制作。该部分实验适用于知识综合性较强的实验项目，如小功率调频发射机设计、朝外差式收音机设计等。

比如FM调频收音机设计项目，学生在该实验项目实施过程中，需要综合前期所学专业知识，利用电路设计能力通过变频、多级放大、检波、低放等电路环节实现FM收音机设计。同时，学生可利用“電路”课程中所获取的PCB板制作知识将电路原理图转化为PCB板，在PCB板的基础上完成电路元器件的焊接，利用电源、示波器、信号发生器等一起对电路性能进行实际调试。学生在进行电路设计之前，需对调频电路原理、信号放大器电路原理、双调谐选频网络电路原理、相位鉴频器原理以及小功率调频发射与接收原理等有足够的了解和掌握，这对学生的理论知识体系架构以及专业知识掌握程度都是极大的挑战，也能从本质上提高学生的综合知识运用能力。该部分内容可作为提升类实验项目，通过前期学生实验项目进展情况，由指导教师遴选和学生自主报名方式相结合筛选出完成此实验项目的学生，指导老师应全程跟进项目的推进和开展，以保证最终电路实验效果。此类实验项目还可作为后续课程设计、大学生创新训练项目、学科竞赛初试等备选项目，主要旨在培养少数优秀学生更高层次的实践创新能力和综合知识运用能力，形成多层次学生培养体系。

四、结束语

本文通过对传统《通信电子线路》教学模式的改革，实现基础实验箱操作实验+虚拟仿真设计项目+综合设计性实验模式的《通信电子线路》实践教学模式，将LabVIEW虚拟仿真软件融入，探索新的课程实践教学模式。根据专业知识架构以及实验内容难易程度采用相应的实践教学手段，以实验项目为导向，激发学生学习主动性，并能多方位培养学生实践创新能力和专业知识综合运用能力，提高教学质量，符合我校应用型本科院校发展定位。

作者单位：安媛 吴江 张凯亮 赵海峰 李硕

徐州工程学院

参  考  文  献

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