宋 健, 王青旺, 沈 韜

(1.昆明理工大學 城市學院, 昆明 650000;2.昆明理工大學 信息工程與自動化學院, 昆明 650000;3.昆明理工大學 計算機技術應用重點實驗室, 昆明 650000)

0 引 言

為進一步提升“新工科”背景下的高等教育水平,國內(nèi)很多高校都對工科專業(yè)的課程進行了教學改革的探索[1-4]。專業(yè)選修課是高等院校課程設置的一個重要組成部分,對提高學生專業(yè)能力及增強學生的就業(yè)競爭力具有重要的作用。高頻電路課程是昆明理工大學城市學院通信工程專業(yè)大學二年級本科生的一門重要專業(yè)選修課程,主要講授無線通信系統(tǒng)概述、諧振回路、小信號放大器、功率放大器、正弦諧振器和反饋電路等內(nèi)容。該門課程所講授的內(nèi)容既是通信工程專業(yè)本科學生必須掌握的專業(yè)理論知識,又是通信相關專業(yè)工程設計與集成的基礎,因此,該門課程在通信工程專業(yè)的本科教學體系中具有較為重要的地位[5-7]。然而,高頻電路課程具有理論性較強,對模擬電子技術、電路分析等前序課程的掌握要求較高的特點,同時,該門課程涉及較多繁雜的數(shù)學公式,對學生高等數(shù)學基礎知識的掌握同樣具有很高的要求,因此,該門課程在實際的教學活動中無論對講授課程的教師還是對學習課程的學生都具有一定的挑戰(zhàn)性。

通過日常教學和與學生座談了解到,學生在高頻電路課程的學習中存在由于前序課程基礎理論知識掌握不夠扎實從而導致對該課程部分新增知識點不能深刻理解的現(xiàn)象,因而在課堂中學習積極性不高,有一定的畏難情緒。針對這些問題,筆者在課程教學內(nèi)容、教學模式及教學考核方法等方面提出了相應的教學改革措施,所涉及的教學改革內(nèi)容及內(nèi)在關系如圖1所示。

圖1 高頻電路課程教學改革主要內(nèi)容及內(nèi)在關系示意圖

1 課程教學內(nèi)容改革

高頻電路課程在多數(shù)院校與通信相關的專業(yè)中是一門重要的專業(yè)基礎課程[8-10],授課學時較長,而在昆明理工大學城市學院的專業(yè)課程設置中,由于學生培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案的差異,該課程被設置為專業(yè)選修課,授課學時大幅減少。因此,如何在不損害知識體系完整性的前提下,將課程知識點盡可能簡明易懂地教授給學生成為昆明理工大學城市學院高頻電路課程教學改革的關鍵。

在課程緒論部分,主要的教學目的是通過實例引入無線通信,完成從前序課程到本課程的知識過渡,從而了解無線通信(無線電)的背景與基本概念。為了彌補城市學院學生沒有學習過電磁場與電磁波課程的缺陷,在講解電磁波的頻譜劃分內(nèi)容時,擴展了麥克斯韋方程及電磁輻射的相關內(nèi)容。在進行電磁波傳播方式講解時,結合無線電廣播對該部分內(nèi)容進行講解,并著重強調(diào)調(diào)頻廣播中更換頻道的重要性。課后給學生留下思考題:“在更換調(diào)頻廣播接收頻道時,調(diào)頻廣播系統(tǒng)何種參數(shù)的變化使接收頻道發(fā)生改變?”該問題的設置可將新舊知識有機聯(lián)系起來,為后續(xù)章節(jié)講解諧振的概念做好鋪墊。

在進行并聯(lián)諧振回路講解時,通過教學實踐發(fā)現(xiàn),大部分學生對諧振概念的理解并不深入,通常只停留在諧振公式推導的記憶與理解上。因此,在該部分內(nèi)容講解時引入了諧振是并聯(lián)電路的主動屬性還是被動屬性的討論,引導學生對諧振選頻作用進行深入理解。通過討論,加深了部分學生對諧振的理解,也使大部分學生對調(diào)頻廣播更換頻道就是通過更改諧振頻率進行選頻的過程有了較為深刻的記憶。在課程的教學過程中,始終將諧振概念貫穿始終,在講授小信號放大器時,針對以LC并聯(lián)諧振回路為負載的電路,結合模擬電子技術基礎課程中的放大電路進行差異對比,以實現(xiàn)對新知識的系統(tǒng)化認識。

在高頻電路課程教學過程中,始終將諧振、放大2個核心概念作為主線,以合理近似、科學等效作為新增的分析方法,將同類型知識點如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相進行集中數(shù)學原理推導,幫助學生將數(shù)學理論與通信工程概念進行交互理解。

通過上述教學內(nèi)容改革,減少了高頻電路課程中復雜電路及公式的學習課時,增加了相關理論聯(lián)系實際應用案例的講解,提高了學生對該門課程的學習興趣。通過貫穿課程內(nèi)容主線的方式,突出了課程重點,增強了課程的教學效果。

2 課程教學模式改革

基于高頻電路課程的教學內(nèi)容和教學目的,對該門課程的教學模式進行了相應改進。在傳統(tǒng)板書加多媒體教學模式的基礎上,新增雨課堂等新型教學輔助技術[11-13],增強了教學過程中與學生的互動,有效提升了教師對學生課堂學習狀態(tài)的掌控。

高頻電路課程有較多的公式、電路圖需要學生學習和理解,為提升學生在課堂學習中的效率,防止學生在聽課過程中因公式、電路圖復雜而出現(xiàn)注意力不集中的情況,在教師講解公式、電路圖后,可以利用雨課堂向學生發(fā)送與前序講授內(nèi)容相關的題目,題目以選擇題為主,一方面,有利于降低答題的難度,另一方面,也有利于教師對答題情況進行統(tǒng)計。規(guī)定回答問題的時間為題目發(fā)送后的30～60 s,設置時間限制一方面可以考查學生在課堂中注意力是否集中,另一方面也可以節(jié)省課堂時間。雨課堂可以對學生的作答情況進行自動判斷和統(tǒng)計,根據(jù)答題情況對所涉及的問題進行重述,并對答題正確且答題速度最快的學生進行表揚。

利用雨課堂來加強課堂互動屬于課程教學手段的改進嘗試,對課程中較為重要的基礎公式、基礎電路,仍需要結合板書進行詳細講授。在板書重點內(nèi)容講解過程中,對已經(jīng)學過的前序相關知識進行串聯(lián)可以幫助學生建立起系統(tǒng)的知識體系,使學生能夠對高頻電路課程的相關知識理解得更為透徹。例如:在講解功率放大器時,可以結合學生在模擬電路課程中所學的放大電路的相關知識,分析功率放大電路所屬基態(tài),同時,分析功率放大電路與模擬電路課程中放大電路的組成差異,從而讓學生對并聯(lián)諧振電路的作用有進一步的理解。

經(jīng)過一系列的教學模式改革,學生對高頻電路課程內(nèi)容在實際通信中的應用有了進一步的認識。在后續(xù)的教學實踐中,將針對現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)相關技術和標準,開展基于LORA技術的點對點、點對多點的無線傳輸課程設計,進一步加強學生學習基礎理論知識并將理論知識與實際工程問題相結合的能力,提高學生對高頻電路課程學習的主動性和積極性。

3 課程考核方式改革

目前,昆明理工大學城市學院通信工程專業(yè)高頻電路課程是按選修課程進行考核,成績組成比例為50%期末成績與50%平時成績。以學校專業(yè)選修課的考核原則為基礎,對50%的平時成績部分進行了細化,將其細分為20%的學習過程成績和30%的課程論文撰寫成績。

由于采用雨課堂進行輔助教學,可以自動統(tǒng)計出學生的出勤率及課堂問題回答、作業(yè)完成情況,極大地提升了教師的工作效率。另外,在課程學習的后半段,任課教師可以布置相應的課程論文選題范圍,由學生擬定論文題目收集資料后進行論文的撰寫。通常情況下,教師會給出論文題目的模板,如 “基于××技術的高頻功率放大器增益提升方法”等。論文主要以相關技術的總結歸納為主,不對創(chuàng)新性做過高要求。但是,要求學生必須對論文中提到的內(nèi)容進行參考文獻標注。課程論文的撰寫既可以提升學生對相關知識的理解,又可以提升學生搜集學術文獻的能力,使學生樹立初步的科研意識。

通過3年來對高頻電路課程考核方法的改革,學生的科研意識得到了很大的提高。昆明理工大學城市學院通信工程專業(yè)2020級學生成立了科研興趣小組,小組成員針對通信工程方向的一些選題展開初步研究,并以課題研究為契機,參加相關的各類競賽。在2022屆畢業(yè)生中,有1人基于畢業(yè)設計成果申請國家發(fā)明專利1項,同時,多人在相關學科競賽中也取得了較好的成績。在2021年、2022年舉辦的第八屆、第九屆“大唐杯”全國大學生移動通信5G技術大賽中共獲國家級獎勵3項,省級一等獎6項,其他省級獎勵50余項。在第十三屆“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽中獲省級獎勵4項。

4 結 語

高頻電路課程作為通信工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程,課程的教學質量對通信工程專業(yè)學生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要影響。本文基于昆明理工大學城市學院高頻電路課程的教學實際,首先對課程的教學內(nèi)容進行了凝練,以突出教學主線。其次,通過引入雨課堂等先進教學輔助技術,切實提升了學生課堂學習的參與度和學習效率。最后,通過改革課程考核方式,培養(yǎng)了學生的科研意識和初步的學術素養(yǎng)。希望通過進一步的改革實踐,將“立德樹人”的目標落到實處,培養(yǎng)出具有愛國情懷、專業(yè)知識扎實的高質量專業(yè)人才。