宋 健, 王青旺, 沈 韬
(1.昆明理工大学 城市学院, 昆明 650000;2.昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 昆明 650000;3.昆明理工大学 计算机技术应用重点实验室, 昆明 650000)
为进一步提升“新工科”背景下的高等教育水平,国内很多高校都对工科专业的课程进行了教学改革的探索[1-4]。专业选修课是高等院校课程设置的一个重要组成部分,对提高学生专业能力及增强学生的就业竞争力具有重要的作用。高频电路课程是昆明理工大学城市学院通信工程专业大学二年级本科生的一门重要专业选修课程,主要讲授无线通信系统概述、谐振回路、小信号放大器、功率放大器、正弦谐振器和反馈电路等内容。该门课程所讲授的内容既是通信工程专业本科学生必须掌握的专业理论知识,又是通信相关专业工程设计与集成的基础,因此,该门课程在通信工程专业的本科教学体系中具有较为重要的地位[5-7]。然而,高频电路课程具有理论性较强,对模拟电子技术、电路分析等前序课程的掌握要求较高的特点,同时,该门课程涉及较多繁杂的数学公式,对学生高等数学基础知识的掌握同样具有很高的要求,因此,该门课程在实际的教学活动中无论对讲授课程的教师还是对学习课程的学生都具有一定的挑战性。
通过日常教学和与学生座谈了解到,学生在高频电路课程的学习中存在由于前序课程基础理论知识掌握不够扎实从而导致对该课程部分新增知识点不能深刻理解的现象,因而在课堂中学习积极性不高,有一定的畏难情绪。针对这些问题,笔者在课程教学内容、教学模式及教学考核方法等方面提出了相应的教学改革措施,所涉及的教学改革内容及内在关系如图1所示。
图1 高频电路课程教学改革主要内容及内在关系示意图
高频电路课程在多数院校与通信相关的专业中是一门重要的专业基础课程[8-10],授课学时较长,而在昆明理工大学城市学院的专业课程设置中,由于学生培养目标和培养方案的差异,该课程被设置为专业选修课,授课学时大幅减少。因此,如何在不损害知识体系完整性的前提下,将课程知识点尽可能简明易懂地教授给学生成为昆明理工大学城市学院高频电路课程教学改革的关键。
在课程绪论部分,主要的教学目的是通过实例引入无线通信,完成从前序课程到本课程的知识过渡,从而了解无线通信(无线电)的背景与基本概念。为了弥补城市学院学生没有学习过电磁场与电磁波课程的缺陷,在讲解电磁波的频谱划分内容时,扩展了麦克斯韦方程及电磁辐射的相关内容。在进行电磁波传播方式讲解时,结合无线电广播对该部分内容进行讲解,并着重强调调频广播中更换频道的重要性。课后给学生留下思考题:“在更换调频广播接收频道时,调频广播系统何种参数的变化使接收频道发生改变?”该问题的设置可将新旧知识有机联系起来,为后续章节讲解谐振的概念做好铺垫。
在进行并联谐振回路讲解时,通过教学实践发现,大部分学生对谐振概念的理解并不深入,通常只停留在谐振公式推导的记忆与理解上。因此,在该部分内容讲解时引入了谐振是并联电路的主动属性还是被动属性的讨论,引导学生对谐振选频作用进行深入理解。通过讨论,加深了部分学生对谐振的理解,也使大部分学生对调频广播更换频道就是通过更改谐振频率进行选频的过程有了较为深刻的记忆。在课程的教学过程中,始终将谐振概念贯穿始终,在讲授小信号放大器时,针对以LC并联谐振回路为负载的电路,结合模拟电子技术基础课程中的放大电路进行差异对比,以实现对新知识的系统化认识。
在高频电路课程教学过程中,始终将谐振、放大2个核心概念作为主线,以合理近似、科学等效作为新增的分析方法,将同类型知识点如调幅、调频、调相进行集中数学原理推导,帮助学生将数学理论与通信工程概念进行交互理解。
通过上述教学内容改革,减少了高频电路课程中复杂电路及公式的学习课时,增加了相关理论联系实际应用案例的讲解,提高了学生对该门课程的学习兴趣。通过贯穿课程内容主线的方式,突出了课程重点,增强了课程的教学效果。
基于高频电路课程的教学内容和教学目的,对该门课程的教学模式进行了相应改进。在传统板书加多媒体教学模式的基础上,新增雨课堂等新型教学辅助技术[11-13],增强了教学过程中与学生的互动,有效提升了教师对学生课堂学习状态的掌控。
高频电路课程有较多的公式、电路图需要学生学习和理解,为提升学生在课堂学习中的效率,防止学生在听课过程中因公式、电路图复杂而出现注意力不集中的情况,在教师讲解公式、电路图后,可以利用雨课堂向学生发送与前序讲授内容相关的题目,题目以选择题为主,一方面,有利于降低答题的难度,另一方面,也有利于教师对答题情况进行统计。规定回答问题的时间为题目发送后的30～60 s,设置时间限制一方面可以考查学生在课堂中注意力是否集中,另一方面也可以节省课堂时间。雨课堂可以对学生的作答情况进行自动判断和统计,根据答题情况对所涉及的问题进行重述,并对答题正确且答题速度最快的学生进行表扬。
利用雨课堂来加强课堂互动属于课程教学手段的改进尝试,对课程中较为重要的基础公式、基础电路,仍需要结合板书进行详细讲授。在板书重点内容讲解过程中,对已经学过的前序相关知识进行串联可以帮助学生建立起系统的知识体系,使学生能够对高频电路课程的相关知识理解得更为透彻。例如:在讲解功率放大器时,可以结合学生在模拟电路课程中所学的放大电路的相关知识,分析功率放大电路所属基态,同时,分析功率放大电路与模拟电路课程中放大电路的组成差异,从而让学生对并联谐振电路的作用有进一步的理解。
经过一系列的教学模式改革,学生对高频电路课程内容在实际通信中的应用有了进一步的认识。在后续的教学实践中,将针对现有的物联网相关技术和标准,开展基于LORA技术的点对点、点对多点的无线传输课程设计,进一步加强学生学习基础理论知识并将理论知识与实际工程问题相结合的能力,提高学生对高频电路课程学习的主动性和积极性。
目前,昆明理工大学城市学院通信工程专业高频电路课程是按选修课程进行考核,成绩组成比例为50%期末成绩与50%平时成绩。以学校专业选修课的考核原则为基础,对50%的平时成绩部分进行了细化,将其细分为20%的学习过程成绩和30%的课程论文撰写成绩。
由于采用雨课堂进行辅助教学,可以自动统计出学生的出勤率及课堂问题回答、作业完成情况,极大地提升了教师的工作效率。另外,在课程学习的后半段,任课教师可以布置相应的课程论文选题范围,由学生拟定论文题目收集资料后进行论文的撰写。通常情况下,教师会给出论文题目的模板,如 “基于××技术的高频功率放大器增益提升方法”等。论文主要以相关技术的总结归纳为主,不对创新性做过高要求。但是,要求学生必须对论文中提到的内容进行参考文献标注。课程论文的撰写既可以提升学生对相关知识的理解,又可以提升学生搜集学术文献的能力,使学生树立初步的科研意识。
通过3年来对高频电路课程考核方法的改革,学生的科研意识得到了很大的提高。昆明理工大学城市学院通信工程专业2020级学生成立了科研兴趣小组,小组成员针对通信工程方向的一些选题展开初步研究,并以课题研究为契机,参加相关的各类竞赛。在2022届毕业生中,有1人基于毕业设计成果申请国家发明专利1项,同时,多人在相关学科竞赛中也取得了较好的成绩。在2021年、2022年举办的第八届、第九届“大唐杯”全国大学生移动通信5G技术大赛中共获国家级奖励3项,省级一等奖6项,其他省级奖励50余项。在第十三届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛中获省级奖励4项。
高频电路课程作为通信工程专业的重要专业基础课程,课程的教学质量对通信工程专业学生专业素养的培养具有重要影响。本文基于昆明理工大学城市学院高频电路课程的教学实际,首先对课程的教学内容进行了凝练,以突出教学主线。其次,通过引入雨课堂等先进教学辅助技术,切实提升了学生课堂学习的参与度和学习效率。最后,通过改革课程考核方式,培养了学生的科研意识和初步的学术素养。希望通过进一步的改革实践,将“立德树人”的目标落到实处,培养出具有爱国情怀、专业知识扎实的高质量专业人才。
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