刘国华，王光义

通信电路实验教学改革探索

刘国华，王光义

（杭州电子科技大学 国家级电工电子实验教学示范中心，杭州 310018）

为了提高学生对通信电路系统的综合设计与自主实验能力，开展了“以基础实验为引导、软件仿真为支撑、设计实验为主导”的教学内容改革；构建了以调频发射系统和电路仿真软件为基础的软硬件设计实验平台；探索了形成性评价与总结评价相结合的综合评价方式。从实验内容、实验实施、教学方法的改革等方面探讨了课程教学改革过程。实践表明，设计性实验与软件仿真相结合的开放实验模式提高了学生的实验积极性和综合能力，改善了教学效果。

通信电子电路实验；教学模式改革；设计性实验；软件仿真

通信电路实验属于电子信息类专业基础实验课程，该课程具有较强的综合性与应用性。文中结合杭州电子科技大学电子信息工程与通信工程专业的通信电路教学实践，开展了“以基础实验为引导、软件仿真为支撑、设计实验为主导”的教学内容改革和以“自主实验与合作实验相结合”的教学方法改革。结合“卓越工程师教育培养计划”，引导和组织学生进行研究性学习，培养学生的创新能力和工程实践能力［1－2］，达到培养既有理论知识又有创新实践能力的技术人才的教学目标。

1 实验内容的设计

通信电路课程的主要内容包括［3－4］：通信系统简介、小信号谐振放大器、高频谐振功率放大器、高频振荡器、相乘器与调幅电路、振幅检波电路、调频与鉴频电路、混频电路以及锁相环与锁相频率合成器等各功能电路。从课程内容可以看出，该课程的实践性很强，许多高校很早就开设了与之配套的实践环节并开展了多种形式的教学改革［5－7］。传统的通信电路实验教学由于受到电路制作技术、实验仪器设备的限制，虽然在实验内容和方法上进行一些改革，但仍旧局限在给定的单元电路板上，学生依照实验指导书按步骤操作，观察实验现象并记录实验数据，验证基本理论的正确性以及某些参数对电路功能的影响。该方式的优点是步骤规范统一、容易组织与实施、对实验学生和指导老师的综合要求不高。缺点集中在以下四个方面：（1）电路固定，限制了学生的发挥，单元电路实验也无法让学生建立通信系统的概念；（2）实验过程中接线简单，缺乏对电路的设计与组装训练，不利于综合能力的培养；（3）对常用仪器设备的依赖性较强，实验硬件设备投资大，管理维护复杂，无法接触频谱分析仪等专用仪器；（4）封闭式管理，缺乏设计和创新环节，不适合培养具有工程实践能力与创新意识的专业人才。

为确保实验项目与理论授课内容的协调统一，实验项目设置既要兼顾基础性，又要考虑综合性与设计性。使学生在实验中通过观察、操作、分析、验证、总结等环节，掌握通信系统基本理论、基本概念、电路设计与调试规律。根据课程特点，我们将内容分为基础与验证实验、仿真实验、系统设计性实验三个层次，各课时比例约为1∶2∶7。保留1个调谐与宽带可控增益放大器的基础实验项目，振荡器设计和调幅通信系统设计，实验通过LTSpice软件仿真实现。该软件体积小速度快，分立元件库丰富，方便导入外部Spice模型，比较适合高频电路系统设计及仿真使用。虽然部分高校使用了商业电路仿真软件开展教学［8－9］，但免费易用的LTSpice更适用于实验教学。

综合设计性实验以小功率调频发射机系统为例。整机分为音频放大级、调频振荡级和倍频与功放级三个部分，如图1所示。

图1 调频发射机的结构

设计要求发射频率64～76 MHz，用频谱分析仪调试接收，无线音频传输距离不小于10 m。实验学生人数每组2名，分工明确，协同完成整机调试。每组学生配备的实验仪器设备包括：双踪示波器、数字频率计、台式万用表、直流稳压电源、焊台各1台。每间实验室另配备频谱分析仪5台、数字电桥1台、PCB制作设备1套。

每组学生根据实验要求，自主制订实验计划，实验室提供无元件参数的电路原理图和可选的元器件清单，学生自主设计计算元件参数并绘制PCB电路图，利用仿真软件设计优化电路参数，选定与领取元器件，组装调试电路。

2 实验实施和教学方法的改革

2.1 实验实施过程

我校“通信电路实验”课程面向电子信息类专业学生开设，共32学时。从2011年开始实施，每年实验学生约500名。实验教学改革如下：

（1）课内课外结合。基础与仿真实验课内课外学时比约为1∶1，设计性实验课内课外学时比约为1∶3。

（2）硬件软件结合。要求硬件实验项目先有课外仿真结果。

（3）单独实验与合作实验结合。基础仿真类实验单独完成，设计性实验多人合作完成。

（4）过程评价与验收评价结合。将学生在实验过程中的表现纳入评价体系，过程与结果并重，激发学生的实验参与意识。

基础与仿真实验融入设计内容，电路参数设计和仿真优化在课外完成，指导教师课内完成验收。

对于综合设计性实验，首先，学生根据实验教材［11］了解设计任务；其次，完成实验准备和方案电路的设计与仿真；最后，领取元件材料完成整机调试验收。详细实施过程如图2所示。

图2 综合设计性实验实施过程图

图2 中的主要环节如实验计划、方案设计、电路设计、仿真分析、组装调试等均有可操作的过程评价指标，综合评价学生在实验过程中的表现。

2.2 教学方法的改革

教学方法的改革融于实验实施过程中，包括实验内容的设计与改革、实验指导方式的改革、实验手段的改革。

实验内容的设计思路是“以基础实验为引导、软件仿真为支撑、设计实验为主导”，逐步建立“实验内容随技术发展而更新”的动态调整机制，将理论教学内容与实验有机结合起来。如将高频小信号调谐放大器与宽带可控增益放大器同时开设，融入设计内容；调幅通信系统可调电路参数较多，输出波形复杂多变，采用软件仿真的实验形式，可以使学生建立完整的通信系统概念；调频发射系统在大众广播、车载设备、无线对讲等领域应用广泛，让学生自主设计调试，在激发兴趣的同时培养了创新能力和实践能力。

教师采用“侧重引导、鼓励探究”的实验指导模式。指导教师除布置实验任务外不集中讲解，鼓励学生分析研究后自己提出问题，在个别辅导中提供实验方法和调试思路的引导，及时检查学生的实验进度，设置思考题让学生讨论，观察每名学生的实验态度、课堂表现、动手能力，通过过程评价环节调动学生的实验积极性［12］。验收测评则采用学生自主评价、教师监督的方式，评分过程客观透明。

采用多元化的实验手段提高实验效果。实验改革过程中采用了硬件电路与软件仿真相结合、课内集中实验与课外分散实验相结合、独立实验与分组合作实验相结合、教师管理与学生管理相结合的多种手段，提高学生的软件使用能力、资料查找能力、电路设计能力与自主学习能力。

2.3 实施效果

在新的实验教学模式下，通过优化和精心设计教学内容，所有实验中均加入了自主设计环节。如基础实验需要学生构建集成电路AD603的Spice模型完成课外仿真。大大地调动了学生的实验积极性和主动研究意识，培养了主动学习能力。推荐的仿真软件，配置简单、容易上手，不仅提高了仿真实验效率，而且使很多学生在课程设计和电子设计竞赛中受益匪浅。学生运用仿真软件辅助设计并调试电路的能力大大增强。

综合设计性实验在制订实验计划、任务分工、参数设计、PCB设计制作、焊接组装、调试验收等环节中充分发挥了学生的主动思考、动手实践、协同工作能力。指导老师在实验开始就公布验收评价标准，使实验的目的性和针对性更强，不少学生为了提升一个技术指标而积极预约到开放实验室。实验课堂上学生自主讨论、经验交流、互帮互学现象很常见，而学生对指导老师的依赖性大大减少。通过训练，学生的仪器操作、综合调测、故障查找与排除能力明显提高，遇到问题，很快通过仪器设备自主查找故障并解决问题。

调频无线发射系统要求能实现短距离的无线语音通信，学生带着这个明确的期待进行实验，当调试验收成功时充满成功的喜悦。学生之间通常会彼此比较语音通信的距离和清晰度，交流电路制作与调试经验。通过频谱分析仪和LCR数字电桥的使用，学生可熟练掌握射频无线信号和自制空心电感各参数的测量方法。实验结束后，部分学生开始对通信系统设计产生浓厚的兴趣，要求留在实验室继续自学，参加每年举行的各级学科竞赛活动。我们通过以上方式选拔人才，指导学生参加各级电子设计竞赛，已获全国一等奖1项，浙江省一等奖7项。

3 结束语

教学改革实践表明，综合设计性实验和软件仿真相结合是通信电路实验改革的方向。通过不断更新实验内容、构建开放式实验平台、创新实验组织和管理模式，可以激发学生的兴趣和潜力，培养自主学习能力、组织合作能力、创新应用能力。设计性实验也对教师和学生提出了更高的要求，需要教师不断思考探索新的实验教学模式，提高业务能力，学生积极配合，确保实验改革的顺利实施。

［1］林健.面向卓越工程师培养的研究性学习［J］.高等工程教育研究，2011（6）：5－15.

［2］朱高峰.工程教育中的几个理念问题［J］.高等教育研究，2011（1）：1－5.

［3］于洪珍.通信电子电路［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［4］曾兴雯，刘乃安，陈健.通信电子线路［M］.北京：科学出版社，2006.

［5］余萍，程文清，车辚辚.“通信电子电路”团队合作实验教学探讨［J］.实验技术与管理，2012（2）：16－19.

［6］张松华，陆秀令.通信电子线路课程实验教学改革研究［J］.中国教育技术装备，2011（5）：126－127.

［7］朱昌平，朱陈松，张红苹，等.通信电子电路课程设计的“六环”管理［J］.实验室研究与探索，2006，25（9）：1044－1045.

［8］崔文华.Multisim10在高频电子电路实验中的应用［J］.实验室科学，2009（12）：92－94.

［9］黎明.设计性实验教学的研究与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（4）：245－247.

［10］林根金.学生自主管理实验教学探究［J］.实验室研究与探索，2009，28（8）：148－150.

［11］刘国华，林弥，王光义.通信电路实验与设计［M］.北京：科学出版社，2009.

［12］任坤，刘红，杨旭东.CDIO指导下的创新性电工电子实验设计［J］.实验技术与管理，2012，29（4）：228－230.

Reform and Exploration of Teaching Mode of Communication Electronic Circuits

LIU Guohua，WANG Guangyi
（National Electrical and Electronic Experiment Teaching Demonstration Center，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China）

The aim of reform is to improve the students'independent experiment ability on communication circuits system.By enhancing comprehensive experiments，an experimental platform based on frequency-modulated transmitter system and simulate software is constructed.A new achievement valuation system combining process valuation with result valuation is explored.This paper discusses three respects of experimental content，experimental implementation，experimental results，etc.Practice shows that the combination of design experimentwith software evaluation improves students'enthusiasm，comprehensive ability and teaching results of the experiment course.

communication electronic experiment；teachingmode reform；design experiment；software simulation

G642.0；TN929.5

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.025

2013－09－16

浙江省精品课程建设基金资助项目（GK110102003）；杭州电子科技大学课程教学模式改革试点基金资助项目（ZX120105307013）。

刘国华（1975－），男，硕士，讲师，主要从事通信电路实验和理论的教学教研工作。