再 版 說 明
本教材的第1版重點對學生實踐環節的設計、管理與指導應用進行了編寫,取得了良好的教學效果。為了適應近年來教育部實施的“卓越計劃”人才培養要求,使學生實踐能力與企業工程實踐需求相結合,編寫組在廣泛調研和系統論證后,對第1版內容進行了修改與擴充。具體的修訂內容如下:
1.增加了基礎理論篇
為使本教材自成體系,在第2版中增加了基礎理論篇,重點闡述無線電通信系統中各單元模塊的基本原理和經典結構,為后續實踐類篇章進行必要的理論鋪墊。具體內容編寫時,突顯了實踐類教材緊貼實踐的特色,以問題驅動學習,即通過對關鍵內容所涉及的實踐問題進行提問,提煉本部分重要概念和知識點,使學生在學習過程中可以帶著問題去思考分析,同時能夠對自己的學習情況有一個客觀、清晰的認識。此外,為突出理論對實踐的指導性,第1版“第4章實踐問題分析與解決”中的內容,被分類放在第2版理論篇對應章節的最后,作為相應章節理論聯系實際的案例分析。
2.實踐應用篇中增加了新的教學學術研究成果與學生實踐創新研究課題
在第1版的“第3章研究創新型實驗指導”中,增加了“工程實踐教學方法”總結。編寫組根據國家“卓越計劃”實施的要求和特點,依托團隊多年來在培養學生過程中總結形成的“科教協同團隊管理機制與實踐平臺建設”、“科教協同團隊實踐創新能力培養機制”和“科教協同課程建設以點帶面培養機制”,對高頻電路原理、實踐和應用各個層面的教學特點、研究方法與管理理念進行了系統的探討與整理,凝練成一套切實可行的教學方法,編寫于書中,以供讀者參考。
此外,在保留第1版內容的基礎上,增加了提高型和研究創新型實驗的課題數量。編寫組成員所在團隊通過長期對工程項目的實踐與摸索,逐步凝練和規范出一套適合于工科學習的操作模式,主要包括:提出問題、分析問題、解決問題、總體優化以及推廣應用這5個環節。編寫組以這5個環節為主線,展現每個實驗課題。同時將學生中的優秀應用研究成果以項目總結報告的形式給出,展現最新研究進展和成效,以保證實踐內容與時俱進,為廣大學生自主開展工程創新實踐提供借鑒與參考。
編 者
2015年12月
于河海大學
第1版 前言
如何提高學生實踐創新能力既是社會關注的焦點,也是高等教育教學改革的熱門話題。近年來,作為實踐教學的主要環節,實驗教學模式改革及與之配套的實驗教材編寫受到普遍關注。2002年教育部頒布《普通高等學校本科教學工作水平評估指標和等級標準》,對實踐教學中的綜合性、設計性實驗提出了一定的要求;2005年由江蘇省教育廳制定的《江蘇省高等學校基礎課實驗教學示范中心驗收標準》中,又在重要二級指標“教學內容”中,明確提出“實驗內容應包括基礎型實驗、提高型實驗、研究創新型實驗三個層次”;2007年年初教育部頒發1號和2號文件對如何確保實踐教學質量更是作出了明確的指示。為了增進電氣信息類專業的實踐教學改革,建立“三層次實驗”教學培養模式和與該模式配套的實驗教學管理體系,使實驗室真正成為電氣信息實踐創新人才的培養基地,適應社會對電氣信息專業人才實踐創新能力的要求,本教材對近年來實施“三層次實驗”實踐的探索進行了總結,下面從“三層次實驗”體系建設以及相應的教學指導兩個方面給予介紹。
一、“三層次實驗”教學體系的介紹
每個學校的情況不盡相同,因而無法用一種統一的模式來對“三層次實驗”教學的體系進行定義,國家鼓勵各高校立足自身實際探索“三層次實驗”教學的體系,使學生的實踐教學質量得到保證,下面把作者所在的江蘇省電子信息技術實驗教學示范中心實施情況做一概要介紹,希望能對讀者有所幫助并希望得到讀者的指正。
1.“三層次實驗”教學的背景及意義
“三層次實驗”教學體系是切合當前高等教育迅速發展的背景而提出的務實舉措。隨著高校在籍學生人數的迅速增加,學生的知識結構和層次更趨于復雜化,在夯實學生理論知識的同時,培養其實踐動手能力的任務將變得更加嚴峻。針對這種現狀,在實驗教學中開展分層次教學改革勢在必行。
“三層次實驗”教學體系分為基礎型實驗、提高型實驗和研究創新型實驗三個層次。分級進行,循序漸進,從基礎到綜合,再到設計與創新,符合從簡單到復雜的普遍認知規律和實驗教學規律。在以學生為本,以知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的教育理念(即KAQ模式)下,構建以學生能力培養為核心,旨在加強學生實踐、創新能力,促進學生知識、能力、素質綜合協調發展的“三層次實驗”教學體系,符合當今社會對高校學生實踐創新能力的要求。為確保學生在基礎實驗、課程設計、畢業設計等實踐環節中受到良好的訓練,從實踐中獲得真本領,需要對實踐的每一環節進行嚴格管理,管理者需要在每一環節中對老師和學生提出明確要求,使每一環節均有章可循。
2.“三層次實驗”教學體系的功能及管理辦法
(1)基礎型實驗
基礎型實驗主要指電氣信息類專業學生應知應會的原理性實驗,基礎型實驗是學生實踐能力發展的基礎,也是傳統實驗教學的主要任務。為確保全體學生均能很好地完成基本實驗,從而明確基礎型實驗的兩種功能:一是按教學大綱要求面向全體學生開出基礎型實驗;二是面向部分學生進行“揚優補差”的強化實驗,因為在學生中存在一定的個體差異,學有余力的同學往往希望對某些問題進行深入鉆研,還有部分基礎較差的同學在規定的時間內無法達到基本要求。因此,實驗室在結束某個單元實驗前專門安排時間對學生開放,滿足不同層次學生的需求。本書提出在進行實驗的整個過程中須遵循一套完整的規范流程,在基礎實驗中嚴格按照五個環節的過程管理辦法進行,每一環節有明確的要求,即“五環過程管理辦法”。
(2)提高型實驗
提高型實驗與基礎型實驗的本質區別在于實驗內容一定要具備綜合性、設計性和應用性三大特征。在實踐中對提高型實驗提出了兩大功能:一是保證全體同學均能接受具備綜合性、設計性和應用性三大特征的課程設計訓練,使每位學生均實現由一門課程的基礎單元實驗訓練上升到具備一門課程及相關專業基礎的、有應用意義的綜合系統設計;二是讓希望在課程設計基礎上有進一步深入鉆研愿望的同學進入實驗室,實驗室給他們創造寬松的實踐環境,讓他們在實驗室進行有一定難度設置閾值的專業綜合實踐,使他們獲得跨專業多門課程的綜合性、設計性和應用性的系統設計訓練。本書提出在進行課程設計和專業綜合實踐的整個過程中須遵循一套完整的規范流程,分別為“六環過程管理辦法”與“七環過程管理辦法”。
(3)研究創新型實驗
由于大三、大四年級正是開始接觸專業課程,深入學習專業綜合技術的大好時機,如何組織好高年級同學的實踐活動,讓學生扎扎實實在實驗室學到過硬的專業本領,通過加強畢業設計的過程管理和讓部分學生參與教師的科研工作、提前接觸畢業設計課題,對提高高年級學生實踐創新能力有很好的作用。
研究創新型實驗教學兩大功能在于:一是通過給每位學生提供必要的實驗條件,嚴格畢業設計過程管理,使全體學生均通過畢業設計受到具備研究與創新性專業課題的訓練,為學生的就業和發展打好專業基礎;二是讓部分實踐創新成績優秀的同學加入教師的科研工作,借鑒研究生的科研能力培養模式,讓本科生參與到教師的科研課題中并承擔部分基礎性工作,讓他們在畢業前通過實踐增長見識、開闊視野、提高創新能力,為他們今后繼續深造或就業奠定良好的基礎。本書提出在進行畢業設計和參加教師科研的整個過程中須遵循一套完整的規范流程,分別為“十環過程管理辦法”與“實踐創新梯隊導師制管理辦法”。
二、本教材內容介紹
本教材基于“三層次實驗”教學體系進行編寫,全書分基礎型實驗、提高型實驗和研究創新型實驗及實踐問題分析與解決4章,并將軟、硬件的基本知識和如何通過梯隊導師制落實對學生實踐創新指導的探索體會以附錄的形式增加到后面,希望這種編寫方法能對學生的實踐創新指導有所幫助。
1.基礎型實驗內容介紹
考慮到當前各高校在開設基礎型實驗時,大都借助于不同廠家提供的實驗箱,而不同的實驗箱所涉及的實驗電路和實驗內容一般是不同的,所以,基礎實驗內容的編寫,不追求多而全,而是秉承為讀者在實際操作中提供一種思路和方法的思想,組織編寫了這部分內容。
首先,精選高頻電子線路課程中的核心性電路,作為基礎實驗電路。
其次,在每個實驗的內容中,強化實驗所要達到的目的,減弱學生為了做實驗而做實驗的思想,強調實驗所解決的問題。
再次,在實驗內容中,強化實驗電路的原理,包括原理性電路與實際實驗的硬件電路之間的差別,讓學生體會輔助性元件的作用,以培養良好的識圖習慣。同時,弱化實驗步驟,以發揮學生的主觀能動性,為其創造性地完成實驗提供機會。
最后,實驗中配有適當的計算機輔助仿真的內容。它不是對硬件測試內容的簡單重復,而是對那些通過硬件電路不易實現或無法實現的實驗部分,借助計算機仿真實現;另一方面,對電路的設計和優化進行仿真,可以體現計算機仿真在電路設計中的作用。
基礎型實驗是對理論教學中涉及的一些基本結論,通過實際電路的觀測加以驗證;對于高頻電路來說,更重要的是,通過基礎實驗,使學生接觸真實的電路,感受實際電路與理論教學中使用的原理性電路之間的區別,理解輔助性元件在高頻電路中不可或缺的作用,加深對高頻電路設計復雜性的認識。而要使學生獲得這樣的感受,需要教師啟發和引導。因此,在每個基礎實驗中,編者添加了這方面的內容,并對如何加強實驗過程管理進行了介紹。
2.提高型實驗內容介紹
提高型實驗主要是指導學生利用理論教學中以及基礎實驗操作中學習到的知識,自行動手設計、制作滿足基本技術指標要求的高頻電路。考慮到學生剛剛接觸高頻電路,從理論學習到真槍實干會遇到許多問題,所以,本書在編寫時,對高頻電路的一般設計方法進行了介紹,并針對典型的無線電收發系統進行了設計舉例。主要是想通過示例,講述一種電路設計的思路,以及一些基本電路的設計方法。
然而,從最初設計的電路到最后的實現電路之間,往往會有許多不同。尤其對高頻電路,更是如此,這就是電路制作、調試中必然遇到的問題。對這部分內容的介紹,