高频实验教学改革与探索

    汪正进+武风波+朱代先

    摘 要：针对高频实验仅依靠验证性实验的不足，提出以验证性实验作为实验教学基础环节，设计性实验作为实验教学的主体环节，综合性实验作为实验教学环节的延伸环节，实验人员需要定期培训、及时更新实验教材的内容，同时让学生利用仿真软件进行仿真，通过观察仿真波形图，分析仿真实验结果和理论是否相一致。通过实验内容由浅入深，提高学生的分析和设计能力，激发学生的学习兴趣和创新意识，提升今后的实验教学效果。

    关键词：高频实验；仿真；教学改革；虚拟实验室

    “高频电子线路”实验是通信类学科一门重要的专业基础课程。通过实地参观一些周边院校相关实验室，与实验室的老师进行交流，都觉得目前仅仅利用配套的实验箱做一些验证性实验，不利于提高学生的实际动手能力和创新能力[1]。目前的重要任务都在思索如何通过改革实验教学方法来有效地培养学生的自主实验意识。结合实践教学经验，学生对仪器的使用基本比较生疏，仅利用一个课时很难有针对性地去观测实验的波形和测实验数据来加深对理论知识的理解，这样实验的开展和安排也达不到预期效果。因此要想取得较好的教学效果，需要不断地探索和改进教学方法。

    1 实验教学现状

    高频实验首先在做实验之前，需要老师先讲授各实验的内容、原理及目的，之后演示如何操作设备仪器来观察实验波形和测实验数据，然后学生按照老师讲解的实验步骤照葫画瓢来进行搭线连接，完成实验要求。但是，如果学生实验中对仪器设备一些误操作或者实验箱上元器件出现问题后，导致实验结果出不来，学生就会不知所措，不知如何入手去分析和排除遇见出现的问题，他们不能在有限的课堂时间内去独立完成实验的内容。高频实验电子元器件等容易受到高频工作环境的影响，导致实验现象不稳定，如受到集肤效应等干扰，会对实验现象造成不稳定，对实验结果的观察分析也造成不利影响[2]。

    实验室的硬件条件也不能满足几个班同时做实验，由于专业基础课实验开设的班级别较多，必然会导致每个班每次实验课相隔时间较长，这样学生们若课下不温习和预习，每次做实验都会对仪器仪表的使用不熟悉。虽然实验室开放，但是学生们每天课余时间不多，主动性不强，不具备连贯性做实验条件，要想做一些设计性或者综合性实验，仅使用课堂有限时间两节课做完做好实验难度很大，一般也只能满足做验证性实验。

    高频实验开课的班级多，使用率比较高，而三极管等元器件又较容易损坏，一些仪器设备由于学生使用不当也会损坏，可能会出现上一节课上课之前仪器实验箱是好的，下一节课上课时是坏的，这都不利于实验的开展。若仪器和实验箱出现故障而得不到及时解决，对正常教学会产生一定的影响。长此以往，学生对实验的学习兴趣和积极性就会大大降低。

    2 实验教学改革

    针对目前高频实验教学现状的一系列问题，根据多年一线教学经验和实践总结，从以下几个方面来推行高频实验教学改革。

    2.1 验证性实验作为实验教学的基础环节

    验证性实验作为实验教学基础环节，一般开设2～3个实验引导学生如何做实验、认识和筛选仪器及元器件。学生做实验必须从验证性环节入手，通过验证性环节的引导可以让学生直观观察理论知识的结果和现象，培养他们实验的兴趣。通过验证性实验让学生明白电子元器件如何识别筛选，如何做实验，为今后设计性和综合性实验打下基础。只有学生学会分析实验现象和实验数据，看是否与理论知识一致，才能培养出学生的动手能力和应用能力，这样才能解决实验中遇到的各种问题[3]。

    验证性实验的实验步骤有一定的规律性，只要学生按照实验步骤做实验，一般都能完成实验内容。验证性实验的实验具体步骤如下。（1）要明白做哪个实验，根据实验内容和目的来观察图形或测数据；（2）用什么仪器观察图形或测数据来筛选仪器，再掌握所选仪器的使用方法；（3）实验前的准备工作，包括实验箱和仪器的初始化，参数、波形的统一；（4）电路接线，用所筛选仪器设备来测具体数据或观察波形；（5）撰写实验报告，并分析一些现象形成的原因和实验过程中误差等。

    2.2 设计性实验作为实验教学的主体环节

    设计性实验作为实验教学环节的主体环节，提供元器件、设计框架，学生自主设计完成实验内容。验证性实验仅是学生了解实验的过程，如何做一个实验，按照实验指导书上的内容和步骤来测数据描点绘图或观察实验现象，验证与理论知识的一致性，不过缺乏创新性。因此要想学生动手能力得到提高，设计性实验是实验环节必不可少的一项实验内容。但是设计性实验不能一开始就复杂，要循序渐进，为后面开展综合性实验做好铺垫。设计性实验是与书本中内容相对应的简单单元模块，如单调谐小信号放大电路和双调谐小信号放大电路等，让学生按照给定的相应实验内容框架去自行设计实验电路，来测试实验数据或者观测实验现象。另外还有助于让学生明白实验板的布线以及高频的干扰会对实验结果造成一定的影響，要想削弱这种干扰现象，学生必须对高频各知识点有更深的理解，如添加滤波电路等。

    设计性实验需提前给学生介绍要做的实验内容、实验目的，让学生两人一组自由组合，加强实验预习和仿真工作。要求一组的学生按照仿真内容，写出实验预习报告。这样不仅可以让学生验证理论的正确性，还可以让学生学习仿真软件的使用方法。现在大部分学生有电脑，可在电脑上安装仿真软件，利用空余时间进行仿真，同时也解决了实验硬件不足的问题。用于实验教学的仿真软件有Multisim和EWB两种。除此之外，还有一款可与印制版设计软件配合使用的电路分析软件Pspice等[4-5]。

    2.3 综合性实验作为实验教学的延伸环节

    综合性实验作为实验教学的延伸环节，让学生将之前开展的各实验综合起来，设计出一个完整的作品。综合性实验的开展必须建立在之前模块设计性实验的基础上，学生才有一定的实验功底，到了学期末学生也有了扎实的文化课理论知识[6]。将综合性实验安排在每个学期末，这样学生就会对高频电路的综合实验的设计具有一个更深的认识和理解，对他们的动手能力和创新能力会有很大的提高。

    以超外差收音机的安装为例来介绍综合性实验的实验步骤，便于规范化[7]。

    （1）方案的论证：了解超外差收音机的工作原理，看由哪些功能模块组成，比如接收天线接收到信号后需要经过输入电路、变频器、中频放大器、检波器、低频电压放大器及低频功率放大器等，查阅相关资料进行论证，学生再画出各个模块的设计电路。

    （2）计算机的仿真：根据设计出的电路，通过计算机仿真软件进行模拟仿真，根据仿真结果进行修改完善。在实验室实际搭建电路时，要考虑布线及元器件位置对电路的影响。

    （3）元器件的篩选：根据每个模块单元电路，拿到所需要型号的元器件后，需要判断元器件好坏，特别是振荡线圈与中周、变压器输入输出端等，之后才能安装。

    （4）电路搭建：由于各种电子元器件在面包板上可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，而且元器件还可以重复使用，在面包板上根据最终设计原理图搭建电路。

    （5）调试实验电路：主要包括各级静态工作点；中频频率调整；频率范围的调整；统调等。使超外差收音机在经过调试后，能满足制作的设计要求。

    （6）书写实验报告：主要包括实验过程中遇到的问题，如何排除、如何解决、实验结果等，同时写上此次综合实验的实验心得。

    2.4 人员定期培训和实验教材同步更新

    实验人员需要定期培训以了解实验的最前沿内容，及时更新实验教材的内容以达到同步[8]。人员定期培训是必不可少的一个环节，只有了解最新实验前沿内容，才能将实验进行及时调整，通过培训才有机会与其他高校老师接触和探讨实验教学方法，提高实验老师的业务水平和实验教学的相关理论，同时利用所学的实验技能和对新设备的掌握来改进实验教学，让教学和科研能更好地发展下去。其次是实验教材必须跟随实验内容和设备更新同步变化，同时教学大纲也要随之更新。

    3 结语

    随着计算机的普及和网络技术的发展，学生选择仿真软件来绘图、连线均比较方便，但是对一些设备仪器的使用方法和功能可能有所欠缺，若加深这方面的投入，那么效果会更加明显。今后利用网络资源来搭建虚拟实验室是必然趋势，利用虚拟实验室，学生可以足不出舍就可以查看各设备仪器、元器件的介绍和视频教学，让每个学生感受到一个更加宽松开放的实验环境。通过一系列措施可以拓宽实验老师的教学思路，让学生更好地掌握和理解“高频电子线路”的基础知识，通过实验内容由浅入深，提高学生的分析和设计能力，激发学生的学习兴趣和创新意识，提升今后的实验教学效果。

    [参考文献]

    [1]刘国华，林弥.通信电子线路实践教程：设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2015.

    [2]李强.高频电子技术实验教学的一些探索[J].科技创新导报，2016（9）：151-153.

    [3]汪正进，武风波.高频电子线路实验课程教学改革与探索[J].科技视界，2014（32）：66.

    [4]杨波.基于“全真+仿真”的《高频电子技术》实验设计分析[J].科技资讯，2011（22）：125.

    [5]张学军，刘海波.基于EWB软件在高频电子线路中应用[J].实验室科学，2011（1）：34-36.

    [6]杨霓清.高频电子线路实验及综合设计[M].北京：机械工业出版社出版，2009.

    [7]车晓岩，胡新艳.高频电子线路实验教学研究[J].价值工程，2014（2）：233-234.

    [8]汪秋婷，周选昌，倪杰.高频电子线路实验课程在大学生实践教学中的应用研究[J].江苏建筑职业技术学院学报，2013（2）：74-77.