通信電子電路實驗考試系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

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摘要：針對通信電子電路實驗考核方法的不足，提出了學(xué)、教、考分離式實驗教學(xué)方案，研制了通信電子電路實驗系統(tǒng)、教師出題考試機、學(xué)生考試機，并在實驗教學(xué)、實驗考核方法上進行了改革。實踐證明：新的實驗系統(tǒng)和實驗考核方法能夠激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，提高學(xué)生的實驗操作能力。學(xué)生的最終實驗成績具有更強的客觀性和公平性。

關(guān)鍵詞：通信電子電路；考試系統(tǒng)；實驗系統(tǒng)

通信電子電路是通信電子類專業(yè)的必修課程，是一門實踐性、應(yīng)用性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)新意識以及實踐能力[1]，結(jié)合我校通信電子電路課程的教學(xué)實踐，先后在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、小班授課[2]等方面對該課程進行了多次改革。為解決學(xué)生在學(xué)習(xí)通信電子電路中遇到的難點，提出了基于形成性評價的通信電子電路教學(xué)研究，設(shè)計形成性評價教學(xué)活動[3]。目前，通信電子電路課程是我校的精品課程，并承擔(dān)著一項河北省教改項目——“基于案例探究式及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的通信電子電路教學(xué)模式研究與實踐”。通信電子電路實驗作為實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生了解通信電子電路的基礎(chǔ)內(nèi)容和最基本的通信電子電路分析和設(shè)計方法，熟悉典型實用電路，同時培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力[4]，對提高學(xué)生的獨立研究能力有很大的幫助。許多高校在這方面開展了積極的探索，如西安電子科技大學(xué)以培養(yǎng)工程思維為教學(xué)目標，提出了通信類專業(yè)工程體驗實驗的教學(xué)內(nèi)容和模式改革方式，用工程思維讓大一新生從感性上認識通信與信息系統(tǒng)及主要知識點的關(guān)系[5]；杭州電子科技大學(xué)開展了以基礎(chǔ)實驗為引導(dǎo)、軟件仿真為支撐、設(shè)計實驗為主導(dǎo)的教學(xué)內(nèi)容改革和以自主實驗與合作實驗相結(jié)合的教學(xué)方法改革[6]；廣西民族師范學(xué)院針對目前通信電子電路實驗采用集成模塊電路，學(xué)生只知如何進行調(diào)試，不知電路的具體構(gòu)成，缺乏對電路的設(shè)計環(huán)節(jié)等問題，提出將仿真電路實驗與實物電路實驗有機結(jié)合同步操作的教學(xué)模式[7]。我校針對通信電子電路實驗教學(xué)改革，提出基于“雙主原則”的通信電子電路實驗教學(xué)模式，對通信電子電路實驗教學(xué)過程中教師和學(xué)生的相輔相成的關(guān)系進行了深入探討，著重突出學(xué)生在實踐過程中的主體地位[8]，進行了團隊合作實驗教學(xué)探索[9]，以及基于能力培養(yǎng)和團隊協(xié)作的通信電子電路實驗考核模式研究[10]。總體來說，對通信電子電路實驗教學(xué)的研究主要還是基于教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容等方面，而很少有提及實驗考試的實驗教學(xué)研究。實驗教學(xué)離不開各種實驗裝置和實驗箱，但大量用于高等院校電子類課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的電子電路實驗箱，均不同程度存在設(shè)計性和綜合性體現(xiàn)不足等問題[11]。以前，我校通信電子電路實驗室也存在儀器設(shè)備少、器材不夠完善等問題。學(xué)生只能分組完成一些特定電路的實驗。另外，由于受到實驗室條件的限制，無法對每名學(xué)生進行實驗操作考核，這樣就造成有些學(xué)生不是靠自己的能力完成實驗測試，而是依賴其他學(xué)生，最后的實驗成績不能真實反映學(xué)生的實驗?zāi)芰?。在新的教學(xué)改革中，我們提出了案例式“通信電子電路”模塊化實驗方案設(shè)計與實踐方法[12]，將實驗教學(xué)分成了分模塊基礎(chǔ)實驗、系統(tǒng)性實驗以及實驗考試三個環(huán)節(jié)。在總結(jié)以前工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，與北京中科浩電公司聯(lián)合研制了ZK-GP4型通信電子電路實驗系統(tǒng)、ZK-GP4-KH型通信電子電路考試實驗系統(tǒng)（以下簡稱“學(xué)生考試機”）以及教師出題考試機。學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗和系統(tǒng)性實驗測試的情況下，參加單人單機實驗操作考試。

1實驗考試系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

通信電子電路實驗考試系統(tǒng)由學(xué)生考試機以及教師出題考試機兩部分組成，兩者之間采用2.4GHz頻率進行無線通信。

1.1學(xué)生考試機設(shè)計

學(xué)生考試機包括練習(xí)和考試兩個功能，當(dāng)選擇“練習(xí)”功能的時候，由系統(tǒng)內(nèi)置程序自動出題供學(xué)生平時練習(xí)使用。當(dāng)選擇“考試”功能的時候，由教師出題考試機隨機出題供學(xué)生正式考試使用。學(xué)生考試機是一個完整的幅度調(diào)制解調(diào)收發(fā)系統(tǒng)，分為控制功能電路區(qū)、LC本地振蕩器電路區(qū)、基極調(diào)幅與丙類功放電路區(qū)、小信號調(diào)諧放大器電路區(qū)、二極管檢波電路區(qū)、混頻輸出電路區(qū)、中頻放大器功能電路區(qū)共7個功能模塊?？刂乒δ茈娐穮^(qū)由液晶顯示、無線通信模塊、蜂鳴器、電源指示、控制功能鍵等組成（見圖1）。學(xué)生考試機可以針對不同電路功能模塊設(shè)置故障點，在各功能區(qū)都設(shè)計了繼電器，通過控制繼電器動作設(shè)置故障點。在振蕩電路區(qū)域，振蕩頻率正常為8.8MHz。在此區(qū)域設(shè)置了“振蕩器不起振”“振蕩頻率偏移”兩個題目。在基極調(diào)幅與丙類功放電路區(qū)，放大器諧振頻率為6.3MHz。在此區(qū)域設(shè)有“放大器靜態(tài)工作點偏置故障”“選頻回路諧振故障”“信號匹配發(fā)射故障”三個題目。在小信號調(diào)諧放大器電路區(qū)，放大器諧振頻率為6.3MHz，通頻帶約為500kHz，矩形系數(shù)約為1.25。在此區(qū)域設(shè)有“放大器靜態(tài)工作點偏置故障”“有載、空載品質(zhì)因數(shù)性能故障”“諧振耦合程度故障”三個題目。在二極管檢波電路區(qū)，輸入信號為調(diào)幅波信號，載波頻率為2.5MHz，調(diào)制深度為40%左右。在此區(qū)域設(shè)有“惰性失真”“負峰切割失真”二個題目。在混頻輸出電路區(qū)，本振信號為8.8MHz，射頻信號為6.3MHz。在此區(qū)域設(shè)有“本振信號輸入故障”“射頻信號輸入故障”“混頻信號輸出故障”三個題目。在中頻放大電路區(qū)，輸入信號2.5MHz，每級的放大倍數(shù)為5~10倍。在此區(qū)域設(shè)有“放大器偏置故障”“前級放大器故障”“后級放大器故障”三個題目等。總計可以設(shè)置16個故障點。在每個故障點旁邊設(shè)計一個開關(guān)，如果學(xué)生通過測試判斷出該位置是故障點，則按一下這個開關(guān)確認即可。如果判斷正確則此處的電路故障被排除恢復(fù)正常，同時記錄操作一次，正確操作一次，故障總數(shù)減1；如果判斷錯誤，則這次操作屬于誤操作，將計入總操作次數(shù)，而不計入正確操作次數(shù)，故障總數(shù)不變。誤操作將會影響到學(xué)生最后的考試成績，誤操作次數(shù)越多成績越差。學(xué)生答題結(jié)束后按“提交試卷”結(jié)束考試，同時系統(tǒng)停止計時。

1.2教師出題考試機設(shè)計

教師出題考試機（見圖2）可以編輯考題以及設(shè)置考試時間并發(fā)送到學(xué)生考試機上。在考試前，教師出題考試機給學(xué)生考試機下發(fā)考試題目（題目是遙控學(xué)生考試機中相關(guān)電路的繼電器發(fā)生動作，從而產(chǎn)生故障）并設(shè)置考試時間（見圖2(b)）。教師出題考試機可以對16個故障點任意組合，根據(jù)學(xué)生在基礎(chǔ)實驗和系統(tǒng)實驗中的操作情況，一般給每名學(xué)生設(shè)置2~4個故障，考試時長設(shè)為30min，學(xué)生考試機在接收到考題后，學(xué)生按下開始考試按鈕進入考試狀態(tài)，系統(tǒng)開始倒計時，時間用盡則不能再進行操作，考試自動終止。開始考試后，教師出題考試機可以實時監(jiān)測學(xué)生考試機的考試狀態(tài)，包括每臺學(xué)生考試機的考試剩余時間、總操作次數(shù)、正確操作次數(shù)、出題時設(shè)置的總故障個數(shù)等，如圖2(c)所示。這樣方便在考試過程中對誤操作次數(shù)過多的學(xué)生及時提出警告。在學(xué)生考試結(jié)束后，教師出題考試機根據(jù)學(xué)生操作情況，給出一個參考成績。由于有了考試題目和考試操作時間的約束，學(xué)生在排除電路中的故障時，就要盡量做到又快又準。這就對學(xué)生分析電路的能力提出了較高的要求，從而要求每名學(xué)生在做基礎(chǔ)性實驗的時候必須認真操作，熟練操作每臺儀器設(shè)備，熟悉每個電路模塊各個測試點的波形、頻譜、幅度等參數(shù)，不能再像以前那樣依賴同伴。

2學(xué)生實驗考核評價

對于基礎(chǔ)性電路實驗，學(xué)生需要根據(jù)教師下發(fā)的實驗任務(wù)書內(nèi)容設(shè)計實驗方案，注明需要用到的器件和儀器，制定實驗步驟。在實驗方案中需要標明實驗測試點，預(yù)測各信號測試點的波形、頻譜、幅值等參數(shù)。在完成以上實驗預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上進行實驗測試，記錄實驗中出現(xiàn)的問題，分析電路故障及解決辦法并完成實驗報告，這部分成績將占總成績的20%。對于系統(tǒng)性電路實驗，學(xué)生根據(jù)實驗任務(wù)書要求選擇ZK-GP4型通信電子電路實驗系統(tǒng)中的分模塊電路搭建幅度調(diào)制解調(diào)整機系統(tǒng)和頻率調(diào)制解調(diào)整機系統(tǒng)，并對整機系統(tǒng)各相關(guān)指標進行測試，對無線信號收發(fā)優(yōu)劣狀況、信號質(zhì)量、通信距離等給出結(jié)論并完成實驗報告，這部分成績將占總成績的20%。除了基礎(chǔ)性實驗和系統(tǒng)性實驗外，對學(xué)生的實驗成績評定還要依據(jù)最終的實驗考試結(jié)果。學(xué)生考試結(jié)束后，在教師出題考試機的監(jiān)測屏幕上可看到每臺學(xué)生考試機有幾個故障需排除、總操作次數(shù)、正確次數(shù)、剩余時間、參考成績等信息，實驗考試占總成績的60%。最后將這三個成績綜合起來給出學(xué)生最終的實驗成績。

3結(jié)語

通過對我校2015級、2016級和2017級三屆學(xué)生的學(xué)、教、考分離式實驗教學(xué)方法的實施，其成效明顯。學(xué)生從以往按給定實驗步驟機械地做實驗變?yōu)橹鲃宇A(yù)習(xí)實驗內(nèi)容并設(shè)計實驗方案，自主學(xué)習(xí)意識得到提高。學(xué)生通過實驗操作并對實驗結(jié)果進行分析，加深了對課程內(nèi)容的理解，提高了學(xué)生將課堂理論應(yīng)用到實際高頻硬件電路設(shè)計與測試的能力。實驗操作考試機制的改革激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣，提高了學(xué)生獨立操作儀器的能力，學(xué)生的實驗考試成績也更加公平合理，更能反映學(xué)生的真實水平。

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作者：李星蓉 余萍 韓東升 李然 賈惠彬 單位：華北電力大學(xué)