模拟电子技术基础范文

时间:2023-03-15 15:09:46

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模拟电子技术基础

篇1

模拟电子技术基础》是根据西北工业大学面向21世纪课程教材建设的总体规划,并结合现代科学技术发展的形势与当今的应用环境组织编写的。

全书共分为8章,是电子技术基础的一个重要分支,是电气、电子信息类和部分非电类专业本科生在电子技术方面入门性质的技术基础课。课程主要内容包括半导体基础知识、放大电路基础、多级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放大电路的反馈、信号的运算和处理、波形的产生和信号的转换、功率放大电路等。

课程通过对常用电子器件、模拟电路及其系统的分析和设计

(来源:文章屋网 )

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关键词:模拟电子技术 教材内容 教学方法 实用性

前言

《模拟电子技术基础》是高等院校工科电专业开设的一门专业技术基础课。由于课时数少、内容覆盖面广、理论性强、内容抽象等特点,学生们普遍认为该课程比较难学。为此,笔者就该课程的改革作一探索,不妥之处,欢迎批评指正。

1 教材内容探讨

限于篇幅,本文不讨论整个教材的编写提纲,但总原则是:理论联系实际,服务于培应用型人材。本文就各章节内容提出一些重点实例,与同行交流。这些内容,在不少教材中很少提及,或者提到了但没有就它们的实用性作较多的讲述。

1.1 常用半导体器件

介绍半导体基础知识;二极管、三极管、场效应管。应增加介绍二极管的位作用和三极管参数与命名方法的实用意义;根据三极管的三个电极电位判断三极管的工作状态及应用实例。

1.2 基本放大器

* 共射基本放大器,通过它学习基本知识,包括静态工作点、微变等效电路、电压放大倍数、输入电阻与输出电阻计算方法。应增讲设置合适工作点的重要性。

* 工作点稳定放大器。应指出:工作点稳定不是说工作点绝对不变,而是变化很小而已。

* 共集放大器:重点介绍三大特点及用途。

* 共基放大器:重点介绍其特点及应用场合。适合做高频放大器。

* 要求掌握三类放大器输入端和输出端的相位关系。

* 多级放大器的耦合方式及其特点。

1.3 直接耦合放大器

直接耦合放大器存在问题及解决方法;差分放大器工作原理和计算方法。

1.4 放大器的频率响应

讨论影响放大器频率响应的因素、增加研究频率响应的应用实例;了解波特图的概念。

1.5 放大器中的反馈

反馈的概念,反馈性质的判断方法;深度负反馈条件下放大倍数的估算方法。负反馈对放大器性能的影响。增加介绍实用意义和应用实例。

1.6 信号的运算和处理

* 要求掌握基本运算电路:比例、加减、积分运算等。利用“虚短”和“虚断”的概念分析各种运算电路的运算关系,用实例讲解如何选择运算电路。

* 增讲测量放大器(在单片机测量系统中常用)。

* 几种常用的运算放大器型号及应用实例。

1.7 波形的发生和信号的转换

* 正弦波振荡电路的振荡条件、判断方法;方框图;分类。

* RC、LC正弦波振荡电路;增加正弦波振荡器应用实例。

* 单限、滞回、窗口比较器的特点及应用实例。

1.8 功率放大器

* 只讲两种功率放大器:OTL和OCL。用实例讲解功率管的选择。

* 介绍几种集成功率放大器。

1.9 直流稳压电源

* 整流(半波、桥式)、电容滤波。

* 可调晶体管串联型稳压电源及其输出电压的计算。

* 集成稳压电源及应用实例。应特别指出:电源变压器内阻大小的重要性。

1.10 实验仪器使用

《模拟电子技术基础》是一门实践性很强的课程,因此,动手能力的培养是很重要的一环,增加讲解一些常用仪器的使用方法很有必要。仪器的工作原理可不讲,需用实例讲解并演示各种仪器的操作方法。这些仪器是:指针式和数字式万用表、直流稳压电源、通用示波器、低频和高频信号发生器、晶体管毫伏表。

如课时少,本部分内容可不讲,但应要求学生们自己阅读。也可安排在实验课中讲解。

1.11 增加仿真技术在辅助教学中的应用

为了解决学生反映的“枯燥难学”问题,应该把多媒体技术和计算机仿真技术结合起来,这样可以使模拟电路的知识形象化,学习生动有趣。为此在教材中应增加EDA(Electronic design Automation 电子设计自动化)技术,用它来辅助教学,效果非常好[2][3]。每章可通过实例,增加EDA辅助教学内容。

2 《模拟电子技术基础》教材编写的原则

编写教材的原则是:以学生为本,因为教材内容首先是给学生阅读用的。即使教师没有讲的内容,学生也应该去阅读,因此所编写的教材就应是让学生读得懂的教材。教材不是专著。

不少学生反映:有些教材若没有教师讲,根本就看不懂。打个比方:有的教材绝大部分是用“文言文”写的,语言简洁、扼要;有的语言像写专业论文似的,学生看不懂,有的教师也看不懂。为此,我们建议:用“白话文”来写教材。所谓“白话文”就是用通俗易懂的语言来编写教材。深奥难懂的地方,绝对不能用一两句话一带而过,而必须多用些具体材料或实例加以说明,深入必须浅出。

其次,本课程开设的目的是培养应用型人才,因此教材内容的编写应注重理论联系实际,真正成为一门实践性强的课程,所举例题及习题均应突出解题思路及方法。

3 教学方法探讨

教学方法多种多样,笔者就体会较深的方面提出以下三点:

(1)建议用多媒体和传统粉笔板书相结合的教学方法,而绝对不能照课件内容一念了之,绝对不能丢掉粉笔。

(2)教学方法中的另一个重要问题是:教师用什么“语言”来讲课?是用大多数教材中的语言――“文言文”――来讲课?还是教师在对教材内容充分理解基础上,用自己的语言――“白话文”――来讲课?笔者积极赞成后者。用教师自己的语言讲课,比较生动,学生容易接受,容易理解,效果很好。

(3)如果教师本人有丰富的实践经验,那么能结合自己做过的课题讲课,会更生动、更能吸引学生,效果会更

好。

4 考试应增加一些实用性强的试题

考试往往是从理论到理论,这是不妥的。我们认为应增加一些实用性强的试题。例如:如何利用万用表检查放大器是否正常工作?如何测量放大器的电压放大倍数?如何测量放大器的频带宽度?如何设计一个最大不失真功率为2W的功率放大器?如何设计一个输出电压为6―9V的晶体管串联型稳压电源?等等。

参考文献:

[1]华成英,童诗白.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社(第四版),2006.5.

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关键词:电子信息;专业课程;模拟电子技术

1 模拟电子技术基础课程的特点

模拟电子技术基础,又称为电子技术基础模拟部分,与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括:重要性,模拟电子技术是现代化重中之重的技术;非线性,电子放大器是一种非线性元件,需要用非线性分析方法(图解法、微变等效近似等);工程性,在足够精确的情况下,为了计算方便,常用近似来化简;微观性,深入到原子电子级分析问题;实践性很强,动手性很强,需要很好的实践,不实践学不好;复杂性,易受多种因素影响,如温度,随机性,光照等等影响,参数宜变,参数分散等增加了该课程内容的复杂程度;基础性,是后续电子类课程的基础,也是电子信息类专业考研的课程之一;主干性,是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器,该课程主要就是讲放大。

模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信:发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等;互联网络:路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等;工业领域:钢铁、石油化工、机加工、数控机床等;交通方面:飞机、火车、轮船、汽车等;军事领域:雷达、电子导航等;航空航天领域:卫星定位、监测;医学领域:γ刀、CT、B超、微创手术等;消费类电子领域:家电(空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表)、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展,推动计算机技术的发展,使之“无孔不入”,应用广泛。

模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力,掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法,深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理,掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法,掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。

2 模拟电子技术基础课程的先修课程

模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》,其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程,从内容上看,《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力,而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析,从模拟电子系统的各个组成部分出发,分别学习各种典型的模拟电子电路,给学生建立起模拟系统的基本构架,为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。

模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上,分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级,讨论半导体材料的神奇,进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域,内部载流子运动的情况,从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发,理解集成电路的奥妙,小到微观电子原子级,大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后,学生有了系统的概念,信号处理的概念,在此基础上再进行数字电子技术的学习,学生更能理解和接受,电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同,各有侧重点,但很多分析方法、理论公式都环环相扣,所以可以进行对比学习,提高学习效率。

3 模拟电子技术基础课程设置知识要求

模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程,它具有自身的体系,是理论性、实践性都很强的课程,是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用(例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用)打好基础,为学生建立系统分析的概念,培养学生自主分析问题和解决问题的能力,帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解,过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。

4 模拟电子技术基础课程设置能力要求

模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合,既保证严谨的理论体系,又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习,应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力,以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。

5 模拟电子技术基础课程达成目标要求

通过模拟电子技术基础课程的学习,掌握模拟电子系统的各个部分,包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力,培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力;学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统,辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能;能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真,实现不同类型模拟电路系统的功能,通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能,理论与实践相结合,更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识,为后续专业课程打好基础。

6 教学方法建议

和众多电子信息类专业基础课一样,模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合,理论部分也是以教师讲授为主,课程内容繁多,有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授,很多教师会全程进行讲授,学生被动的接受知识,犹如过眼云烟,没有足够的消化理解相关知识点的时间,真正理解领会的知识点非常有限,不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解,其实这样的教学模式,教师辛苦不说,教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习,上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问,以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习,对知识点进行巩固。

综上所述,《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要,另外电子信息类本科专业基础课程还有很多,不仅仅是模拟电子技术基础,每门不同的专业课程都有其特点和用途,学生只要从宏观的角度,理解其中的关联性和衔接性,教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求,以及课程的达成目标要求等,只为每一位学生能学好每一门专业课,真正具备电子信息的相关专业技能。

参考文献

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].高等教育出版社.

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高等学校的教学内容应该与时俱进,注意更新与丰富。目前在实际中应用较多的是各种规模的集成电路,然而在传统的“模拟电子技术”课程里,半导体器件内部的载流子运动,分立元件构成的共射、共基、共集放大电路等内容均为教学重点,因此我校对此部分教学内容的学时进行了压缩,内容精炼,注重实用。例如略讲了三极管内部载流子的运动过程,而增加了实际应用中三极管类型的判别方法等内容,在减少对分立元件构成的放大电路内容讲解的同时加强了对集成电路外特性及应用的介绍。我校新编的教材在注重基础的同时,吸收了很多新教材中的新思想、新理论和新技术,较好地处理了实用性和先进性之间的关系,可满足“应用型本科学生”的培养目标。该教材已被机械工业出版社于2013年出版,并被列入普通高等教育“十二五”规划教材。

二、改革“模拟电子技术”教学方法与手段

1.重视语言的艺术性

苏霍姆林斯基曾言:“教师的语言素养在极大程度上决定着学生在课堂上脑力劳动的效率。”在传统的教学过程中,教师往往作为课堂上的主体,用严谨且逻辑性很强的语言将知识传授给学生,而学生只能被动接受,结果使很多学生认为“模拟电子技术”课程内容枯燥难懂,逐渐失去了学习这门课程的兴趣。笔者认为教师的语言不仅应准确、精练且逻辑性强,还应风趣幽默,这样可以缩短师生之间的距离,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习效率。例如在三极管放大电路中既有直流信号又有交流信号,很多同学对此不理解,教师则可以用“直流搭台,交流唱戏”八个字总结,语言诙谐幽默又起到了画龙点睛的作用。对于硅二极管两端加0.5V电压时的状态则可用“小荷才露尖尖角”这句诗来描述,枯燥的课堂顿时变成生动的、有吸引力的课堂。此外,教师作为主导,学生作为课堂上的主体,积极采用启发式和讨论式教学模式可以启迪学生的智慧、挖掘学生的创新意识,同时也对学生学习以后的专业课程有着潜移默化的影响。

2.丰富多媒体教学的多样性

首先,制作高质量的幻灯片。多媒体课件作为易于展示图片和动画效果的教学工具,应该充分利用它的优势,弥补板书授课方式的不足,提高课堂教学质量。例如,在讲解PN结形成的过程及晶体管内部载流子运动规律的内容时,单一用板书授课会让学生普遍感觉听起来很累,不便于学生理解,并且增加了此部分内容的授课时间。用多媒体动画的方式让PN结及晶体管内部载流子真正“运动起来”,学生观看起来感觉轻松、直观、生动,提高教学效果的同时又节省了此部分内容的授课时间。其次,合理利用视频播放。在课堂上用适当的时间播放一些电子新技术的视频,可以满足学生的好奇心,拓宽学生的视野,也有益于学生创新能力的培养。此外,我校将教师做过的一些科研项目以及一些学生做过的优秀作品制作成视频,在讲授到相关内容的时候进行播放,大大提高了学生动手实践的积极性,改变了过去学生学完理论知识不知道有什么用以及怎样用的状况。再次,将仿真技术引入课堂。Multisim仿真软件具有操作界面简单,元器件资源丰富,运行速度快等优点,利用Multisim仿真软件进行课堂教学是对传统教学手段有益的补充。一方面,可以利用软件提供的各种分析方法增强学生对教学内容的理解。例如,用Multisim仿真软件演示晶体管放大电路的工作波形与静态工作点位置之间的关系,只需要调节相应电阻的阻值,便可以实时观察输出信号波形出现了顶部削平或者底部削平的现象,然后结合理论对现象进行分析,学生会很容易理解。另一方面,具有丰富资源的实验环境是培养创新能力和创新意识的重要保障。电子技术日新月异,然而由于条件限制,各高等学校的实验条件却不可能随时更新。充分利用Multisim仿真软件对单元电路和设计电路进行仿真,打破了传统实验教学中时间和空间对学生的限制,是培养学生创新能力和创新意识的有效途径。

3.提高实物展示的实效性

实物展示是学生非常感兴趣的一个环节,是对理论知识最好的总结,也是鼓励学生创新的好方法。展示的实物既可以是元器件,也可以是一个相对复杂的系统。例如,在讲二极管和三极管内容的时候,可以将各种类型的二极管和三极管进行展示,同时对实际应用中常常遇到的问题进行介绍。在讲解反馈这部分的时候,我校将学生自己制作的一个温度控制系统进行了演示,在讲直流稳压电源时展示了由往届学生制作的手机充电器等等。利用适当的时间,选择适合展示的实物,有益于学生对理论知识的理解及实践能力的培养,进一步提高了教学质量。

三、创新“模拟电子技术”实验与实践教学

模拟电子技术实验教学与实践教学是课程体系中不可缺少的一个重要教学环节。我校的实验教学环节采取开放式教学,电子技术实验室从每天早上八点半到晚上十点开放,学生可根据每个人的具体情况选择做实验的时间。在开放的时间内,学生既可以选择实验计划中的实验内容,也可以按照个人的兴趣自行选择实验项目,经教师审核通过后便可实施,教师可根据实验的完成情况及是否有创新进行评分。在实验过程中教师真正起到导向的作用,从而提高了学生动手实践的能力。模拟电子技术课程实践环节以我校的国家级精品课——电气工程实践基地为依托,进一步提高了学生理论联系实际的能力。在电子工程实践教学基地,学生可以利用我校自行开发的电子工程实验箱进行电子电路的设计,增强了学生调试电子电路的能力;通过在电子工艺实践教学基地的学习,学生增强了进行手工焊接和贴片焊接的能力;在EDA工程实践教学基地的学习可以使学生熟练进行电路原理图的设计及实现印制电路板的版面设计;在应用电子工程实践教学基地,学生可以锻炼对复杂电子线路系统(如电视机等)的故障分析的能力;学生必须在每一个实践教学基地学习并通过考试,这也加强了学生对实践教学的重视,在培养学生的创新意识和提高综合能力方面取得了良好效果。

四、结语

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【关键词】模拟 电子课程 教材建设

《模拟电子技术》课程对学生能力培养的要求进行综合训练性质的课程,其目的是让学生通过有关课题的设计和线路搭试调试,进一步加深对所学基础知识的理解,培养和提高学生实践动手能力和分析解决实际问题的能力。这门课程的难点在于,既不能不注意到前期课程的作用和效果,又不能把“模拟电子技术课程设计”课处理得和“电子制作”等课程完全在同一层次上,即应该体现课程设计类课程的特点和要求。模拟电子技术课程教材建设就需要从课程设计理念、课程体系构建和课程内容选取、实践教学等诸多方面建设,才能符合当前社会形势下对高职教育的要求。

一、模拟电子技术课程性质

模拟电子技术是一门非电专业的学科基础课程,是电子技术方面入门性质的技术基础课;是机械电子、机械设计制造及其自动化、农机化类专业必修的学科基础课。模拟电子技术基础课程是电气、电子信息类和部分非电类专业学生在电子技术方面入门性质的技术基础课,具有自身的体系和很强的实践性。它的主要任务是本课程通过对常用电子器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习,通过本课程的学习使学生掌握模拟电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为学习后续课程、将电子技术运用到自动化与信息技术领域打下坚实的基础。理论课程内容设计,全课程以电路基础知识和模拟电子技术的基本理论及分析方法为主线,强调理论联系实际。充分体现了高职高专“够用和实用”的教改方向,在基本理论部分特别强调对一些重要的基本概念和定律的理解,去掉或避开通常烦琐的理论推导过程。在模拟电子技术部分根据现代电子技术发展,侧重集成电路器件的应用。突出对学生应用能力和综合素质的培养,同时还把课堂教学同生产实践相结合,通过实验、生产实习等措施,使得理论与实践形成了有机的结合以利于学生实际能力和素质的提高。

二、机电专业模拟电子技术教材现状分析

现今模拟电子技术教科书的理论框架是晶体管发明以后美国科学家从上世纪50年代开始匆匆忙忙搭建起来的。一个学科理论完善起来至少需要几百年时间。模拟电子学只有短短几十年历史,因此是难以完善的。传统模拟电子学基础理论有很多缺陷,传统模拟电子技术教材有很多问题甚至错误。模拟电子学深层次的问题有概念错误及方法低效等。例如小信号放大器概念虚幻缥缈,图解法笨拙低效及放大器性能指标参数叙述残缺不全等。模拟电子技术教科书缺陷错误长期存在的根本原因是传统理论的错误没有及时得到纠正。数字电子技术等很多学科都能挑到比较好的书,而模拟电子技术很难找出一本好书,而且抄袭风盛行,其根本原因就是目前模拟电子学基础理论有系统性错误和空白,但是长期没有人敢碰它。结果教材不少,但难有发挥,基本都是互相抄的。“那些译本也是漏洞百出,只能将就着看”。

传统模拟电子技术教科书的系统性问题实际反映了模拟电子学的思维混乱。基础理论上的思维混乱不解决,必然引起教材作者的思维混乱。而教材作者的思维混乱必然引起读者的思维混乱和工作效率及学习效率低下。几个方面的思维混乱和效率低下是当今模拟电子技术难教难学和教学质量差的根本原因。

三、模拟电子技术教材编写原则与思路

(一)以现代职教理念为平台,倡导实验的创新

实验是研究自然科学的一种重要方法,而电子学又是一门实践性较强的学科。在模拟电子技术专业创新人才培养环节中,电子技术实验及模拟电子技术课程设计不仅是进一步巩固学生理论知识的重要手段,更是训练、培养学生掌握电子实验操作技能和方法的必要途径,编写教材的目的是培养学生熟练操作实验仪器和独立开展基本实验的能力,帮助学生建立基本电路分析和设计的理念并培养学生熟练、准确地测量和分析实验数据与结果的能力,进而从实际工程和系统应用出发,提高独立思考能力和创新意识,为进一步学习相关专业课程以及将来从事电类专业工程技术工作奠定必需的专业基础。编写教材的原则是:以学生为本,因为教材内容首先是给学生阅读用的。即使教师没有讲的内容,学生也应该去阅读,因此所编写的教材就应是让学生读得懂的教材。教材不是专著。用通俗易懂的语言来编写教材。深奥难懂的地方,绝对不能用一两句话一带而过,而必须多用些具体材料或实例加以说明,深入必须浅出。强化器件外特性,淡化器件内部原理;强化宏观设计应用,淡化微观细节内容;强化定性分析,淡化定量推导;增加应用电路举例。

(二)教学内容与教材素材之间的协同性

为了适应电子信息科学技术迅猛发展的需要,以及新的课程体系和教学内容改革的需要,我们根据教学基本要求,总结了多年从事模拟电子技术教学工作的丰富的教学经验,针对模拟电子技术课程的基本要求和学习特点,为满足课程学时压缩的实际需要,将传统的“电路基础”、“模拟电子技术基础”两门课程合并,鉴于近几年来就业形势的严峻,各个学校都对专业基础课学时进行压缩,使得学生在学习数学等基础课的同时学习专业基础课,内容衔接上的不连贯使得学生对本门课程的掌握普遍感觉困难,所以本书的编写思路是保证基础、注重应用、讲清概念、力求精练。在模拟电子基础部分,将难点分散,循序渐进。

要始终立足于模拟信号放大与处理这一条主线,保证模拟电子技术基础内容,强调理论联系实际,适应现代电子技术的发展。对传统教学内容进行了适当更新,适度删减分立元器件电路,重视实际应用模拟数字的与设计案例,引入现代模拟集成电路新技术、新知识、新器件及新方法,如光电子器件、开关电容滤波器、模拟乘法器、丁类功率放大器。实训内容可以结合基础理论课程的进度安排教学,也可以单独作为电子实践训练课程。

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关键词:模拟与数字电路;电子技术综合实验;实验园地;虚拟仪器实验

中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)08-0151-03

一、背景

以模拟与数字电路为基础内容的电子技术实验是高等学校理工科专业学生重要的必修专业基础课,也是电子、计算机、自动化等工科专业的学生在大学教育阶段所要经历的一个重要的工程性实践环节,在培养学生素质和能力方面占有十分重要的地位[1]。而电子技术综合实验课程作为一门综合性的实践课程,与理论课程并行开设,其实验内容不再限制于某一门课程,而是把多门相关课程的知识相互渗透,有机融合。在一个实验项目或设计课题中,可以融合模拟电子技术、数字电子技术、EDA技术、单片机原理等知识模块,让学生运用多种技术完成一个完整的电子系统的设计,使学生对电子系统的设计过程有深入的理解,同时培养工程实践方面的基本素养。除了传统实验教学中的实验项目,课题设计还可以采用电子设计竞赛、科研项目、学生创新实践等方式,在“开放”的状态下进行,充分体现学生的主体性[2]。众所周知,软件学院的办学宗旨是要基于“精英型软件人才”的培养目标,一般的软件学院通常拥有软件工程和网络工程两个专业方向,而我院为了强化“精英型软件人才”的培养目标,在本科二年级时又开设了嵌入式和物联网两个专业方向,这两个专业方向的学习需要有更好的硬件基础,这也是我院面向本科一个年级800人开设模拟与数字电路理论与实验课程,并且实验教学采取独立设课的方式的重要原因。嵌入式与物联网专业与电子技术等硬件课程的联系要较为紧密一些,对于目前的模拟与数字电路教学,从事这两个专业方向学习的学生往往会感到学得不够多,不够深入。许多有志于这两个专业方向学习的学生,在做完基础的模拟与数字电路实验后希望,还能有机会到实验室做一些额外的、提高性的实验。而不从事这两个专业方向学习的软件工程和网络工程专业的学生,往往体会不到学习电子技术等硬件课程的重要意义,简单的认为在软件学院学习,只要把“软”的东西搞明白就可以了,不应在“硬”上浪费时间。因此,结合我院目前本科生的教学体系、培养目标以及开设的相关硬件课程如:51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程,构建“电子技术综合实验教学体系”就显得有重大的意义,能够使基础的硬件教学与软件学院的教学体系和培养目标建立起联系,体现了硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性,实现软硬兼顾。除此以外,目前在全国众多的软件学院中,另外,还没有发现一所软件学院提出构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革活动。著名的大学如北京大学是将软件与微电子学院放在一起合办,尽管如此,北京大学也没有面向软件工程、网络工程将近800人的、规模庞大的模拟与数字电路的实验课程,因此,我院进行构建“软件学院电子技术综合实验教学体系”的教学改革实践就显得特别有意义,能够起到“示范性”的作用。

二、研究基础

我院自2008年开始在本科生的教学体系中引入独立的模拟与数字电路实验课程以来,取得了许多积极的教学成果:(1)有力的辅助了模拟与数字电路理论课的教学,使抽象的理论课不再生涩难懂。(2)通过动手搭电路的实验很好的煅练了学生的操作能力,通过实验学生的实践能力得以提高。(3)对我院其他专业方向的如计算机组成原理等理论与实验课程的教学提供了有力的支持。(4)教学模式不断改进,部分实验,如仪器使用的教学方式完成了由传统的“老师讲,学生跟着做”到以学生为主体,旨在培养学生“自主学习和创新意识”的开放式教学。在数字实验部分设立了“选做”实验项目,面向能快速完成必做实验部分的、有兴趣做更多学习和尝试的学生。(5)规范实验教学的流程,引入了实验报告册,在报告册中明确规定实验的预习、操作、总结部分的要求。(6)在现有课程教学基础上,结合我院嵌入式工程专业的培养目标,开设了一门提高性质的开放式电路设计实验课程“嵌入式电路设计开发与应用实践”。

但现在的实验教学仍有许多不足之处:(1)实验内容陈旧,所用元器件型号过时,需要更新。(2)实验项目仍然偏少,不够丰富,可供选择的余地小,大大的限制了学生自主性的发挥,不利于创新型、研究型的学习。因此,验证性、综合性、设计性的实验项目均应增加。(3)教学模式僵化,手段单一,仍以传统的老师在课堂上按部就班的指导,学生跟着按实验步骤进行操作验证为主,学生没有自由发挥、进行创新型学习的机会。实验室目前仍没有完全实现开放,而学生的专业学习任务较重,课程设置多,很难有整块的时间和专门的机会通过更多的实验训练获得提高。(4)实验课程考核的方式单一,除了批阅实验报告之外,成绩评定主要以学生完成实验的快慢为主,即主要考核学生的学习态度,认真预习的程度及实验动手操作能力的高低。(5)尚未形成一个有效的综合教学体系,使模拟与数字电路实验课程能更好地融入我院的整体教学体系当中。

三、研究思路

基于以上的原因及分析,应结合目前我院的教学体系及专业培养方向,以现有的模拟与数字电路实验教学为基础,以“开放式”教学为主要依托,构建“电子技术综合实验教学体系”,以求根本解决我院目前模拟与数字电路实验教学中存在的各种问题。

1.建设电子技术综合实验园地[3]。建设电子技术综合实验园地是本研究课题要实现的基础目标,是构建我院电子技术综合实验教学体系的基础。

实验园地中的实验项目如图1所示分为以下几大组成部分:①实验基本技能训练园地,实验基本技能训练园地主要包括:如何进行实验预习,如查找资料,对实验进行理论分析;实验操作中的FAQ;实验总结报告的书写要求;电路设计仿真软件的入门;嵌入式C、汇编语言的集成开发环境的使用;VHDL、Verilog等硬件设计语言及ISE开发编译环境的使用;EDA技术基础如电路板的原理图、PCB板图的设计;电路焊接的基本技能培训等。将实验基本技能训练部分的资源放置于我院的ftp课程网站或学院网站上,根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。②专用仪器设备园地,在专用仪器设备园地中,可获得示波器、万用表、函数信号发生器、直流稳压电源、电子技术实验箱、实验操作面板等仪器设备的使用说明书,操作实例,操作课件等。③基础模拟与数字电子技术实验园地,按照基础模拟与数字电子技术通用的理论教学,实验园地可分为四大模块[4]:模块A:常用电子元器件,包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管等,模块A是模拟与数字电子技术的共同基础。模块B:模拟电路模块,包括基本放大器、差动放大器、功率放大器、运算放大器、反馈放大器、信号发生器、直流稳压电源等,该模块是模拟电子技术的主要内容,着重让学生掌握模拟电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模块C:数字逻辑和数字电路模块,主要包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生与整形、大规模集成电路(半导体存储器、A/D和D/A等)。模块C是数字电子技术的主要内容,旨在让学生掌握数电的基本知识及常用数字集成电路,学会逻辑分析和逻辑设计的方法。模块D:可编程逻辑器件模块,目前常用的可编程逻辑器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM,模块D是数字电路领域发展较快的一项技术,通过与EDA技术的结合,使通过软件编程的方法实现硬件设计成为可能。④演示实验教学园地,将演示实验教学园地分为三大模块:模块A:实物演示实验教学,实物演示实验教学是从实验结果入手的教学方法,有助于从总体设计方面建立深入的宏观印象,趣味性的结果还有助于激发学生的实验学习创造的兴趣,使学生在充分理解了现有实现方法的基础上,积极探求不同的实验思路和解决方案。“实物”既可以包括实验教师为某项实验所设计的专用演示电路实验板,也可以包括学生创新实践过程中的设计产品,当然也可以是实验电路搭接后结果的视频演示。演示实验教学系统也可以通过多媒体PPT课件,WORD或PDF文档、视频的形式集中于我院的FTP课程网站或学院网站上,根据具体实验的要求或学生自已的需求下载使用。模块B:虚拟仪器实验,建设基于Labview的3D电子技术虚拟实验室。可以满足学生进行常用仪器设备的熟悉与使用,验证性实验的虚拟仿真等。如图2所示为实验中心自主开发的“三维虚拟实验室”软件系统,目前该系统正在研制。

通过对实物如仪器设备、电子元件等的虚拟,使学生对电子技术实验形成全方位的了解,为深入实验做准备,虚拟实验还可以减少针对仪器设备、电子器件的误操作,降低设备器件的损耗,延长使用寿命,减少维修维护的工作量。虚拟实验的教学可以不受时间、空间的限制,学生可以在实验室开放的时间到实验室来做实验,也可以在公共机房安装有该软件系统的PC机上完成实验任务,甚至可以在宿舍、网吧、图书馆等有网络环境的地方通过网络进行实验教学,真正实现实验教学的“开放式”。模块C:电路仿真实验,许多EDA软件就具有电路仿真功能,针对简单的验证性实验,电路仿真往往显得特别有效,如RC电路的实验,实现过程非常简单。如果在进入实验室之前就能利用EDA软件针对不同电阻R和电容C进行电路仿真,根据仿真的结果确定所需要的电阻、电容,就可以大大节省查找器件的时间,降低了在实验室中找不到该器件的风险,提高的实验学习的效率,有助于开放教学过程中更高效的使用实验室。相比于实物演示教学和虚拟实验教学,电路仿真更显得专业化。⑤提高性实验园地,提高性实验园地的建设是构建“电子技术综合实验教学体系”的关键,是使电子技术综合实验教学能与软件学院的教学体系和培养目标建立联系的重要环节,体现硬件实验教学相对于软件专业方向学习的重要性和关联性,实现软硬兼顾。结合我院本科生教学体系及专业培养方向的实际,以及我院目前开设的51单片机接口与汇编、fpga设计、通信原理、计算机组成原理等与硬件电路密切相关的课程,提高性实验教学园地包括三大模块:模块A:单片机硬件实验,实验方式为,设计电路原理图进行电路仿真(可选)编写C、汇编程序编译成HEX文件用编程器写入MCU实验箱上搭接电路实现功能制作PCB板(可选)。单片机硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路、单片机原理及应用、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块B:FPGA硬件实验,实验方式为,设计电路原理图进行电路仿真(可选)编写VHDL、Verilog语言程序编译生成bit文件烧写到可编程器件内搭接电路实现数字逻辑设计或系统功能。FPGA硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路(尤其是数字逻辑)、计算机组成原理及体系结构、EDA电路设计技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。模块C:通信原理硬件实验,通信原理理论课程是我院网络工程系开设的一门专业课,为了深入这门课程,必须具备坚实的模拟(包括低频、高频电子线路)和数字电子技术基础。目前,我院尚无完善的硬件实验课程与之匹配,因此可在提高性实验园地中加入这一模块。通信原理硬件实验可以实现基础的模拟与数字电路(尤其是高频电子线路与数字逻辑)、网络技术及软件编程与测试等多门专业课程的综合。

四、结论

由以上分析得出如图3所示的“软件学院电子技术综合实验教学体系”的基本构思。

实验教师应是电子技术综合实验园地的建设者,在利用园地中的各种实验项目及资源做好基础及提高性实验教学的基础上,承担实验园地中实验方案与任务书的设计工作,在实验项目开发的过程中,针对不同水平的学生,逐渐形成验证性,综合性,设计性实验教学的层次。做为电子技术综合实验园地的使用者的学生,在传统的课堂教学与“开放式”教学相结合的基础上,逐渐与实验教师建立新型的教与学的关系,如:学生自已选择现有的实验项目,尽可能的独立完成实验,实验教师仅起到辅助指导的作用;教师根据学生的水平,将现有的多个验证性实验综合,形成实验方案,引导学生独立完成;学生独立设计实验方案,寻求实验教师的建议及帮助,尽可能的完全独立自主的完成电路设计及实验验证。实验园地的建设会为基础、提高性实验教学提供更多的实验素材,有助于丰富实验教学内容。教学中产生的问题有助于丰富实验园地中的实验项目的建设,使教师、学生在进行实践教学的过程中有更多的选择,有助于扩展学生的知识面,提高实验教师的教学水平。总之,三者之间的良性互动将创造一个良好的教学实践环境,切实提高实验教学水平和教学质量。

鸣谢:本文受到2013年大连理工大学教学改革项目“立足精英型软件人才培养目标的电子技术综合实验教学体系的构建”项目资助。

参考文献:

[1]侯加林.全面实施电子技术实验改革提高学生创新能力[J].实验室研究与探索,2009,28(1).

[2]姜宁.高校电子技术综合实验开放式教学研究[D].陕西:延安大学,2011.

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论文摘要:《模拟电子技术》是电专业的一门非常重要的专业基础课程。《模拟电子技术》的教学改革具体表现在教学内容、教学方法、教学手段、实践环节、等方面的改革。本文对模拟电子技术课程简单介绍,通过五方面阐述了模拟电子技术教学改革的方法,并对模拟电子技术课程的发展进行展望。 

一、引言 

《模拟电子技术基础》课程是工科电气信息类专业的一门重要技术基础课程,其工程性和实践性都很强。它是继《电路分析基础》之后又一门主干技术基础课程。并与《通信电子线路》一起为电子专业的学生提供有关模拟电子电路必备的理论基础知识,也为其它实践性课程和专业课程提供了必要的知识准备。模拟电子技术基本概念多、原理强、与工程实践联系紧密,分析方法与以往的课程有很大的不同,再加上课程“学时少,内容多”,学生学习起来普遍感到困难。为达到应用型的人才培养目标、以专业素质教育为教学目标,以基本概念、基本原理、基本分析方法为教学内容。在将基本教学内容贯穿课程始终的同时,加强对学生应用技能的培养,并在教学过程中采取多种教学方法贯彻落实。 

二、模拟电子技术教学改革的基本方法 

(一)强化基本概念,加强实践应用。本课程有很多基本概念,这些基本概念回答的是模拟电路最基本的问题,构成了该门课程的根基,因此必须强化基本概念,并在应用中反复强调,进一步加深印象。模拟电子技术基础课程有很强的实践性,而实验是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段。应精选了最基本的和有较高实用价值的综合实验项目。实验过程中,注重介绍新仪表、新仪器的使用,这样学生会直接感受到科技发展带来的巨大方便,通过对企业及毕业生的跟踪调查,进一步明确了知识体系的重点和难点,明确了学生学习本课程的核心能力。基础实验、综合实验和创新实验(课程设计中完成)三阶段台阶式教学方式,教学目的层次分明,循序渐进,使学生从常用电子仪器的使用方法和电子电路的测试方法学起,通过综合应用到创新的设计和实现,经历完整的科学的自主的训练过程,培养了学生实践能力、综合应用能力和创新意识,使之在“硬件”实现和eda技术的应用上能够达到一定的水平,并为进一步发展打下基础。加上之后的“电子工艺实习”、“电子设计大赛”和贯穿学生学习期间的课外科技活动,形成一个整体,使对电子技术感兴趣的学生能够有个性地健康发展,达到较高的水平。 

(二)在教学过程中注重定性分析。从工程思维观念出发,不过分追求理论分析的严谨。注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识,学习科学的思维方法。例如,介绍rc串并联选频网络的选频特性时,先定性分析该网络对低频和高频信号的相移,确定有一频率信号通过时相移为零,依据该特点再与放大电路配合,满足振荡相位平衡条件,则该选频网络就具有选频特性,其定量推导只给出思路和结果即可。 

(三)化大为小,化繁为易。对于难度较大的内容,采取化大为小,化繁为简,各个击破的方法。例如,负反馈组态的判断是一个难点,要根据反馈性质、取样方式、反馈方式进行判断,每一类判断又有多种方法,若三类判断混在一起讲,多种方法无重点的讲,学生一方面很容易混淆,另一方面每种方法可能都掌握不好。为此,我们把三类判断分开讲,讲一种,练一种,学生掌握后,再讲下一种,把大难点分散为小难点,再各个击破。讲判断方法时,先介绍定义法,然后引出短路法,最后引出更简单易行的方法——从结构判断,并重点练习,这样将繁琐的判断简单化,化繁为简,便于学生掌握。 

(四)及时对教学内容进行改革。模拟电子技术是当今自动化控制的基本手段,集成化技术发展非常快,因此及时调整教学内容,追踪最新技术,增加新知识,讲授中对分立元件的电路从器件、电路产生的背景和需求入手进行基本原理分析,然后讲解其结构、作用和电路的分析,并将重点放在广泛应用的集成元件的电路分析和使用上。 

(五)采用多种形式的课堂教学。在教学手段上,利用现代化教学手段,采用多媒体课件、黑板授课及实验仿真和实际操作相结合的方法,将肢体语言与声光电有机的结合起来,全方位对学生实施情景教学,学生可以在电脑上进行课程实验的调试与测量,加大课程信息量,使学生对所学知识产生兴趣,很快进入学习状态。教学活动的主体是学生,为了能让学生真正参与到教学活动中,我们采用讨论课、练习课、提问课等多种形式,激发学生学习兴趣,培养学生创新精神。采用启发式、仿真环节、边讲边练、理论与实践穿行的教学方法,在讲授完本节内容的同时提出新问题,为下面的新内容、新知识的讲授作好铺垫。做到“提出问题——¬¬¬¬¬引导思考——求证归纳”,同时总结一些有助于学生形象化思维和记忆的窍门、比喻,通过传授知识提高学生的学习兴趣,使学生和教师达到互动,调动大家学习的积极性。 

三、结束语 

随着电子技术学科的发展,如何更好地解决基础与发展、基础知识与实际应用、理论与实践等矛盾,处理好“宽”“新”“深”的关系,建立先进和科学的教学结构,以适应不断更新的课程内容体系始终是我们改革的重点。本课程需要建立起课堂教学、实验教学、网络教学和eda教学交叉融合的教学结构,并使各教学环节各司其职,相辅相成,互相交融,实现“加强基础,注重实践,因材施教,促进创新”的同一个目标,并不断地研究国内外高等教育的发展,把新的教育思想、教学方法和教学手段恰当地应用于本课程。 

参考文献: 

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关键词:高技能人才;教学研究;教学实践;模拟电子技术

作者简介:王娟(1981-),女,河北石家庄人,河北农业大学机电工程学院,讲师;赵秋霞(1974-),女,河北秦皇岛人,河北农业大学机电工程学院,讲师。(河北 保定 071001)

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)08-0049-02

“模拟电子技术”是电气信息类专业学生的专业基础课,素来以难学著称,严重影响了学生学习的积极性,甚至有的同学干脆不学了。然而,21世纪需要的是高技能应用型人才,“模拟电子技术”作为学科基础课,在应用型人才培养中占有举足轻重的地位。如何才能提高学生学习“模拟电子技术”的积极性,使学生变被动接受为主动探索?笔者经过多年的教学研究,总结出了一套“理论实践两手抓、两手都要硬”的教育思路,整合理论教学内容,去陈添新;改革实验教学内容及方法,增加软件仿真实验;指导学生利用理论知识处理简单的日常生活问题;鼓励学生积极参加大学生创新大赛和全国大学生电子设计竞赛,大大提高了学生的学习兴趣,培养了学生的创新实践能力。

一、“模拟电子技术”课程现状

1.课程内容多、学时少

河北农业大学目前开设的“模拟电子技术”课程总学时为64学时,其中理论教学52学时,实验12学时,另外还有2周的课程设计;1个学时的教学时间是45分钟,除去课前复习和课后总结的时间,每个学时讲授新知识的时间只有35~40分钟。而从“模拟电子技术”涵盖的知识来看,包括了半导体器件、基本放大电路、功率放大电路、集成运算放大电路、信号处理与变换电路、信号产生电路、直流电源等,内容多且难度大。

2.课堂教学内容陈旧,讲课方式枯燥

目前,多数教师在讲授“模拟电子技术”课程时,过多强调了它是专业基础课,忽视了“模拟电子技术”课程中包含的工程理论。教学内容以半导体器件的基本特性、基本放大电路的分析方法等为教学重点,忽视了工程实践中应用电路的分析,不利于激发学生的学习兴趣。讲课中过多采用填鸭式的灌输方式,一味地赶进度,忽略了学生的接受能力。长此以往,学生很容易产生厌学情绪,教学效果不理想。

3.理论教学为主,实践教学为辅

由于“模拟电子技术”的内容多,学时又不足,很多老师就把大量精力放在了理论教学的研究上,而实验教学多以验证性实验为主,且配有实验指导书,实验步骤很详细;实验箱上有完整的电路,只预留插线孔;学生只需要按照步骤在实验箱上插线完成测量即可,不需要自己设计电路形式或者电路参数。这种实验形式往往导致一个班的测量结果基本一致,学生们通过实验并没有体验到设计的成就感,甚至有的同学并没有因为实验而加深对理论知识的理解,达不到实验教学培养学生动手能力和创新能力的教学目的。

二、改革理论教学,力求服务于实践

传统的“模拟电子技术”课程理论教学中,老师往往以知识的系统性和逻辑性作为教学目标,忽视了理论知识向专业技能的转化。根据模拟电子技术内容多、学时少的特点,笔者以服务实践为目标对理论教学进行了改革探索。

1.以应用为教学目的,优化教学内容

一直以来,河北农业大学的“模拟电子技术”课程主要以分立元件构成的共射、共集放大电路为教学重点。这部分内容虽然是构成多级放大电路乃至集成运算放大电路的基础,但是从应用的角度来看,目前应用较多的是各种规模的集成电路,更侧重的是集成电路的外特性,不要求分析其内部结构。所以笔者认为,应该适当缩减分立元件构成的电路的授课学时,增加集成电路应用的案例,引导学生分析其工作原理,掌握应用技巧。为此,笔者在用“微变等效电路法”讲解放大电路的动态性能时删减了关于三极管微变等效电路的推导过程,直接给出如图1所示模型。

该模型为共集、共射、共基放大电路中三极管的通用模型,将某一极拉下即可构成相应组态的三极管的微变等效模型;再按照交流通路将器件连到三极管的三个电极上,放大电路的微变等效模型就完成了,这样既缩短了教学时间又简化了教学内容,学生容易掌握。

2.结合新技术,改革教学内容

随着电子技术的发展,电子产品的种类层出不穷,功能越来越强大,体积趋于薄、轻、小型化,对元件集成度的要求也越来越高。因此,在讲解元器件基础知识时,应增加新器件的性能和使用方法的介绍,例如增加表面贴元件的介绍等,使学生在掌握基础理论的同时了解市场需求,从而提高他们学习的兴趣,增强学习的方向性。

3.丰富教学手段,探索新的教学方法

传统教学中,老师们多采用板书形式边分析边讲解,学生对分析过程的印象较深刻。这种形式对于基本电路的性能分析比较有利,但在分析半导体器件内部载流子的运动时却显得不够生动。笔者在讲课中以实际的半导体器件为教具,配合多媒体教学,利用动画的方式将载流子的运动生动地演示出来,变静为动,加深了学生的印象,取得了很好的教学效果。

在教学方法的选择上,笔者摒弃了传统的填鸭式教学模式,尝试以设问的方式,变学生为主体、教师为主导。例如,在讲解放大电路中的负反馈时,通过设问1(图2是什么实验的电路原理图?)来集中学生的注意力,使其尽快进入学习状态。

通过设问2 (当开关K闭合,输入的正弦波幅度合适时,输出端可获得一个最大但是有点失真的正弦波;此时断开开关K,在示波器上可看到什么现象?) 帮助学生实现知识的重现。

通过设问3(断开开关K时,为什么放大器性能得到改善?)帮助学生正确寻找反馈支路,得到结论:在两级放大电路中,Re组成一个负反馈支路。

另外,在知识点的讲解中,笔者更多地采用了启发式教学方法,由生活中的实例(例如手机充电器)启发学生探索其工作原理;对于习题的解法,笔者采用讨论式的教学方法,让学生分组讨论给出结题思路,老师负责评价指导。

三、实践教学立足工程应用,培养高技能应用型人才

1.根据教学内容设置验证性和设计型实验

传统的“模拟电子技术”实践教学由实验和课程设计两个环节构成。笔者将实验环节设置成了验证性实验和设计型实验两个层次,而课程设计则是设计型实验的升华。例如,将基本放大电路性能指标的测量实验定性为验证性实验,但是,只给出原理电路和需要测量的指标,由学生自己设计实验步骤和电路参数,完成测量。这样,学生对放大电路的理解更加深刻透彻,有助于了解电路参数对放大器性能的影响。

设计型实验只给出学生的实验目的,由学生自己制订实验方案和步骤。例如,将信号发生电路设置成设计型实验,只给出需要产生信号的类型、幅值、周期等参数,由学生根据所学知识自己设计电路,自己动手连接,并完成实验。实验室提前准备出可能用到的元件,供学生选择。

经过教学实践,学生的实验积极性很高,实践动手能力得到了显著加强。

2.引入软件仿真技术,开放实验室

由于实验教学学时较少,难以满足学生动手能力的培养需求,笔者鼓励学生在课余时间进行电子产品制作加以弥补。为此,笔者一方面引入了Multisim软件仿真技术,鼓励学生利用电脑先完成电子系统仿真的工作;另一方面联系电子技术实验室,每周选择两天开放实验室,供学生在系统软件仿真通过的基础上搭建硬件电路,进行验证。这样既减轻了实验室的压力,节约了实验成本,同时又锻炼了学生的动手能力。

传统教学中,课程设计集中在期末的1~2周进行,时间紧迫,学生很难完善设计。笔者在教学中,尝试了在学期初布置课程设计任务。这样,学生带着任务学习,积极性高;并且,结合仿真软件,利用开放实验室的契机,学生可以随时将自己学到的知识用到设计中,成就感也促使学生更好地学习后续内容。

3.拓展课外实践活动,锻炼学生的创新能力

2011年,河北农业大学设立了大学生电子协会,吸收有兴趣的学生参加。协会组织老师对会员进行系统的电子制作培训,然后会员们可以根据自己的兴趣进行简单的电子产品设计制作,增强了学习的主动性。

另外,学院每年组织一次大学生创新大赛,学生可以自己选题、自己设计,最后拿出电子产品参加比赛。整个过程学生完全自己动手,老师仅进行指导。

在创新大赛的基础上,选拔优秀的学生参加全国大学生电子设计竞赛,并取得了河北赛区一等奖1项、三等奖5项、优秀奖多项的好成绩。

总之,课外实践活动给学生提供了第二课堂,使学生乐在学中,养成了学生发现问题并积极解决问题的好习惯,锻炼了学生的创新能力,增强了学生的工程意识,有利于培养高技能应用型人才。

四、结论与展望

通过“模拟电子技术”课程的研究与改革实践,帮助学生了解了学科前沿,激发了学生的学习兴趣;改变传统教学理论为主、实验为辅的现状,提高实验在人才培养中的比重,改变实验教学思路,先验证后设计,并且积极开展第二课堂,逐步培养高技能应用型人才。但是,课程改革任重道远,如何才能更好地把改革成果传承下去,适应时代需求培养真正的高技能应用型人才?笔者认为还应从以下几方面继续努力:联合多门课程老师加强对学生基础理论知识的教育,培养学生扎实的基础知识和良好的专业素质;继续推行仿真软件教学,培养学生良好的设计习惯;工学结合,让学生实际接触生产一线,以项目或产品为载体,培养学生的基本生产技能,使学生深刻认识学以致用的内涵,进一步培养学生的工程意识。

参考文献:

[1]李美长.基于高技能应用人才培养的模拟电子技术课程改革的探索[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2012,11(58):47-49.

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关键词:模拟电子技术 教学改革 工程实践 面向应用

中图分类号:G642.1

文献标识码:B

DOI:10.3969/j.issn.1672- 8181.2015.03.153

“模拟电子技术”是高等学校电类专业重要的教学科目之一,是电子工程师们必须掌握的基本技能,企业、学校、教师、学生都非常重视。电子类学生完成模拟电子技术课程学习后,还有电子技术课程设计,毕业设计等,参加全国大学生电子竞赛【1】前还会有专门的模拟电子技术培训课程,以强化学生的基础知识,提高设计能力。模拟电子技术还是考研课程和众多公司的笔试内容,可以说学生从大二开始直至大学毕业都在反复地学习模拟电子技术。然而,据毕业生反映,他们依然没有很好地掌握模拟电子技术知识,找工作时笔试、面试成绩都不好。

教师和学生都花了很大的时间和精力在模拟电子技术的学习上,却没有取得应有的效果,究其原因就是模拟电子技术是一门实践性很强的课程,学生的实践时间少,学习过程中没有结合工程实践,没有真正理解所学知识。为此,从大二的模拟电子技术理论教学开始,至大学毕业时的毕业设计的整个过程中,应该多结合工程实例,锻炼学生发现问题、解决问题的能力,使学生真正理解所学知识。

1 教学内容改革

1.1 及时更新教学内容

适度增加新技术和新电子元器件的介绍,以及这些技术和元器件在电子产品,特别是消费电子类产品中的应用,使学生了解现代电子技术发展的前沿和动态,激发学生的学习热情,使之更加积极主动地学习模拟电子技术知识。

电子技术是研究电子元器件、电子电路及其应用的科学。电子元器件是组成电子产品的基础,新型电子元器件促进电子技术和电子产品整机的更新换代。当前电子器件科技正步入以新材料、新工艺、新技术带动下的产品更新升级和深化发展的新时期,技术更新非常迅速,要想跟上电子技术发展的步伐,就必须不断地努力,学习新的知识。

1.2 减少数理论证,利用计算机仿真展示电路规律

模拟电子技术有许多公式推导、参数计算和近似处理,对于初学者来说过于复杂,学生可能会丧失信心,打击学习积极性。而且模拟电子技术课程课时不多,有必要减少数理推导和论证,利用计算机仿真演示电路的功能和工作过程。现代电子技术早已经不是传统的分析计算、制作硬件电路、测试并改进的设计过程,而是利用EDA【2】技术完成所有电路设计、性能分析,并设计出IC版图或PCB版图,最后制作硬件电路验证的计算机辅助设计过程。

1.3 增加各种实用电路介绍

增加各种实用电路的介绍,不但可以培养学生分析电路图的能力和解决实际问题的能力,而且有助于学生以后的就业和工作。对于初学者,模拟电子电路看起来非常复杂,分析起来感觉无从下手。只有从单一功能电路开始,把复杂电路看成一个一个的功能模块,并通过阅读大量的实用电路,掌握其中的规律,学生的识图能力才能提高。但是,一般教材所提供的电子电路偏少,而且大都注重计算,跟实际应用脱节,学生兴趣不大。

2 教研结合

正确处理科研与教学之间的辩汪关系,坚持以人才培养为第一要务,重视将科研成果转化为教学内容,把教学工作融人科研工作之中,促进科研与教学良性互动,创新人才培养模式。积极承接企业和科研院所的一些科研项目或工程项目【3】,让部分基础较好的学生参与其中,既可以培养学生的科研能力,还可以进一步加强学生对理论知识的理解。目的鲜明科研与枯燥的理论学习相比更能激发了学生的学习兴趣,增强学生对电路的感性认识,促进学生对知识的理解和记忆,更能提高教学质量和培养创新思维能力。

另一方面,应该加强学科队伍建设,培育出高水平师资,提升科研团队的创新能力。教学与科研工作的融合,使众多优秀学生在学习过程中不断脱颖而出。结合教学和生产实际,加强与企业横向课题的研究工作,及时将教学研究成果应用于生产实践中,帮助企业解决生产中的实际问题。鼓励青年教师积极参与企业横向科研课题研究,增加青年教师工程经验和科研水平。邀请企业技术人员来学院举行学术讲座,传授新技术新工艺,达到产学研共同提高的目的。

3 实训教学改革

3.1 改革实验教学的内容和方式

利用EDA技术,学生可以在计算机上完成从电子产品的电路设计、性能分析到设计出PCB版图的整个过程。而且EDA仿真软件具有元器件丰富、测试仪器齐全、分析功能完善等渚多优点,学生通过自己搭建实验电路,并对实验结果和数据进行分析,加深对电路功能的理解,为实际操作打好技术基础。

实验中加入与工程应用相关的内容,鼓励学生自己利用EDA软件设计电路,并动手制作PCB板进行实验,培养学生的创造力。减少验证性实验和参数测量性实验,增加综合设计性实验,在实验过程中侧重电路的故障诊断,提高学生发现问题、解决问题的能力。注重工程实践能力的培养,丰富实验内容,提高研究深度,严格以工程项目的标准来要求学生。

3.2 面向工程实践的课程设计和毕业设计

课程设计和毕业设计是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程,其选题应该来自实际的工程项目,并根据电子技术的发展及时做出调整,紧跟主流技术,引入新器件、新技术和新发展。学生在教师的指导下,自主完成搜索文献资料、设计项目方案、制作实物电路、测试电路性能等一系列工作。通过课程设计和毕业设计的锻炼,加强学生对理论知识的运用能力、分析与解决问题的能力以及创新能力,进一步培养学生踏实严谨的工程实践能力,同时为毕业后从事研制电子产品的工作奠定坚实的基础。

3.3 积极参加各类竞赛

积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛,全国大学生挑战杯,大学生机器人大赛,全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等一些与模拟电子技术相关的竞赛。特别是全国大学生电子设计竞赛,其选题基本都来自于真实的项目设计中的典型工作任务,着重考核学生的综合技能。我校电气工程学院利用暑期时间,专门组织了针对全国大学生电子竞赛的培训,其中模拟电子技术作为一门主要课程占了很大的课时比重。

对于学生来说,这些竞赛的成绩很重要,过程更是受益匪浅。不但可以提高他们的工程实践素质,针对实际问题进行电子设计制作的能力,还能加强学生的理论基础和实践动手能力,培养学生的创新意识和协作精神,理论联系实际的学风等。

4 结语

兴趣是最好的老师,学生只有对该课程产生了浓厚的兴趣,学习效率才会提高。近年来,我校教师利用电子类专业的新生导论课、各种学术讲座、课间休息时与学生的交流等途径,给学生传播模拟电子技术的最新知识、前沿技术和应用、新技术带来的经济和社会效益等信息,激发了学生的学习主动性。这些交流改变了以往学生对模拟电子技术的学习态度,不再畏惧他们眼中的“重修之王”,在电子竞赛中取得了很好的成绩,在省内高校中处于领先地位。

参考文献:

【1】黄志伟.全国大学生电子设计竞赛培训教程【M】.电子工业出版社.2010:210-253.

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关键词:模拟电子技术;教学改革;探索;实践

作者简介:唐宏伟(1982-),男,湖南武冈人,邵阳学院电气工程系,讲师;尹进田(1981-),男,湖南邵东人,邵阳学院电气工程系,讲师。(湖南 邵阳 422004)

基金项目:本文系邵阳学院教改项目“模拟电子技术课程教学改革研究与实践”(项目编号:2012JG21)、“以应用型人才培养为导向的电类专业实践教学体系改革探析”(项目编号:2012JG23)、“地方院校自动化专业应用型人才培养体系构建与实践”(项目编号:2012JG22)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)32-0097-02

邵阳学院电气工程系有三个专业都开设了“模拟电子技术”课程,本课程是高等院校电类本科专业的一门重要的必修课,同时也是一门理论性、实践性都很强的专业基础课,一般都是在大学二年级的时候开设本课程。目前在地方本科院校实际教学中还存在着许多问题,比如注重理论教学,轻实验和实践教学等。这样不仅背离了人才培养的宗旨,也严重制约人才培养的质量。所以,不仅要加强学生理论知识的学习,还要想办法提高学生分析问题、解决问题的实践能力。邵阳学院在近几年的“模拟电子技术”课程教学中进行了探索和改革,取得了较显著的效果。

一、“模拟电子技术”课程教学改革的探索

课程教学改革要适合“模拟电子技术”课程具有综合性和关联性等特点。基于地方本科院校师生现状,在实际教学中对传统教学方法上存在的弊端进行了一些改革和尝试。

1.稳定理论教学的基础性地位

理论是实践的基础,所以要求学生重视理论知识的学习,能够熟练掌握基本概念和原理并能加以应用。在真正掌握了基础理论的情况下,才能进行实际电路的设计、仿真和焊接,同时需要避免学生的浮躁情绪。例如,有学生在电路设计过程中忽略理论知识的重要性,比如设计运算电路时需要用平衡电阻,但他没有掌握“直流平衡电阻”的概念,认为可用可不用,即使用到了平衡电阻也不知道应该选用多大的电阻,导致设计出来的电路性能很差,运算放大器偏置电流在两输入端之间就会产生附加的差模输入电压。在这种情况下,要求学生先掌握“直流平衡电阻”的理论,只有在掌握其电路基本原理的基础上再进行电路设计,电路设计和焊接的成功率才会得到提高。在平时的授课过程中,对于一些过于复杂的大量计算,尤其对于某些重复性计算,并不很强调其重要性,只要求学生学会或理解能用就好。对于一些重要的计算公式和结论,则重点传授给学生进行解决复杂计算的方法,并引导学生用其它方式加以解决和应用。例如,在设计基本“直流稳压电源”方面,一些常见的电阻和电容的取值范围应该熟练掌握,避免盲目的应用。如果能用计算机编程方式来解决则学会用计算机来解决,这样不仅仅学会了相关的理论知识,还学会了相关的一些软件。同时要求学生在焊接电路之前一定要用Proteus或Multisim等软件进行仿真,这样可以减小因直接焊接带来的没必要的损失。

2.注重培养协调能力

在学习“模拟电子技术”时,需要有一定的协调能力,学生需要进行全方位的综合考虑,并进行元件参数之间的相互关联调整。要让学生明白,在电路中调整一个元件参数时,需考虑这个元件参数的改变所带来的影响,而不能简单地换掉这个元件,如果是在可调范围内进行更换参数,对整体电路影响较小。[1]例如,在“模拟电子技术”中所讲授的共集电极放大电路,一般情况下三极管的集电极是不接电阻的。但有些电路需要在集电极接上电阻,如果电阻取值不合适,三极管就有可能由放大状态进入饱和状态,从而失去了应有的放大能力,这需要学生具有一定的综合元件参数处理和协调能力。

3.注重综合能力的培养

老师按教材章节讲授课程知识是传统的授课方式,但是学生在设计电路时,不仅仅要掌握某个或某些知识点,更需要学生把所学到的知识融会贯通,此时就需要学生具有一定的综合能力。所以,提高学生综合能力的想法就要在平时的教学及实践中贯穿始终,适当增加综合性训练题比例,引导学生将所学过的知识有机结合起来,提高学生的综合能力。

二、适度调整教学内容,合理设置课程体系

由于学时有限,并且该课程涉及面广、概念多、理论性强,所以首先应该保证学生掌握模拟电子技术的基础知识,并结合实际不断融入一些新的发展内容,如PLD、EDA仿真技术。此外,因为课时有限,还需要放弃一些旧的内容。首先要更新教材,调整部分教学内容,以高等教育出版社胡宴如主编的《模拟电子技术基础》作少学时主讲教材,清华大学童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础》(第四版)和康华光《电子技术基础(模拟部分)》第5版作为参考教材。所用教材的突出特点是注重结论的实际应用,注重电子电路的分析和设计以及动手能力的培养,另外还介绍了Multisim仿真软件,在运算电路、信号发生电路、稳压电源等章节增加了集成电路的运用。

现在大学开设的课程较多,“模拟电子技术”课程的课时一直在压缩。如果按传统的授课方法则要将这些内容全部细讲,有关集成电路的部分就得压缩课时,教学内容的先进性难以保证,就只能讲一些经典理论知识。比如《基本放大电路》这一章,重点讲授共发射极放大电路,并通过大量的例题和习题使学生牢固地掌握放大电路的分析方法,并在加强监督的情况下,让学生自行完成共集电极和共基极放大电路的分析和设计,弥补了内容多学时少的不足,同时也提高了学生的自学能力。教学内容上,过时的、重复性的知识不讲或少讲,将与信息技术发展结合十分紧密的集成电路及其实际运用引入课堂,将目前电子技术发展的新技术与理论知识相关联的部分结合。比如,线性集成电路已广泛应用于通信、网络、控制等各类电子产品,要想完全掌握各类集成电路是难以做到的,把此部分内容与信号的运算和处理结合起来一起讲解和分析,理论结合实际,内容有新意,分析方法简单,提高了学生的综合理解能力和学习积极性。[2]

三、“模拟电子技术”课程教学改革的实践

1.改革教学模式,多种教学手段相结合

“模拟电子技术”课程具有原理性强、概念多、知识较抽象等特点,教学方式以教师讲解知识为主,学生主动参与的环节较少。这种被动学习的方式效果很差,学生上课积极性普遍不高。研究性教学是目前国际上普遍认同和实施的模式,以问题为导向进行教学,增加多元化的课程训练环节,采取多种授课方式,如问题式、启发式、案例式等方式,教师作为引导者进行教学,学生由被动接收知识转化为自主学习的探求者,这是以学生为本,以问题为主线,突出探索精神、科学思维和创新意识的一种新的教学模式。

板书教学是传统的授课方式,这种方式使教师容易掌握上课节奏,并且在公式推导时可以一步一步写出来,逻辑性强,学生容易接受;分析过程性内容,如载流子运动或特性曲线过程时,更容易理解。但本课程内容较多,学时有限,仅靠板书教学会影响进度。而多媒体教学形象直观,通过动画演示可以增加学生对抽象事物与过程的理解,增加授课的生动性和灵活性。但是多媒体教学也容易造成教学进度过快,导致学生有时跟不上老师的进度,难以及时消化吸收课堂知识。因此采用多媒体与传统教学方式相结合,扬长避短,提高了课堂效率和教学效果。同时采用启发式教学,调动了学生学习的热情与兴趣,促进学生个性发展。这就要求在教学中根据教学内容的铺展循序渐进地不断引出问题,用问题引导学生按教师的思路不断思考,主动发现问题、分析问题并解决问题。[3]

2.实行课程理论和实验教学授课分离的模式

在邵阳学院电气工程系,“模拟电子技术”和“电工电子实验”是两门课程。其中“电工电子实验”是结合“模拟电子技术”、“数字电子技术”和“电路”三门课程开设的专门实验课程。在“电工电子实验”课程中设计动手考试环节,不仅避免了部分老师在轻实验思想指导下大力压缩实验课时的做法,同时也使学生们从思想上重视实验,重视理论知识的运用,在保证实验课时的前提下提高学生的动手和实践能力。

3.以课程实验、课程设计、课程实习、电子大赛及科研活动提高基础理论水平及综合实践和创新能力

加强理论课程基础知识的学习,打好理论基础后再到实验室完成一些基础实验,在验证理论知识的同时也加深了学生对知识的理解和记忆,提高了学生的基本操作能力。学生把基础知识学完后,再通过让学生制作一些中小规模的电子电路完成课程设计,锻炼学生的综合能力,必要的时候由老师加以引导和辅助。当电子电路完成以后,学生的综合能力显然能得到较大的提高。在“模拟电子技术”课程教学期间,也相继举办和参加各种级别的比赛,从电气系组织的电子小制作,到参加全国电子设计大赛,鼓励学生们积极参与并给予一定的物质和精神上的奖励。在课程开设后的第二个学期,还有电工实习等课程实习环节,给学生提供元器件让学生按照实习要求面向实际的操作。以前有学生在做实验的时候都不敢动手,他们怕被电击或怕损坏仪器设备,此时要鼓励学生多动手,提醒学生应该注意的安全事项,并演示部分内容,强调在学好理论的同时加强实践,在实践中学习。在平时,电气工程系积极鼓励学生参与老师们的各种科研项目并积极申请一些大学生项目,比如湖南省大学生研究性学习和创新性实验项目及邵阳学院大学生创新实验项目,以实际的项目研究方式带动学生的学习兴趣,训练和提高了学生的理论水平和实践动手能力。

4.对学生开放实验室,激发大学生创新精神

对传统的实验室进行改进,形成多功能开放式实验室。目前已经有一个专门针对学生的创新实验室,学生随时都可以进入实验室进行学习和实践。同时成立了创新小组,由专门的指导老师和创新小组负责人在指导老师指导下完成相关的实践和实验内容,同时由高年级学生带动低年级学生,提高学生的学习积极性。实验室针对全系学生开放,学生只要想进入实验室自学就可以申请开放实验项目,有专门的老师进行指导。[4]

四、总结

对“模拟电子技术”课程教学改革进行了一些初步的探索和实践,并给出了具体的实施方案和措施。从目前邵阳学院电气工程系的情况来看,效果还是比较明显的。迄今为止,学生们发表学术论文9篇,获得国家发明专利1项,获得软件著作权3项,实用新型专利1项,参与开发70kvar微机型低压动态静止无功补偿装置和50kvar新型静止无功补偿装置各1套,成功获得湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目5项,获得校级大学生科研立项项目6项,并已大部分顺利结题或取得很好的进展。同时,2009年获得“挑战杯”三等奖1项,2012年获得湖南省电子设计竞赛二等奖1项,三等奖1项。[5]立足于地方本科院校现有条件,对“模拟电子技术”课程传统教学中的一些矛盾和不足进行有效解决,在以后的教学实践中将不断思考、探索、改进和完善,提高本课程的教学效果。

参考文献:

[1]李玉魁,王凤歌.高校本科模拟电子技术课程教学模式的一些探索、改革与思考[J].科技信息,2010,(33):430-431.

[2]刘艺.“模拟电子技术”课程教学改革探索[J].高等理科教育,

2009,(1):133-135.

[3]闫慧兰,雷飞,徐萍萍.模拟电子技术多元化教学的探索[J].电气电子教学学报,2010,(5):86-88.