“通信电子线路”课堂教学改革研究

胡宝晶，杨 利

（云南农业大学 a.理学院；b.大数据学院，云南 昆明 650201）

“通信电子线路”是高等工程院校电子信息专业本科生的专业基础课程，旨在培养具有扎实的专业理论知识、动手实践能力和电路设计能力的学生。然而由于该课程主要涉及非线性电子线路内容，课程难度较大。同时，传统教学模式主要采用单方面知识传授，学生不知道如何运用所学知识，只为应付考试。加之传统的教学内容、教学方法等也面临着一些相对落后于时代和社会需求的问题。若不能够根据院校自身特点进行适宜的改革，必将导致教学效果不理想，降低该课程的意义与价值。本文通过分析“通信电子线路”在教学过程中存在的问题，提出了增加思政教学和实例教学内容的建议，并将此内容与CDIO的教、学、评“三位一体”教学法、新媒体的线上线下教学法、团队项目合作的开放式实践教学法等新的教学方式结合起来，形成了一套全新的教学方法。

一、“通信电子线路”教学中存在的问题

在多年的教学实践中，笔者发现电子信息工程系“通信电子线路”课程的课堂教学主要存在以下几方面的问题。

（一）教学内容滞后，教学方法单一

随着信息时代的飞速发展，通信电子线路在互联网领域不断扩张，而电子信息工程系多年来使用的《通信电子线路》教材还主要介绍无线电信号、正弦波振荡器、高频小信号放大器、谐振功率放大器等的概念和相关公式，对于知识的具体运用几乎没有讲述，这就导致学生对通信领域的最新知识和技术掌握不足。同时，传统单一的书本讲授，PPT课件替代手写黑板，加快了课程进度，学生对于知识的理解并不到位，抽象化的文字描述更是在无形之中加大了课程学习难度。

（二）学生学习兴趣不高，人生价值观不明显

在大学阶段，大多数时间是要学生自主学习的，但是恰恰是这种需要自律学习的关键时期，由于“通信电子线路”课程内容的艰深晦涩，对学生的综合素质要求极高，再加之该课程从理论学习到实际电路制作存在一定难度，概念抽象，公式复杂，学生容易产生厌烦情绪，无法实现触类旁通，最终学习效果不理想，失去学习的兴趣。同时，有些大学生的“三观”还不明确，仍处于对未来的迷茫之中，困难当前，便会渐渐失去信心，丧失动力，最终学习的初心便也失去了。

（三）教学内容复杂，教学成果不佳

电子信息工程系的学生来自全国各地，各地教学水平参差不齐，学生对知识点的掌握也是各不相同。加之“通信电子线路”课程的内容本就晦涩难懂，大量的计算，原理的验证，光靠书本上的文字描述只是将知识硬生生地灌输给学生，并没有让学生明白为什么学，学了有什么用，以至于学生只是一味应付考试，不能抓其本质，最后导致教学成效不佳，教师也不能及时了解学生的学习情况，无法做出相应的调整。

二、“通信电子线路”课程教学改革

针对电子信息工程系在“通信电子线路”课程传统教学内容中出现的各种问题，本文提出要增加教学内容和方法的建议，同时提倡将二者相结合，达到“1+1＞2”的效果，培养复合型人才，以满足新时代的人才需求。

（一）教学内容改革

1.增加思政教学内容，将典型案例实践与思政元素和知识点结合起来。例如：（1）频率稳定度的重要性，展现工匠精神。在讲授振荡器的频率稳定问题时，以频率稳定性的重要性为切入点，引入神舟飞船发射时间必须精确到毫秒。从神舟一号发射时间1999年11月20日06时30分03秒500毫秒，到神舟五号2003年10月15日09时00分03秒497毫秒，再到神舟十三号2021年10月16日00时23分56秒469毫秒，每分每秒无一不体现着工匠精神。（2）阻抗匹配的精神追求，展现精益求精。阻抗匹配大部分用于传输线上，将所有高频的微波信号几乎能传递至负载点，并且几乎不会有信号反射回来源点，从而达到提升能源效益的目的。以袁隆平院士“一辈子用心做好一件事情”的灵魂追求为融入点，通过知识点类比的方式，培养学生对专业知识学习的精益求精的态度。（3）谐振功率放大器的精神缩影，展现工程意识。谐振功率放大器是用来对信号进行功率放大的。以中国用四年半时间建成全球规模最大机场——北京大兴国际机场为例，体现“中国效率”，通过类比说明，培养学生做事要讲究高效率、高质量、高品质。（4）LC振荡器的诞生，展现科学思维。纵观Colpitts振荡器到Clapp振荡器、Seiler振荡器的改进历程，培养学生不断探究的科学思维。（5）振幅调制原理，展现探索未知。在讲授振幅调制原理时，以费森登创造出能够通过信号对高频波进行调幅而后发射实现无线电通话的方式为例，通过人物让学生学会探索未知。（6）混频器电路的出现，展现创造思维，以爱德文·阿姆斯特朗创造超外差电路为例，说明不断地尝试新思维的碰撞，会有所收获；如混频器的干扰，展现分析问题。在解说混频器干扰的内容时，抓住本质是关键，培养学生“明不足则多察”，做事注意细节，由表及里，透过现象看本质，学会分析问题。（7）直接解调法，展现追求真理。以我国科研工作者李惕碚和吴枚提出的直接解调方法自主研发的第一台空间X射线天文望远镜为例，在自主研发的路上，他们一直追求真理；如频率合成技术待发展，展现使命担当。集成电路发展起步晚，任重而道远，新时代青年仍需不断努力，担当起新时代的责任使命，为集成电路事业发展做出贡献。

2.增加实例教学内容。“通信电子线路”概念繁多且抽象，将这些书本上的知识化作现实生活中的应用，激发学生的兴趣，让学生能够活学活用，而不只是为了应付考试。例如：（1）阻抗匹配可应用于功放与音箱、移动天线和蜂窝应用高频超声换能器。在功放与音箱中，阻抗匹配可以将小功率的音频信号的输出能量放大，有效扩大了声音的传播范围，提供稳定的音频，使喇叭达到最佳的工作状态；在移动天线中，阻抗匹配可以将信号高效地发送和接收，满足可靠和高速的通信需求，从而获得最好的信号增益；在蜂窝应用高频超声换能器中，阻抗匹配可以在获得最好的信号增益的同时，使声波换能器和激励源之间的电阻匹配，从而有效节约能量，降低功耗。（2）高频小信号放大器可应用于通信领域的接收信号器中。它可以将电子设备的信号、测量仪器中的信号等长距离通信传输的信号放大和进行限制干扰的处理，提供了更高的精度、便携性和灵敏度。（3）谐振功率放大器可应用于无线电发射机。而无线电发射机与无人机结合，便可以大面积观察农作物，以及结合喷洒系统喷洒农药，推动精密农业的发展。此过程中涉及的脉冲信号、反射率等，皆可与谐振功率放大器紧密联系起来，帮助学生理解。（4）LC振荡器可应用于汽车的励磁线圈的传感器和鸟类抑制器。它可以有效保障汽车驱动的安全性能，让电源不影响其他系统功能的正常运行，大量降低LC电路的电流消耗，实现节能环保；根据它开发并设计鸟类探测器和抑制器，解决了鸟类啄食农作物的问题，超声传感器工具的作用有望帮助社区减少农业领域的害虫。（5）传输线路理论和高频信号可应用于谷物湿度测量传感器，设计了一个关键的谷物水分传感电路，能有效指导谷物加工，提高成品质量，降低生产成本。让学生知道知识点并不是各章独立的，而是相辅相成的。（6）正弦波振荡器可应用于各种电子设备和机械农业中。它可以作为高频加热设备和医用电疗仪器中的变能能源，构成低电压适用于便携式应用的低功耗系统，保证了振荡频率的准确性和稳定性；它可以准确地预测甘蔗秸秆的质量，建立甘蔗秸秆称重过程的自动控制系统，可以预测玉米和小扁豆的水分含量，设计并开发了一种基于电容性技术的测定不同水分含量下种子介电常数的仪器，可以预测种子和籽粒的水分含量，有效指导其生长，还可以大量检查水果的硬度，提高耕作效率，提高果实成品质量。

（二）教学方法创新

1.CDIO的教、学、评三位一体教学法。CDIO代表工程中的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运行（Operate）［1］，它将理论与实践紧密结合起来，根据不同层次学生的实际情况，采取三种方式教授。第一种研讨式教学主要针对课堂，让学生从理论出发，发现问题；第二种探究式教学主要针对教学实验，让学生学会解决问题；第三种项目驱动式教学主要针对课程设计，帮助学生理解与验证所学理论，学会举一反三。学生在学习的过程中采用被动学习、主动学习和经验学习三种学习方式。被动学习以教师讲授为主，培养学生获取知识的能力；主动学习以学生互动为主，培养其工程实践的能力；经验学习以案例分析为主，培养学生的创新意识。同时，通过多方面收集大数据分析的方法进行评价，包括教师对学生的各种阶段完成情况的评价，学生对教师教学内容和方式的评价，团队合作中学生对分工配合以及完成度评价等。此方法提高了专业课对学生的吸引力，理论与实践融会贯通，并且建立了评价机制，使教师能够随时随地掌握学生的学习情况，以便教师及时地调整教学内容，更好地达到教学培养的目标。

2.结合新媒体的线上线下教学法。对于“通信电子线路”这门理论性极强的课程来说，线上教学的教学效果、时长、相关视频、文献等都很好地结合了起来，使原本枯燥的课堂多了生机。同时，知识传授最好的途径仍然是线下教学，而学生自主复习回顾最好的方式是利用线上资源，将线上与线下的优势结合，便可达到“五位”原则：（1）课前预习到位。学生利用PPT课件加上网络资源，在学习软件上对自己不理解的问题留言，进行充分预习。（2）课中讲授到位。教师对学习软件上学生的反馈予以重点讲授，并且结合线上资源使学生更好地理解。（3）课后复习到位。教师在学习软件上发布课堂上未完成的习题，并录制讲解视频，学生在软件上作答。（4）章节总结到位。教师将每个章节的结构图标出重点等级，为学生提供指导复习。（5）测验评价到位。教师将各章习题按难易程度分类，随机组合成试卷发布在网上，学生随机抽取试卷作答，并查看错题进行自我评测。同时，不及格的学生重新做试卷，进行二次评测。综上，可有效提升课程教学质量，培养出对国家有用的人才。

3.团队项目合作的开放式实践教学法。此方法以学生的学习过程为主，教师抛出环环相扣、构成课程内容的问题，学生自行选择成员组队，合理分配调研和查阅文献的任务，去收集相关资料，将资料进行多元分析与深度研究，按照论文标准进行撰写等。在此过程中，将书本的理论知识和现实生活中的实际问题紧密结合，得到综合训练和提高。最后，学生在课堂上介绍团队的研究情况，互相交流，并训练表达能力等［2］。这种教学法可激发学生的学习热情，有利于培养和锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及从个人自主到团队合作的能力，有效提高学生的自主创新能力与结合实践能力，教学成效显著。

4.电路虚拟仿真与课堂结合教学法。传统的课堂教学仍以理论解说为主，且学生始终处于被动接受知识的地位。虚拟仿真的教学环境更加有利于为学生营造教学氛围［3］，使学生沉浸在此情景中，充分发挥自己的主观能动性。同时，也能满足师生教学空间感知化需求，最终激发学生的好奇心和对知识的探索欲。因此，推动了教育的发展，很好地解决了场地设施等问题，提高了学生学习效率，保证了学习效果。

5.多媒体讲座式教学法。讲座式教学营造了轻松健康的氛围，有利于引导学生认真听课；讲座式教学内容安排也十分灵活，抛开了章节时长的限制，有利于学生将知识串联起来，构架知识框架；讲座式教学还结合多媒体，将单一的讲授知识转化为视觉、听觉、触觉相结合的形式，有利于学生注意力的集中，提高学习兴趣；讲座式教学还可全面拓展和延伸所学知识，有利于引发学生的思考以及各种思维的发散。

结语

本文分析了在传统教学内容、教学方法中出现的教材内容滞后、概念笼统、公式繁多、学生兴趣索然、教学效果不佳、滞后于时代和难以满足社会需求等问题。结合了课程内容和学生自身的特点，借鉴了其他院校的经验，讨论了如何对教学的具体内容做出创新、改进和完善。同时，我们也补充了教学方式，突破了常规单向知识传递的局面，创新了教学方式。这种课堂教学改革的尝试对学生自身综合素质的提升、自主学习能力、学生思维的开发、学生学习兴趣的提高以及其他后续课程的课堂教学改革具有一定的指导意义。