“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐探索

張德偉　沈培鋒

文章編號(hào)：1672-5913(2009)10-0034-03

摘要：本文通過對(duì)當(dāng)前 “模擬電子技術(shù)”課程主要問題的分析，提出了本課程改革亟待解決的教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變問題以及應(yīng)遵循的三大原則；并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，介紹了多方面的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革措施。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；教學(xué)觀念；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

隨著電子信息技術(shù)高速發(fā)展，現(xiàn)有“模擬電子技術(shù)”的教學(xué)已不能適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展，我們?cè)谏钊敕治鲈撜n程的教學(xué)實(shí)際和系統(tǒng)總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問題提出了改革的基本思路和總體構(gòu)想，并經(jīng)多年研究與實(shí)踐，取得了較好的效果。

2課程現(xiàn)狀與問題

該課程當(dāng)前存在的問題除了“學(xué)時(shí)少”與“內(nèi)容多”的矛盾十分突出外，教學(xué)內(nèi)容的改革仍然滯后于新技術(shù)的發(fā)展，不少內(nèi)容仍是傳統(tǒng)的一套，另外還存在以下兩大問題：

(1)“學(xué)”與“用”嚴(yán)重脫節(jié)

有些內(nèi)容“學(xué)的用不上”，如花費(fèi)大量學(xué)時(shí)講授的分立元件及放大電路，在后續(xù)的專業(yè)課中用得不多；有些內(nèi)容“學(xué)了不會(huì)用”，講授的電路往往是原理性的、孤立的，缺乏一定專業(yè)應(yīng)用背景實(shí)例和系統(tǒng)的綜合性運(yùn)用，不知在哪兒應(yīng)用？怎樣應(yīng)用？有些要用的內(nèi)容卻沒有學(xué)，如與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系的內(nèi)容、電子系統(tǒng)的整體概念和設(shè)計(jì)思想、電路應(yīng)用的條件、背景和原則等。

(2) 教學(xué)方法不當(dāng)

淡化器件內(nèi)部的問題雖已講了多年，卻未徹底解決?；ㄙM(fèi)在講解各種器件和集成塊內(nèi)部電路的時(shí)間仍然不少，而宏觀思維的內(nèi)容，特別是如何依據(jù)應(yīng)用需求來構(gòu)建電路、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各種器件和電路的能力仍較欠缺。各種電路的分析計(jì)算追求“講全、講細(xì)、講透”，缺乏濃縮提煉、舉一反三。例如在學(xué)習(xí)后續(xù)典型應(yīng)用課程如“單片機(jī)原理與應(yīng)用”時(shí)，經(jīng)常會(huì)分析P0－P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中含有一個(gè)模電中的重要器件:場(chǎng)效應(yīng)管，很多學(xué)生竟然不知道它的基本外特性，主要原因就是在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)時(shí)過多地注重了內(nèi)部細(xì)節(jié)原理分析，而對(duì)其基本的宏觀“導(dǎo)通、截止”外特性沒有掌握牢固的結(jié)果。

3改革的基本思路

3.1要實(shí)現(xiàn)教學(xué)觀念的三個(gè)轉(zhuǎn)變

(1) 實(shí)現(xiàn)由“學(xué)科系統(tǒng)式”向“應(yīng)用系統(tǒng)式”的轉(zhuǎn)變

高等工程教育是在大學(xué)普通教育的基礎(chǔ)上，完成某一工程領(lǐng)域的專業(yè)訓(xùn)練，工程教育面對(duì)的是某一工程技術(shù)領(lǐng)域，而不是某一學(xué)科領(lǐng)域，科學(xué)家要去發(fā)現(xiàn)世界，工程師是要去創(chuàng)造世界，現(xiàn)代高等教育提出“由科學(xué)向工程回歸”。強(qiáng)調(diào)科技服務(wù)于工程實(shí)際和社會(huì)。如果教學(xué)內(nèi)容過多偏重理論化、學(xué)科化，忽視工程應(yīng)用的內(nèi)容，就必然造成理論和工程實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)校與社會(huì)脫節(jié)，也就違背了工程教育的根本目標(biāo)。因此，不能僅僅顧及學(xué)科自身的系統(tǒng)、全面，而應(yīng)該更多地從工程教育的角度出發(fā)考慮問題。在基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)中考慮專業(yè)的需要，在基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)中滲透工程技術(shù)內(nèi)容，變理論的抽象性為理論的應(yīng)用性，變學(xué)科體系的系統(tǒng)性為工程系統(tǒng)的系統(tǒng)性。實(shí)現(xiàn)“學(xué)科系統(tǒng)式”向“應(yīng)用系統(tǒng)式”的轉(zhuǎn)變。

(2) 實(shí)現(xiàn)由“微觀局部式”向“宏觀整體式”的轉(zhuǎn)變

高等工程教育培養(yǎng)的是工程應(yīng)用型人才，必須進(jìn)行“工程思維”訓(xùn)練，要從工程實(shí)際的角度去思考和處理問題：只強(qiáng)調(diào)外部特性，不過多追求內(nèi)部是什么，只強(qiáng)調(diào)近似的分析，不追究理論計(jì)算的精確，這就是所謂的“黑匣子”理念。因此，完全可以忽略一些“局部細(xì)節(jié)”，更多地關(guān)注“系統(tǒng)整體”，實(shí)現(xiàn)“微觀局部式”向“宏觀整體式”的轉(zhuǎn)變。

(3) 實(shí)現(xiàn)由“面面俱到式”向“精選式”的轉(zhuǎn)變

面向二十一世紀(jì)人才競爭日趨激烈，為適應(yīng)知識(shí)更新日趨加快的社會(huì)環(huán)境，要培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和自學(xué)能力。因此，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一番認(rèn)真篩選，留有讓學(xué)生自學(xué)和發(fā)散思維的空間，實(shí)現(xiàn)從“面面俱到式”向“精選式”的轉(zhuǎn)變。

3.2應(yīng)遵循的三個(gè)原則

(1) 宜精不宜泛

要精選精講教學(xué)內(nèi)容，尤其要選擇問題的精華、分析的規(guī)律、思維的方法，給學(xué)生留有思維的空間，自己去獲取知識(shí)。

(2) 宜外不宜內(nèi)

以分析器件、模塊外部特性為主，少講或干脆不講內(nèi)部原理。跳出微觀局部的狹小圈子，更多地關(guān)注宏觀整體。

(3) 宜粗不宜細(xì)

要突出主干，突出宏觀全局，突出定性分析。是由于電子設(shè)備逐漸集成化，那種停留在分立元件電路上深挖細(xì)節(jié)的傳統(tǒng)作法應(yīng)當(dāng)改變；另一方面，隨著EDA等現(xiàn)代化電子電路分析和設(shè)計(jì)手段的普及，定量計(jì)算可以逐漸淡化，而應(yīng)突出概念的形成和總體的構(gòu)思，培養(yǎng)由局部到整體的應(yīng)用能力。

4教學(xué)內(nèi)容的更新

長期以來，我們一直選用重點(diǎn)大學(xué)的教材，但又不局限于教材本身，而是依據(jù)改革的基本思路，對(duì)教材進(jìn)行下述的增刪整合。

(1) 強(qiáng)化集成，淡化分立

改變分立電路唱主角的作法，形成以集成電路為主導(dǎo)、分立元件及電路為基礎(chǔ)的新格局，分立電路只保留電路構(gòu)成和基本原理，淡化設(shè)計(jì)、計(jì)算、調(diào)整方面的內(nèi)容。

(2) 強(qiáng)化器件外特性，淡化器件內(nèi)部原理

對(duì)于分立器件，除了簡介N型和P型半導(dǎo)體外，其它內(nèi)部機(jī)理全部刪除，重新構(gòu)建從外部電路分析電子器件的教學(xué)內(nèi)容；對(duì)于集成電路，只要求粗略了解其內(nèi)部電路簡化圖，而把重點(diǎn)放在器件和模塊的選用、連接、匹配等外特性上。

(3) 增強(qiáng)模數(shù)接口，減少放大電路

鑒于放大電路運(yùn)用范圍趨窄，模擬和數(shù)字信號(hào)接口部分應(yīng)用趨多，我們減少了放大電路的內(nèi)容，加大了模-數(shù)信號(hào)的產(chǎn)生、處理和轉(zhuǎn)換方面的內(nèi)容。

(4) 強(qiáng)化宏觀設(shè)計(jì)應(yīng)用，淡化微觀細(xì)節(jié)內(nèi)容

強(qiáng)化電子系統(tǒng)的宏觀整體概念，建立“系統(tǒng)—局部—系統(tǒng)”的新體系，即從電子系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)出發(fā)，引出局部功能電路，在講清局部電路的基礎(chǔ)上再搭建電子系統(tǒng)，這樣才能把局部的零散的知識(shí)系統(tǒng)化。我們把重點(diǎn)放在概念、電路和應(yīng)用上，并增加了對(duì)電子系統(tǒng)總體介紹和工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

(5) 強(qiáng)化定性分析，淡化定量推導(dǎo)

從工程思維的觀念出發(fā)，不過分追求理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)。因此，要處理好定性分析和定量分析的關(guān)系，一般應(yīng)先定性概念理解，后定量分析，能定性概念理解不作定量分析。比如，“頻率響應(yīng)”一章，教材中先從RC電路的定量分析導(dǎo)出波特圖，公式推了幾大篇，人們卻不知所云。我們嘗試先從物理概念入手，定性講清影響頻率響應(yīng)的因素，引出頻率特性曲線，再定量分析頻率特性的各參數(shù)，引出波特圖，教學(xué)效果很好。

(6) 精練內(nèi)容，不面面俱到

我們突出教學(xué)內(nèi)容的精華部分，注重分析規(guī)律和思維方法的講授，分析電路以典型電路為例，一種電路講透了，其它類似電路只介紹不同點(diǎn)，舉一反三。比如，在講清基本放大電路分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，再講解差動(dòng)放大器時(shí)，只需分析出其求IEQ的方法、公用發(fā)射極電阻Re對(duì)有用信號(hào)不起作用、等效負(fù)載電阻為實(shí)際負(fù)載的一半三個(gè)不同點(diǎn)即可，而不必再進(jìn)行太深入分析。

5教學(xué)方法的改革

在多年教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，我們總結(jié)歸納出以下四條教學(xué)方法：

(1) 強(qiáng)化“三基”教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

筆者在講解PN結(jié)的電容效應(yīng)時(shí)，指出電視接收機(jī)的電調(diào)諧模塊，就是利用了變?nèi)荻O管的電容效應(yīng)，通過諧振電路實(shí)現(xiàn)“選臺(tái)”作用。并和黑白電視接收機(jī)的機(jī)械調(diào)諧方式相比較，學(xué)生頓時(shí)豁然開朗。在講解計(jì)數(shù)器的概念和分類時(shí)，列舉日常生活中的交通燈控制系統(tǒng)，闡明他的定時(shí)部分就是一個(gè)對(duì)秒信號(hào)計(jì)數(shù)的減法計(jì)數(shù)器，課堂氣氛非常活躍，學(xué)生對(duì)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生了濃厚的興趣，急于知道計(jì)數(shù)器的工作原理，從而為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，起了一個(gè)非常好的鋪墊作用。

(2) 化零為整，加強(qiáng)宏觀思維

比如，集成運(yùn)放可以組成分散在不同章節(jié)中的很多種應(yīng)用電路，學(xué)生缺乏整體概念，搞不清各個(gè)局部之間的聯(lián)系，會(huì)張冠李戴。我們將這個(gè)順序顛倒過來，先總體介紹一個(gè)集成運(yùn)放外接反饋電路不同，可以組成各種不同功能的電路，然后，把各個(gè)電路展示，分析它們的共性與個(gè)性，在學(xué)生頭腦中先建立整體印象，再分頭去研究各個(gè)電路，以培養(yǎng)學(xué)生的宏觀思維能力。

(3) 化三為一，舉一反三

模擬電路常分為三種組態(tài)，雖然分析計(jì)算的公式和結(jié)果不同，但分析的思路和方法一致，我們對(duì)三種電路只講一個(gè)思路，將單純講解改為思路討論，比如講放大器靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算時(shí)，先講解題的思路步驟，然后以提問形式啟發(fā)學(xué)生依據(jù)這個(gè)思路列出一種形式電路的方程。最后，組織大家對(duì)另外兩種形式的電路展開討論，引發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)舉一反三的能力。

(4) 化單一課型為多種課型

單一的理論講授課，即使教師加進(jìn)一些“啟發(fā)式”，也仍然沒有脫離“傳授”模式的桎梏。因此，一定要設(shè)計(jì)多種課型，讓學(xué)生真正參與教學(xué)，如討論課、練習(xí)課、小結(jié)課、答記者問式課、提問式課等，讓“啟發(fā)式”真正落到實(shí)處?？梢曰瘑渭兝碚摓閯?dòng)手操作。包括人工操作和智能化仿真實(shí)驗(yàn)。

6教學(xué)手段的改革

6.1運(yùn)用EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化教學(xué)重點(diǎn)、克服教學(xué)難點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力

在模擬電路的晶體二極管、三極管教學(xué)過程中，用Edison軟件通過聲、光、動(dòng)畫技術(shù)，以栩栩如生的3D組件形式，逼真地模擬了實(shí)際電路的工作形式。操作者只需通過鼠標(biāo)拖拉，就可在電腦屏幕左邊連接成實(shí)物構(gòu)成的電路圖，同時(shí)在屏幕的右邊自動(dòng)生成該電路圖的原理圖。提供的實(shí)物模擬圖，會(huì)給學(xué)生帶來直觀的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于剛開始接觸電子技術(shù)的學(xué)生來說，把電路元件的電路符號(hào)和實(shí)物圖形聯(lián)系起來便于記憶。在數(shù)字電路的VHDL教學(xué)過程中，用MaxplusⅡ軟件演示用VHDL語言開發(fā)電路、數(shù)字系統(tǒng)的過程，觀察仿真結(jié)果，使學(xué)生很快就掌握用VHDL設(shè)計(jì)電路的過程，并明白了用VHDL設(shè)計(jì)電路和用原理圖設(shè)計(jì)電路的區(qū)別、優(yōu)點(diǎn)。如果只是用文字、圖表講述開發(fā)過程，學(xué)生普遍感到較抽象，效果不理想。

6.2教師的教學(xué)技藝與現(xiàn)代化教輔手段相結(jié)合

多媒體輔助教學(xué)以豐富的信息量和極強(qiáng)的表現(xiàn)力迅速走進(jìn)課堂，成為課堂的主要教學(xué)手段，給現(xiàn)代教育注入了活力。但也存在以下弊端：信息保留時(shí)間短，稍有疏忽就會(huì)跟不上趟，不便于學(xué)生把握信息的局部和整體之間的關(guān)系；信息量大，節(jié)奏快，學(xué)生的思維處于高度緊張狀態(tài)，不便于學(xué)生深入思考；記筆記受到影響，不便于知識(shí)的消化和吸收。

為此，我們?cè)谡n件制作和使用過程中摸索規(guī)律，揚(yáng)長避短。在課件制作過程中，教師親自動(dòng)手，融入教師的學(xué)術(shù)水平、教學(xué)技藝及藝術(shù)修養(yǎng)，創(chuàng)建適于個(gè)人特點(diǎn)和風(fēng)格的課件；在授課中，教師適時(shí)走動(dòng)，用生動(dòng)形象的講解和豐富的語言適時(shí)調(diào)控講課節(jié)奏、課堂氣氛和學(xué)生情緒，聲情并茂，充分體現(xiàn)教師的氣質(zhì)、風(fēng)度和魅力，實(shí)踐證明教學(xué)效果良好。

6.3課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)演示相結(jié)合

我們注意在課堂上邊講授邊演示，展示元器件實(shí)物和工程系統(tǒng)線路板，利用EDA平臺(tái)進(jìn)行“虛擬”實(shí)驗(yàn)，把全套的仿真實(shí)驗(yàn)直接鏈接到多媒體課件中，調(diào)用便捷，在課件中介紹工程實(shí)際應(yīng)用和系統(tǒng)電路，并進(jìn)行仿真演示，如“恒溫控制器”和火災(zāi)報(bào)警器等，提高學(xué)生工程化思維能力。

7結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐證明，我們的課程改革思路是可行和有效的。通過改革，初步解決了學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多這個(gè)瓶頸問題，使教學(xué)內(nèi)容“回歸工程”，更加貼近了工程應(yīng)用背景的實(shí)際需要，培養(yǎng)了學(xué)生工程思維和工程應(yīng)用的能力，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，提高了學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)。

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