以《高频电子技术》为例开展互联网和虚拟仿真技术的研究与实践

徐金荣

（太原工业学院 电子工程系，山西 太原 030008）

0 引言

自新冠病毒爆发以来，遵循教育部的“停课不停学”的指导思想，部分地区学校陆续进行线上教学。教师不断研究和探索如何进行线上教学，保证学生的学业不耽误。中小学教师大部分通过“钉钉”“腾讯会议”等多种软件进行直播教学。这种教学方式虽可以设置回放功能，但对于高等学校专业课程的学习，需要探索一种系统的、资源丰富的课程建设将更有利于学生系统地学习一门专业课。高校学生的自由支配的时间较多，如何利用业余时间、碎片化时间进行学习，对传统教学课上的知识点能及时快速地复习和消化，需要这样的课程资源提供一个渠道，根据自己知识点的掌握程度进行查缺补漏。此外，对于应用型本科，不仅仅是理论知识的掌握，更强调知识点的应用和实践，如何改变传统的实验箱进行验证性实验的不足、开拓学生的创新性实践能力的开展，需要改变传统实验教学[1]。本文基于以上两点进行教学改革。

高等教育应坚持以人为本，把“培养人”作为根本任务。在以往的传统教学中，大多以理论知识教授和教师口述为主，学生自学为辅，存在的问题较为明显，以《高频电子技术》为例，主要体现在以下几个方面[2]：（1）课程内容相对抽象，对学生前期学习的基础比较依赖，课堂实效性差，对实验的依赖性较强；（2）实验教学多为验证性实验，缺少设计性、创新性实验环节，学生综合开发能力和创新能力的培养缺乏相应的环境和条件；（3）教学内容与实际脱节，涉及工程应用内容不多，加之内容较抽象，学生学完之后不知道该内容有什么应用，能用在哪里，学生的工程素质和实践能力得不到有效培养；（4）缺乏一个高素质的理论和实践教学团队，理论实践教学队伍和管理队伍建设有待完善。

综上，单纯的“幻灯片”教学模式已不适应新时代的人才培养，无法充分调动学生的学习兴趣和发挥学生学习的主观能动性，难以突出学生在学习过程中的主体地位，不利于学生创新能力的培养和提高。本文基于以上内容，以互联网及虚拟仿真技术辅助教育教学，最大程度按照信息时代高等教育办学发展需求，为学生开展探究性学习、自主学习和创新实践提供了先进手段和优质资源，并根据社会发展变化给学生提供与社会接触和应用的条件，在提高人才培养质量的同时，也为实验教学改革和实验室建设增添了活力和动力。

1 研究内容

本文根据高频电子技术课程教学改革过程中的经验和体会，提出“精选线上课程-实验室教学-线上仿真”相结合的教学方式，力求通过开展互联网和虚拟仿真技术的验证与实践，培养学生掌握扎实专业理论知识，使其能适应现代信息社会需要，开展多样化工程实践，具备较强的分析和解决实际问题能力[3]。

《高频电子技术》课程的选取难度偏高，在融合授课时是否会偏离教学大纲或在提升学生学习乐趣的同时降低学生的认知深度，是本次教改实施阶段应尽力避免的问题，也是本教改的难点。

1.1 理论教学改革

《高频电子技术》课程是我校电子信息工程、通信工程等专业开设的专业基础课，该课程多次被学生评为最难学、被教师评为最难教的一门课程。本校电子工程系主讲《高频电子技术》课程的教师7人，其中教授2人、副教授3人、讲师2人和博士3人。经课程组多次探讨和验证，课程的资源建设设定如下：总学时为56学时，其中线上（或精品课程）24学时、实验室12学时、线上试验拓展20学时。

线上教学采用本校具有丰富教学能力的教学团队创建的《高频电子技术》课程，采用“视频、课件、发布讨论、课后测验、章节作业”等形式进行线上开放式教学。该课程资源包括分章节各个知识点的视频资源，针对每个章节的讨论、课后测验、章节作业等资源，通过练习来巩固学生对知识点的理解和记忆。相关的辅助资料例如电子课件、课后习题、相关的实验配备系统、实验指导说明等资源均在课程资源中陈列。部分课程资源截图如图1所示。

图1 课程资源部分截图

1.2 实验教学改革

虚拟仿真实验建设是传统实验室基地建设的延伸和有效补充，它能够丰富实践教学的内涵，带动专业建设与改革[4]。实验教学环节改革利用网络教学实验平台，在线搭建实验设备和仿真过程，利用EWB、Matlab等虚拟仿真技术实现实验教学环节的改革。《高频电子技术》实验环节分为基本理论验证实验、应用提升实验和自由拓展类实验。其中，基本理论验证实验主要完成基础教学目的，深化基本理论和基本分析方法；应用提升实验项目以培养学生设计应用能力为主，综合运用本课程及关联的知识结构设计；自由拓展类实验是以课程所学内容为基础的各项应用实践，更偏向带命题的电子竞赛或毕业设计等。

经过教研组探讨和论证，通过EWB、MATLAB等软件开发高频电子技术的仿真实验，学生可以利用这个仿真平台熟悉模拟通信系统的各个模块的工作原理，实现实验设计、仿真调试、实验结果的可视化等功能，并且以这个平台为基础完成更高指标性能的设计创新性实验仿真，避免传统高频实验箱进行验证的单一功能。《高频电子技术》课程的基础性实验内容包括LC振荡器、高频小信号放大器、功率放大器、振荡器、调幅、调频、检波、鉴频等内容，并对每个功能电路采用多种方法实现，并应用拓展类实验针对各种指标开发设计来模拟通信系统收发设备的仿真和焊接实现[5]。图2展示了采用EWB软件进行的仿真实验。

图2 MC1596 模拟相乘器AM 调幅

图3为学生完成应用拓展类实验后，针对各种指标开发设计出的模拟通信系统的收发设备的仿真和焊接实现。

图3 学生制作的调频收发机

2 研究成果

针对电子信息、通信工程专业的学生试点运行此次教改实践，学生的期末平均成绩有大幅提升，学生挂科率不到5%。学生实验参与度、动手能力得到大幅提高，大部分学生完成基础性实验和综合性实验，部分学生以小组形式完成创新性实验，达到教学大纲要求。此外，对学生放发放问卷调查，95%学生喜欢这种教学方式，学生对该课程的评教结果均为A，学生认为通过学习通上的课程资源查缺补漏，还可以补回因上课瞌睡、走神等没听懂的知识点，且可利用业余时间对相应资源进行系统、针对性的复习。同时，学生也对课程资源提出了一些建议，并希望学校将这些教学模式推广到更多类似的“专业基础理论+实验”的课程。学生是主体，得到学生认可是对教学改革的成果最大肯定。

3 结论

互联网和虚拟仿真等信息技术是教育信息化发展和实践教学改革相结合的产物，它弥补了传统理论实践教学不能实现的教学功能，更加符合当下学生学习特征和就业市场需求。

（1）积极融入在线教育社会发展方向，不再受限于学习时间和学习场所，学生可以在规定时间内灵活自主地安排学习和实践时间。

（2）充分利用网络教学平台软件，提高线下课堂的教学效率和效果；利用平台统计结果，创新成绩评价方式，激发学生的学习兴趣。

（3）降低实验教学成本，有效解决了传统实验平台建设周期长、投入大、设备老化、更新补充不到位等问题，保障教学的正常开展。