俞 龍, 王衛(wèi)星

(華南農(nóng)業(yè)大學 電子工程學院, 廣東 廣州 510642)

“通信電子線路”課程教學改革與評價

俞 龍, 王衛(wèi)星

(華南農(nóng)業(yè)大學 電子工程學院, 廣東 廣州 510642)

“通信電子線路”課程理論難度大、綜合性和應用性強，長期以來一直處于難教、難學和難用的境況。本文從“通信電子線路”課程教學內(nèi)容、教學方法、教學手段及課程考核等四個方面闡述了我校在該課程教學過程中的一些改革探索，并采用馬爾科夫鏈方法對教學效果進行客觀評估，以期提高教學質(zhì)量。

通信電子線路；教學改革；馬爾科夫鏈

0 引言

“通信電子線路”是電子信息類專業(yè)一門重要的基礎核心課程，以“電路”、“模擬電子技術”、“信號與系統(tǒng)”等課程為先修課程，也是后續(xù)的“數(shù)字通信原理”、“移動通信技術”等課程的基礎課程。該課程的主要任務是讓學生熟悉模擬通信系統(tǒng)的組成，掌握高頻電路的設計分析方法。

“通信電子線路”課程具有概念多、電路類型多、分析方法多、綜合性和應用性較強等特點[1,2]。隨著近幾年我校教學計劃的調(diào)整，“通信電子線路”課程的教學課時有所減少。如何在有限的課程教學時間內(nèi), 讓學生掌握通信電子線路的理論知識，培養(yǎng)學生分析電路、設計電路的應用能力，成為該課程教學研究中的重點和難點。

本著以創(chuàng)新和應用能力為本位的課程目標，本文從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和課程考核等四個方面闡述了我校在“通信電子線路”課程教學建設中的一些具體措施，并對該課程教學效果進行了客觀評估。

1 教學改革

1.1 教學內(nèi)容

我校采用張蕭文主編的《通信電子線路》第五版作為教材，該教材是高等學校信息工程類“十二五”規(guī)劃教材。教材從電路的不同功能角度，將課程內(nèi)容劃分為：線性電路(諧振回路、高頻小信號諧振放大電路)、非線性電路(振蕩電路、混頻或變頻、高頻功率放大電路)和信號變換電路(調(diào)制、解調(diào)等)三大部分。其特點是將線性電路分析和非線性電路的分析分開、將電路分析和調(diào)制解調(diào)原理分開，前兩部分繼承了“模擬電子技術”課程對電路的分析內(nèi)容，后一部分是“數(shù)字通信原理”課程的模擬調(diào)制解調(diào)內(nèi)容，此舉有利于體現(xiàn)課程的承前啟后作用。

然而，就通信系統(tǒng)整體性而言，整個課程內(nèi)容就是無線電發(fā)射與接收設備中典型的高頻電路的工作原理與性能分析。為了使學生對通信系統(tǒng)有一個總體的認識，對通信系統(tǒng)各組成模塊在通信系統(tǒng)中的位置、作用有清晰的了解，從而避免單純進行電路分析的這種“只見樹木，不見森林”的情況出現(xiàn)，我校以“系統(tǒng)-模塊-電路”為該課程教學思路，從以電路的角度講解為主轉變成以通信系統(tǒng)的角度來進行教學組織，即從通信系統(tǒng)到各組成高頻模塊，再深入到模塊中的每個單元電路。在講述具體單元電路時，重點強調(diào)模塊在系統(tǒng)的位置、作用和性能指標要求，再擴展到模塊中各電路的工作原理、性能指標的計算。這樣的教學思路便于學生掌握通信系統(tǒng)理論和概念，理解教學內(nèi)容中各章節(jié)的聯(lián)系，也即通信系統(tǒng)中各模塊之間的銜接關系，易于理解具體電路的原理分析和計算，從而掌握通信系統(tǒng)的總體設計和信號分析能力，也為后續(xù)課程設計中無線麥克風和收音機的電路設計與制作提供理論基礎。

1.2 教學方法

1)對比式教學

“模擬電子技術”(又稱“低頻電子線路”)是“通信電子線路”(又稱“高頻電子線路”)的先修課程。前者內(nèi)容中也有后者涉及到的諧振電路、小信號放大電路、功率放大電路和振蕩電路等內(nèi)容。由于存在這層關系，在后者教學過程中可采用對比教學法，通過回顧前者的電路分析思路和方法，引導出后者電路分析的知識點。通過比較兩者的電路分析的異同點，來加強學生對新知識點的掌握。如：在諧振回路分析時，先回顧在低頻課程中求解了哪些參數(shù)，然后逐步引出高頻電路中對通頻帶和幅頻、相頻特性曲線的分析，再引導到部分接入電路分析。在進行高頻小信號放大器電路分析時，由低頻課程中介紹的晶體管H參數(shù)延伸出Y參數(shù)介紹。通過對比式教學，學生可以將“模擬電子技術”課程中學到的電路分析和設計應用能力延伸到“通信電子線路”課程中，增加對高頻電路的掌握和高頻電路的設計分析能力。

2)設計式教學

“通信電子線路”課程電路模型多、變換跨度大，需要較強的、靈活的電路思維能力[3，4]。以往教學過程注重于電路模型的邏輯推導，知識點側重于電路分析方法，對電路模型的引入和設計等應用性問題重視不夠。使學生對知識的運用能力的提高缺乏有效的引導。

為了提高學生的電路設計應用能力，我校針對該課程所要學習的模塊和電路，按照相應內(nèi)容和知識點，先提出一個設計項目。設計項目主要來源是歷年全國電子設計競賽高頻類題庫，或者是相關的高頻設計類參考書。設計項目中往往給出的是具體的電路參數(shù)要求；根據(jù)電路參數(shù)要求，引導學生進行元器件的選擇和電路形式的設計，最后引入電路分析方法驗證，即進行電路設計式教學。這種教學方式能充分調(diào)動學生思考問題的積極性，使教師的“講”與學生的“學”與“用”形成互動的整體。

3)計算機仿真教學

“通信電子線路”課程實驗教學中，采用的實驗箱往往模塊集成, 功能單一, 缺乏靈活性, 僅能進行少數(shù)典型測試和一些理論驗證。應用仿真軟件進行通信系統(tǒng)的仿真實驗，可以使學生建立一個完整的通信系統(tǒng)的概念,幫助學生更好地理解和掌握通信電子線路原理, 特別是對調(diào)制解調(diào)過程中無線電信號的頻譜變換加深了解。更為重要的是,學生通過動態(tài)仿真的結果可以了解到某些重要參數(shù)的改變對系統(tǒng)性能的影響, 加強對一些重要技術的理解, 同時增加學生的學習興趣。

現(xiàn)今，已有多種仿真軟件應用于 “通信電子線路”課程教學，如ADS、PSpice、EWB、SystemView等。我校在“信號與系統(tǒng)”、“模擬電子技術”、“數(shù)字通信原理”、“移動通信”等相關課程教學中也有一定的軟件仿真教學要求，為此增開了“通信系統(tǒng)仿真”(32學時)課程。統(tǒng)一采用Matlab軟件作為仿真工具，通過Matlab強大的仿真功能來輔助教學, 有針對性地構建一些仿真系統(tǒng), 使原來枯燥的理論教學變得生動直觀起來。仿真教學更好地幫助了學生理解和掌握通信系統(tǒng)知識,教學過程由以前的教師講授原理、結論變成引導學生自己學習原理，分析得出結論,使被動記憶變成主動學習, 大大增進了學生對電子通信系統(tǒng)和信號傳輸過程的了解。

1.3 教學手段

多媒體課件已成為當前電子類課程的主要授課形式[5]，但考慮到“通信電子線路”課程較大的難度和較多的原理圖的特點，我校采用電腦寫字板作為教學輔助手段，實現(xiàn)了多媒體與板書相結合，以多媒體為主，利用板書加以補充和強調(diào)。“通信電子線路”課程教學中，公式推導是主要內(nèi)容之一，尤其是非線性電路分析，公式推導過程不可能完全呈現(xiàn)在課件中，對于某些重要公式的推導仍需要通過板書進行，通過一步一步的推導使學生掌握方法而不是死記公式；電路圖的繪制是進行電路分析的前提，在板書上詳細和多次地重復重要原理圖的繪制過程，比在課件中直接給出原理圖要有效得多?！半娔X+板書”的雙重模式，既發(fā)揚了電腦教學的優(yōu)勢，將較為抽象的教學內(nèi)容采用軟件仿真和動畫的手段展現(xiàn)出來，又傳承了傳統(tǒng)板書教學中“邊寫邊講，學生思維連貫，易于理解和接受”的優(yōu)勢。

1.4 課程考核

傳統(tǒng)“一考定成績”的方式，師生的注意力集中在分數(shù)結果上，而忽略了學習過程中的思考、綜合和積累，以及試卷分析、反饋等重要環(huán)節(jié)。為了促進學生學習興趣，提高學習的動力，我們將過程性評價與終結性評價結合起來，將考核貫穿于課程教學的全過程，采取“階段考試+期末考試”相結合方式。具體實施“三小一大”模式，即在線性電路、非線性電路和調(diào)制與解調(diào)電路三節(jié)內(nèi)容講解完后立即進行對應內(nèi)容的階段小試，小試時間通常為30分鐘左右；在課程結束2周左右進行一次覆蓋全部知識點的期末大試，考試時間為2個小時。每次小考成績占考試成績的20%，三次共60%，大考成績占考試成績的40%。

階段小試運用項目設計、電路仿真和單元測驗等方式所獲取信息反饋，從“考知識”為主向“考應用能力”為主轉變；期末大試則采用標準化考試方式，客觀性試題偏多，主觀性試題少，在一定程度上保證考試的公平和公正性，減少人為誤差。

2 教學評估

“通信電子線路”課程教學效果評估是在不同專業(yè)和班級的學生中展開的。我校電子信息類專業(yè)采用“大類招生”方式，由于學生選專業(yè)的偏向性，專業(yè)分流時，不同專業(yè)學生的知識基礎差異很大，出現(xiàn)好學生向個別專業(yè)扎堆的情況。不同專業(yè)學生之間存在的知識基礎、學習能力等各方面的差異必然影響學生的最后成績。為了比較準確地反映實際教學情況，本文采用馬爾可夫鏈方法，從學生的各階段成績在各個等級上的轉移情況來客觀評估教學效果[6,7]。

2.1 數(shù)據(jù)收集

依據(jù)專業(yè)教學計劃進程表的課程安排和課程之間的相關性，選取學生“模擬電子技術”課程成績作為初始狀態(tài)，“通信電子線路”課程“三小一大”考試成績的總評為當前狀態(tài)，學生的兩種狀態(tài)成績都以百分制記分。

按照百分制和5級制計分轉換規(guī)定，把學生的初始狀態(tài)成績對應成以下5個等級：“1等、優(yōu)(90分以上) ”“2等：良(80- 90 分) ”“3等：中(70- 79 分)”“4等：及格(60- 69分)”“5等：不及格(59 分以下) ”。經(jīng)過一個學期教學后,同樣把當前狀態(tài)的成績也按照高低劃分為5個等級。根據(jù)學生這兩個狀態(tài)的成績，可得到各班學生成績。表1列出參與評估的一個教學班學生兩次狀態(tài)成績?！稗D移情況ij ”表示學生在兩次狀態(tài)中成績從i等(前位)轉移到j等(后位)。

表1 評估班學生成績及轉移情況表

學號101112131415161718初始狀態(tài)899185927881888675當前狀態(tài)859381748090788278轉移情況ij221122133221232233

學號192021222324252627初始狀態(tài)978579818163827685當前狀態(tài)918095838283797578轉移情況ij112231222242233323

學號2829303132333435平均成績初始狀態(tài)718558889187778381當前狀態(tài)856082868490878082轉移情況ij3224522212213222

表中，初始狀態(tài)為“模擬電子技術”課程成績，當前狀態(tài)為“通信電子線路”課程成績。

2.2 轉移概率矩陣的計算

根據(jù)表1學生個體成績等級轉移情況，可以統(tǒng)計各狀態(tài)之間的一步轉移頻數(shù)和各狀態(tài)的頻數(shù), 如表2所示。表中，nij表示初始狀態(tài)屬于第i等級在當前狀態(tài)其成績歸屬于第j類的學生數(shù)(i,j= 1,2…5)。

表2 評估班學生成績等級的轉移頻數(shù)

狀態(tài)轉移頻數(shù)nij優(yōu)良中及格不及格總計優(yōu)221005良31041018中142108及格111003不及格010001

根據(jù)學生個體成績等級轉移表, 按照下式計算轉移概率矩陣P

(1)

學生成績轉移概率矩陣結果為

2.3 求轉移概率矩陣P的平穩(wěn)分布Z

根據(jù)下式(2)，利用Matlab軟件，進行程序計算，求解平穩(wěn)分布Z(z1,z2,z3,z4,z5)；

(2)

式中：P′是轉移概率矩陣P的轉置矩陣；E為單位矩陣。

評估班學生成績的平穩(wěn)分布為

Z評=(0.2171, 0.4965，0.23，0.0563，0)

2.4 計算教學評價指標

平穩(wěn)分布是教學效果的量化指標，表明經(jīng)過教學活動后，該班課程成績屬于優(yōu)的可能性為z1(0.2171)，屬于良好的可能性為z2(0.4965)，屬于中等的可能性為z3(0.23)，屬于及格的可能性為z4(0.0563)，屬于不及格的可能性為z5(0)。給每個成績等級i賦予一個分數(shù)xj, 如給出每個成績等級的分數(shù)值:優(yōu)秀為95分，良為85分，中等為75分，及格為65分，不及格為55分，也即：X=(x1,x2,x3,x4,x5)=(95,85,75,65,55)。依據(jù)多屬性綜合評價模式中的線性加權綜合法, 最后，求出教學效果分S評。

S評=Z評*XT=[0.2171,0.4965,0.23,0.0563,0]*[95,85,75,65,55]T=83.7

3 結語

本文針對“通信電子線路”課程的特點, 對其理論教學方法進行了探索研究，提出了以“系統(tǒng)—模塊—電路”為教學思路，增強了課程內(nèi)容的系統(tǒng)性；采用對比式、設計式和計算機仿真教學方法，充分發(fā)揮學生學習的主動性和提高學生的應用設計能力；同時將過程性評價與終結性評價結合起來，提出了“三小一大”的課程考核方式，將考核貫穿于課程教學的全過程。

應用馬爾科夫鏈方法對課程教學效果進行評估，排除了學生基礎上的差異對教師教學質(zhì)量評估的影響，給出了一種比較科學的預測教師教學質(zhì)量的方法。評估班得分83.7分，表明教學效果達到良好，課程建設取得了一定的成效。

[1] 張玲麗.《通信電子線路》的信息化教學改革初探.價值工程[J].石家莊:2014(17):263-264

[2] 廖惜春.基于工程應用的“高頻電子線路”課程教學研究[J].南京：電氣電子教學學報.2007,26(4):12-15

[3] 樂燕芬, 施偉斌.通信電子線路課程教學研究與探討[J].齊齊哈爾：高師理科學刊.2013.33(1):87-89

[4] 彭光含.“通信電子線路”課程教學模式創(chuàng)新研究[J].北京：中國電力教育.2012(26):53-54

[5] 王毅.基于通信電子線路(高頻)課程的課堂教學思考[J].石家莊：教育教學論壇.2014.3(11):172-173

[6] 程曉蘇.馬爾科夫鏈在教學評價中的應用[J].北京：科技信息.2014(11):112-113

[7] 劉魯文,陳性榮,何濤.基于馬爾科夫鏈的教學效果評估方法[J].武漢：統(tǒng)計與決策.2014(3):93-94

Teaching Reform and Evaluation of Communication Circuits Course

YU Long, WANG Wei-xing

(CollegeofElectronicEngineering，SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642，China)

This paper explains some teaching reform methods applied in Communication Circuits course from the four aspects of teaching content, teaching methods, teaching means and curriculum assessment.Markov chain approach was adopted to assess objectively the teaching effect of this course, with a view to further improve the curriculum construction and teaching quality.

communication circuits; teaching reform; Markov chain

2016-01-04;

2016-05-03 基金項目：廣東省本科高校教學質(zhì)量與教學改革工程建設項目(粵教高函[2014]97號)；創(chuàng)新強校工程(人才培養(yǎng)類)-質(zhì)量工程項目(華南農(nóng)教[2014]54號)

俞 龍，(1975-)，男，博士，副教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)、電子技術教學與應用研究，E-mail：yulong@scau.edu.cn

G642.3

A

1008-0686(2016)06-0052-04