牛芳琳 于玲
摘要:“高頻電子線路”課程是通信電子專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,如何提高學(xué)生對這門課程的深入理解一直是高校教學(xué)任務(wù)研究的重要內(nèi)容。由此,本文提出在教學(xué)中將虛擬仿真平臺與課程內(nèi)容相結(jié)合起來,進(jìn)一步加深學(xué)生對高頻電子線路理論及電路設(shè)計的研究。
關(guān)鍵詞:虛擬實驗;高頻電子線路;虛擬仿真;教學(xué)方法
中圖分類號:G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2019)06-0162-02
一、前言
“高頻電子線路”是高等院校通信電子專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,由于其基本理論知識比較抽象、電路設(shè)計比較復(fù)雜,一直被學(xué)生認(rèn)為是較難學(xué)懂的課程。為了提高學(xué)生對電路設(shè)計的認(rèn)識,[1,2]等文獻(xiàn)提出,將虛擬仿真實驗引入課堂的教學(xué)方法,把電路的理論分析與電路實踐相結(jié)合,可加深學(xué)生對電路等課程的認(rèn)識。虛擬仿真實驗平臺由于具有仿真效果逼真、易于安裝等特點,近年來已經(jīng)開始受到很多高校的重視,建立了相關(guān)的虛擬仿真實驗室,同時許多高校專門對一些虛擬仿真實驗進(jìn)行研發(fā),以適應(yīng)不同專業(yè)不同課程學(xué)生的需要。
如何將虛擬平臺與“高頻電子線路”這門課程結(jié)合起來,則成為高頻課程教學(xué)研究的重要內(nèi)容。
二、虛擬實驗平臺在教學(xué)中的應(yīng)用
一般來說“高頻電子線路”課程的組成主要包括三個方面——理論課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計。理論教學(xué)是以學(xué)習(xí)基本知識為主,包括電路工作原理、電路設(shè)計、參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容,然而相對于學(xué)生來說,這些理論比較抽象,不容易理解;高頻實驗內(nèi)容主要是對理論教學(xué)進(jìn)行輔助,主要包括對理論教學(xué)主要內(nèi)容進(jìn)行驗證,其實驗為已經(jīng)設(shè)計完成的電路板,學(xué)生通過調(diào)整簡單的電阻、電容等參數(shù)觀察輸出信號的變化,以達(dá)到對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步理解作用,然而這種驗證的實驗對學(xué)生來說僅僅是連接輸入輸出導(dǎo)線、接信號源與示波器、觀察輸出輸入波形,對電路設(shè)計的理論知識難以進(jìn)一步理解;高頻課程設(shè)計是則是學(xué)生依據(jù)基本理論知識,設(shè)計并實現(xiàn)一定功能的電路,一般來說,由于電路成本及高頻電路容易受到干擾等原因,大多數(shù)都停留在理論設(shè)計層面,很少真正地去實現(xiàn)。
虛擬仿真實驗平臺可以有效地對電路設(shè)計進(jìn)行模擬仿真,由此,本文提出將虛擬仿真實驗平臺與高頻電子線路理論課程、實驗教學(xué)、課程設(shè)計相結(jié)合的起來,以達(dá)到進(jìn)一步提高“高頻電子線路”課程教學(xué)質(zhì)量的目的。
(一)虛擬實驗平臺在理論課堂的應(yīng)用
傳統(tǒng)的“高頻電子線路”課堂理論教學(xué)內(nèi)容比較枯燥,尤其是電路的設(shè)計幾乎都需要利用公式推導(dǎo)計算得到結(jié)果,而這些結(jié)果是否正確、能否達(dá)到實現(xiàn)電路功能的目的,難以被學(xué)生在課堂中得到認(rèn)可。雖然一些實驗設(shè)備可以有效地對理論進(jìn)行驗證,但是由于實驗設(shè)備體積較大,配套設(shè)備也較多,難以搬入課堂在教學(xué)中進(jìn)行驗證。選取虛擬仿真實驗平臺在教學(xué)中應(yīng)用可以有效解決這一難題。
依據(jù)教學(xué)內(nèi)容在虛擬仿真平臺上設(shè)計對應(yīng)的電路。比如LC選頻網(wǎng)絡(luò),其電路僅僅需要將電感、電容、電阻和信號源連接起來,如何設(shè)計這些元器件的參數(shù),則需要在課堂上根據(jù)相關(guān)知識點推導(dǎo)完成。計算結(jié)果,獲取元器件參數(shù)數(shù)值,并在虛擬仿真平臺中連接,最后,通過軟件中的示波器、頻譜儀觀察實驗結(jié)果。也可以隨時修改元器件參數(shù),觀察電感、電容、電阻變化對選頻網(wǎng)絡(luò)的影響。這種虛擬實驗平臺“搬入”課堂,使學(xué)生更為直觀地觀察到理論與實踐結(jié)合的效果,加深對相關(guān)知識的理解。
另外,由于在高校中大多數(shù)教師都采用多媒體教室上課,為了防止計算機(jī)病毒傳播,多媒體教室中的電腦多數(shù)選擇安裝“還原精靈”。需要選擇合適的軟件平臺適合在多媒體教室中使用,現(xiàn)在流行的電子線路仿真平臺也比較多,安裝時間短、仿真效果好的仿真軟件平臺成為教學(xué)中的首選,如WEWB軟件的大小僅僅18M,直接拷貝到計算機(jī)中即可使用,省去安裝的環(huán)節(jié)。
(二)虛擬實驗平臺在實驗教學(xué)中的應(yīng)用
針對“高頻電子線路”這門通信專業(yè)的基礎(chǔ)課程,傳統(tǒng)的實驗室中的實驗幾乎都是利用實驗箱中的實驗板進(jìn)行驗證實驗,學(xué)生可以通過動手連接輸入輸出導(dǎo)線,通過示波器觀察電路輸出波形,對相關(guān)理論進(jìn)行驗證。這種實驗學(xué)生做起來內(nèi)容簡單,按照實驗步驟一步一步操作即可完成,學(xué)生只能直觀了解電路的結(jié)構(gòu)、基本內(nèi)容,難以進(jìn)一步對理論進(jìn)行深入了解。實驗箱所做的實驗幾乎都是驗證性實驗,現(xiàn)在高校教學(xué)中所提倡的綜合性、設(shè)計性、研究探索性實驗[3]很難利用這種實驗箱來實現(xiàn)。充分利用電子線路仿真平臺可以說是對“三性”實驗的補充,教師可以依據(jù)教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計適合在仿真平臺中實現(xiàn)的“三性”實驗,如在“高頻電子線路”課程中,給出載波、調(diào)制信號參數(shù),要求學(xué)生依據(jù)調(diào)幅波調(diào)制基本理論,設(shè)計“對稱斬波調(diào)幅”仿真實驗,學(xué)生自行發(fā)揮,實現(xiàn)幅度調(diào)制過程。
電子線路仿真平臺在學(xué)校機(jī)房即可使用,教師可以依據(jù)教學(xué)內(nèi)容增加“三性”實驗,對現(xiàn)有的實驗內(nèi)容進(jìn)行補充。
(三)虛擬實驗平臺在課程設(shè)計中的應(yīng)用
課程設(shè)計是“高頻電子線路”課程中重要的實踐環(huán)節(jié),考查學(xué)生是否能夠根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容獨立完成一個電路的設(shè)計,是對理論內(nèi)容理解程度的一個檢驗,是學(xué)生利用理論完成實踐內(nèi)容的重要練習(xí)過程。
傳統(tǒng)的課程設(shè)計中,學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計內(nèi)容計算參數(shù),完成設(shè)計電路設(shè)計,電路是否正確卻難以判斷。如果采用實物實現(xiàn),測試條件、成本等問題也難以解決。利用虛擬平臺可以有效解決以上存在的問題。
教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,給出課程設(shè)計內(nèi)容及相關(guān)參數(shù),學(xué)生首先設(shè)計電路完成先關(guān)參數(shù)計算,然后通過虛擬仿真軟件,依據(jù)所設(shè)計的電路進(jìn)行仿真實現(xiàn),并驗證所設(shè)計的電路是否正確。如果所設(shè)計的電路存在問題,則可以隨時修改電路、調(diào)整參數(shù),直到能夠正常工作為止。在虛擬仿真軟件中修改參數(shù)容易,比起用實物電路驗證來說,簡單易操作,因此,許多院校已經(jīng)開始將虛擬平臺用于課程設(shè)計。
(四)虛擬平臺與實物實驗關(guān)系
由前面分析可知,虛擬實驗平臺可以應(yīng)用在“高頻電子線路”中的各個環(huán)節(jié),盡管虛擬實驗平臺幾乎可以模擬所有的電路,但是學(xué)生畢業(yè)走向工作崗位后接觸和設(shè)計的是具體的電路,完全采用虛擬實驗平臺可能會導(dǎo)致學(xué)生對具體實物不了解,難以很快進(jìn)入工作狀態(tài),因此,虛擬實驗平臺只是對實物實驗的一個補充,不能取代實物實驗。只有合理運用虛擬實驗平臺才能更有效地發(fā)揮其作用,達(dá)到提高教學(xué)水平的目的。
三、結(jié)論
由于虛擬實驗平臺做仿真實驗操作簡單、觀察結(jié)果方便,合理地將其用于“高頻電子線路”教學(xué)中,可以提高學(xué)生對這門課程的理解與掌握情況。
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