模擬電子技術(shù)實驗教學改革與實踐

程春雨，吳雅楠，馬馳，郭學滿，王 林

(大連理工大學 電子信息與電氣工程學部，遼寧 大連 116024)

模擬電子技術(shù)實驗教學改革與實踐

程春雨，吳雅楠，馬馳，郭學滿，王 林

(大連理工大學 電子信息與電氣工程學部，遼寧 大連 116024)

針對傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實驗教學模式存在的問題，優(yōu)化了模擬電子技術(shù)實驗的內(nèi)容，調(diào)整了模擬電子技術(shù)實驗教學的過程，更新了模擬電子技術(shù)實驗教學的手段和方法，并結(jié)合模擬電子技術(shù)實驗教學的現(xiàn)狀，對如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實驗?zāi)芰M行了探索與實踐，這對提高模擬電子技術(shù)實驗教學的質(zhì)量具有重要意義。

模擬電子技術(shù)實驗；實驗教學；教學改革；實踐

模擬電子技術(shù)是電子類和通信類等專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時也是其他后續(xù)課程的基礎(chǔ)，其理論性和實踐性都很強[1]，是一門非常重要，但又比較難學的課程。模擬電子技術(shù)實驗是模擬電子技術(shù)的實踐環(huán)節(jié)，是模擬電子技術(shù)的重要組成部分。學生進行模擬電子技術(shù)實驗的過程，既是學習模擬電子技術(shù)知識的過程，同時也是應(yīng)用所學知識的實踐積累過程。實驗環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學生的科學思維方法，開拓學生的創(chuàng)新意識，提高學生的綜合運用能力等方面具有課堂理論教學所無法替代的作用[2]。

如何做到在有限的實驗教學時間內(nèi)，既能配合模擬電子技術(shù)理論教學的進度，完成單元電路的設(shè)計與驗證，幫助學生學習和理解模擬電子技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，通過實驗教學，達到熟練掌握理論知識的目的；同時還能將代表科學發(fā)展和技術(shù)進步的前沿新知識、新技術(shù)和最新的研究成果介紹給學生，培養(yǎng)學生勤于思考和勇于創(chuàng)新的實踐能力，使學生在實驗教學過程中能夠積極主動地提出新問題，并能夠充分利用現(xiàn)有的實驗條件和已經(jīng)掌握的理論知識，找出解決問題的辦法，設(shè)計出解決實際問題的新方案[3]。充分調(diào)動學生在實驗教學過程中的積極性，從而提高學生分析問題、解決問題的能力，增強學生在學習后續(xù)課程和走上工作后的適應(yīng)能力和競爭能力，這是高校實驗教師必須面對的問題。

1 模擬電子技術(shù)實驗課程的現(xiàn)狀

目前，一些高校模擬電子技術(shù)實驗課仍處于一種相對傳統(tǒng)、落后的實驗教學模式之中，即實驗課依附于理論課，實驗內(nèi)容以驗證性實驗為主，實驗過程完全按照實驗教材所規(guī)定的操作步驟進行[4]，實驗?zāi)康囊仓皇怯柧殞W生學會基本的測量方法，掌握常用電子儀器的使用，測量并驗證單元電路的基本功能。實驗操作過程有些是在實驗臺上完成簡單的測試，有些要求學生在面包板上做簡單的電路搭接和數(shù)據(jù)測試。不論采用哪種實驗教學模式，整個實驗過程都相對刻板，實驗內(nèi)容和實驗器件單一，學生只需要按照實驗講義上規(guī)定的實驗步驟操作、測試就能夠完成實驗。在實驗過程中，學生沒有機會遇到器件參數(shù)選擇不對，電路設(shè)計等方面的問題，學生上實驗課的目的只是為了驗證理論基礎(chǔ)和理論計算，這種實驗方法不利于學生將來的學習和工作。

由于多方面的原因，造成在同一所高校學習的學生素質(zhì)差異性很大。其中很大一部分學生理論聯(lián)系實際和動手操作能力都相對欠缺，學完模擬電子技術(shù)這門課程之后，除了知道一些專業(yè)術(shù)語和部分功能電路之外，既看不懂集成電路芯片內(nèi)部的電路圖和整機電路圖，也不會分析和調(diào)試實際電路，更談不上設(shè)計和制作實用電路了。學生的這種差異性還體現(xiàn)在對學習的熱情和自我要求等其他方面。在模擬電子技術(shù)實驗教學過程中，只有部分學生對實驗感興趣，這部分學生預(yù)習得好，實驗完成的速度快。但由于實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ絾我?，這部分學生提前完成實驗后，會剩下一部分實驗時間不能被充分利用，從而造成實驗時間和實驗設(shè)備的浪費。還有一部分學生對模擬電子技術(shù)實驗沒有興趣，完成實驗的目的只是為了能拿到學分。針對學生學習狀況的差異性，怎樣做好層次化教學[5]，是當今高校模擬電子技術(shù)實驗教師必須解決的現(xiàn)實問題。

目前，各高校模擬電子技術(shù)實驗教學的現(xiàn)狀是：隨著高校熱門專業(yè)的逐年擴招，學生多，實驗教師少，迫使很多高校模擬電子技術(shù)實驗課不得不大班上課，一次2～3個班級，幾十名甚至于上百名學生同時做一個實驗，即使有兩三名教師同時指導，也很難做到面面俱到，學生相互參考實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。由于學生多，實驗教師少，實驗設(shè)備和實驗空間有限[6]，造成同一個實驗內(nèi)容，在一個學期內(nèi)必須重復安排多次，學生上實驗課的時間不能統(tǒng)一，一部分學生先做實驗，另一部分學生后做實驗，完全一樣的實驗內(nèi)容很難杜絕學生之間相互參考實驗數(shù)據(jù)，為了能從根本上解決這個問題，完全統(tǒng)一的實驗教學內(nèi)容必須改變。

以上現(xiàn)狀是高校模擬電子技術(shù)實驗教師所面臨的現(xiàn)實問題：教學模式陳舊，實驗內(nèi)容單一，學生的差異性在逐年加大，學生多，教師少，實驗設(shè)備和實驗空間有限，這些是高校模擬電子技術(shù)實驗教學改革必須解決的現(xiàn)實問題。

2 改革的措施和解決問題的辦法

模擬電子技術(shù)研究的對象是半導體器件以及以半導體器件為核心的基本電路，具有較強的可操作性和實踐性，因此，模擬電子技術(shù)實驗教學改革必須堅持理論與實踐并重的原則[7]。

2.1 調(diào)整實驗教學時間

大連理工大學教學改革在實驗教學時間安排上做了適當?shù)恼{(diào)整，調(diào)整后的實驗時間盡量與理論教學時間并行，緊跟理論教學的進度，做到理論課剛講完的內(nèi)容馬上安排實驗，以增強學生的記憶效果，加深學生對知識的理解，配合好理論教學，幫助學生通過實驗掌握更多的理論知識。

2.2 優(yōu)化了教學內(nèi)容，更新教學方法

(1)在第一次儀器實踐課上，增設(shè)了二極管的實驗內(nèi)容。在以往的模擬電子技術(shù)實驗中，沒有安排二極管的實驗內(nèi)容，但二極管是模擬電路的基礎(chǔ)，如果學生不能很好地理解二極管的工作原理，摸透二極管的工作特性，那么后續(xù)課程的學習必將受到影響。本次教改，將二極管的實驗內(nèi)容與儀器實踐課安排在一起，讓學生在熟悉儀器使用的過程中，設(shè)計實驗電路，測試二極管的特性，掌握二極管的工作原理，讓學生在電路設(shè)計和數(shù)據(jù)測試的過程中掌握儀器的使用。在實驗過程中，學生可以根據(jù)不同二極管的參數(shù)特性，選擇自己認為合適的電阻設(shè)計實驗電路，測試并計算二極管的導通電壓、工作電流、耗散功率、動態(tài)電阻等參數(shù)。通過實驗幫助學生認識到?jīng)Q定二極管工作狀態(tài)的主要參數(shù)是流過二極管的工作電流，知道二極管的導通電壓、耗散功率和動態(tài)電阻都是由流過二極管的工作電流決定的。讓學生充分認識到分析工作電流在模擬電子技術(shù)實驗課程中的重要性。

(2)在單管放大電路的設(shè)計與測試實驗中，以往只安排了一個實驗電路，讓學生在面包板上搭接指定電路參數(shù)的共發(fā)射極單管放大電路并測試。由于學生第一次在面包板上搭接實驗電路，不熟悉面包板的結(jié)構(gòu)，在搭接實驗電路的過程中耗時過多，雖然只安排了一個項目的實驗內(nèi)容，但也有很多學生在規(guī)定的時間內(nèi)不能按時完成實驗。本次教改，設(shè)計了一個專用實驗平臺，在實驗平臺上給學生提供了偏置電流可以調(diào)節(jié)的靜態(tài)工作電路，讓學生在實驗平臺的基礎(chǔ)上設(shè)置靜態(tài)工作點，設(shè)計共發(fā)射極、共集電極、共基極三種不同組態(tài)的單管放大電路，測試、計算、比較并分析這三種不同組態(tài)放大電路的異同點。并通過改變靜態(tài)工作點，觀察、測試并分析放大電路的失真波形。通過對實驗內(nèi)容的調(diào)整，滿足了多數(shù)學生的實驗需求，實驗技能稍差的學生，可以在實驗平臺上完成一部分實驗內(nèi)容；實驗技能較好的學生，可以充分利用新的實驗平臺，在規(guī)定的實驗時間內(nèi)完成三種不同組態(tài)單管放大電路的設(shè)計與測試。這種層次化實驗教學模式，有利于提高學生的實踐技能。

(3)在差分放大電路的設(shè)計與測試實驗中，本次教改后的實驗內(nèi)容增設(shè)了恒流源負載的射極耦合差分式放大電路的設(shè)計與測試。實驗要求學生在靜態(tài)工作點相同的條件下，比較電阻負載和恒流源負載這兩種射極耦合差分放大電路的異同點。本次教改之前，在規(guī)定的實驗教學時間內(nèi)，大多數(shù)學生只能完成一個電阻負載射極耦合差分式放大電路的電路搭接和數(shù)據(jù)測試。為了幫助學生能夠在規(guī)定的實驗時間內(nèi)完成兩個差分放大電路的測試與比較，在本次教改的實驗平臺上，給學生提供了差分放大的基礎(chǔ)電路，靜態(tài)工作點的設(shè)置與調(diào)節(jié)電路需要學生自己連接。在新設(shè)計的實驗平臺上，保證學生可以通過調(diào)節(jié)電位器，將兩個差分放大電路的靜態(tài)工作點調(diào)成一致，以保證在靜態(tài)工作點相同的前提下，比較兩個不同負載射極耦合差分放大電路的動態(tài)特性，幫助學生在實驗過程中真正理解恒流源負載射極耦合差分放大電路在性能上的提高。

2.3 調(diào)整實驗項目的設(shè)置原則

本次教改的重點集中在電路器件的選擇上。在以往的實驗教學過程中，每個實驗項目的實驗器件都是老師設(shè)定好并準備好的，每個實驗項目的實驗電路和實驗器件完全統(tǒng)一，學生只需要按照實驗教材上規(guī)定的實驗電路，用統(tǒng)一的實驗器件搭接實驗電路、測量實驗數(shù)據(jù)、驗證理論計算就能夠完成實驗[8]。本次教改調(diào)整了實驗項目的設(shè)置原則：在保證實驗器件可以安全工作的前提下，盡量讓學生自己選擇實驗器件[9]，全部實驗的器件一起交給學生，讓學生根據(jù)廠家提供的器件手冊自己設(shè)置實驗電路的靜態(tài)工作點。這樣的實驗教學模式基本上能保證每組實驗，學生所選用的實驗器件不完全一致，在實驗的過程中培養(yǎng)學生使用生產(chǎn)廠家提供的器件手冊設(shè)計實際電路的能力。

2.4 設(shè)計全新的實驗平臺

為保證在增加實驗內(nèi)容的前提下，不影響學生完成實驗的進度，本次教改設(shè)計了一個全新的實驗平臺。在新的實驗平臺上，給學生提供了一部分基礎(chǔ)電路，學生可以在基礎(chǔ)電路上進行擴展，設(shè)計自己的實驗電路。這樣既可以保證學生在規(guī)定的實驗時間內(nèi)完成必做的實驗內(nèi)容，同時還保證了實驗內(nèi)容的多樣性，解決了層次化教學管理這一難題。保證實踐能力相對較強的學生有更多的實驗條件，設(shè)計完成更多的實驗內(nèi)容；同時也保證實驗技能相對較弱的學生能在規(guī)定的實驗時間內(nèi)完成基本的實驗內(nèi)容，做到了既注重精英人才的培養(yǎng)，又照顧到多數(shù)學生的學習熱情，保護好每個學生學習的積極性，使學生能夠在實驗過程中得到充分的鍛煉，為后續(xù)的課程學習以及走上工作崗位打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

為了能更好地貼近實際應(yīng)用，激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情，在本次教改設(shè)計的實驗平臺上，還增設(shè)了多項與實際應(yīng)用相結(jié)合的實驗項目[10]，如稱重傳感器小信號的檢測與放大，室內(nèi)光強變化的檢測與控制，環(huán)境溫度變化的檢測與控制，障礙物的檢測與判斷等多種模擬傳感器檢測電路，讓學生在實驗室里就能直觀地體驗到所學到的模擬電子技術(shù)知識可以應(yīng)用到現(xiàn)實生活中去，以充分調(diào)動出學生設(shè)計實際電路的創(chuàng)作熱情。

2.5 改革考核制度

為了幫助學生鞏固所學到的知識，本次教改還建立了一套全新的實驗考核制度，明確了每個實驗項目重點考核的實驗內(nèi)容[11]，以及每個實驗項目的具體考核辦法。實驗考核內(nèi)容分為儀器使用、電路設(shè)計、搭接實驗電路、實驗數(shù)據(jù)測試、實驗數(shù)據(jù)分析等五個方面。細化到每個實驗項目，實驗考核的側(cè)重點有所不同。例如：實驗一重點考核學生學習使用電子儀器的能力；實驗二重點考核學生設(shè)計電路的實踐能力；實驗三重點考核學生實驗電路測試和數(shù)據(jù)分析能力；實驗四重點考核學生在面包板上搭接實驗電路的實踐操作能力；實驗五綜合考核學生在電路設(shè)計中的綜合實踐能力。通過對具體能力的考核打分方式，幫助學生清晰地認識到自己的不足，從而有針對性地學習，提高自己的薄弱環(huán)節(jié)，以幫助學生提高電路設(shè)計和創(chuàng)新實踐能力。

3 結(jié)束語

通過本次教改與實踐，使大多數(shù)學生對模擬電子技術(shù)實驗的態(tài)度有了明顯的改變，學生做實驗的熱情有顯著提高。當然在模擬電子技術(shù)實驗教學過程中，還有很多工作需要改進，只要我們用心去做，以學生為中心[12]，在實驗時間和實驗條件允許的情況下，給學生增設(shè)更多新穎的實驗內(nèi)容，就一定能激發(fā)出學生的學習熱情，引導學生用多種不同的實驗方法設(shè)計分析不同的實驗電路，提高學生分析問題和解決問題的實踐能力，以適應(yīng)社會對高技術(shù)人才需求不斷提高的發(fā)展趨勢，提高學生的就業(yè)競爭力。

[1]黃慧敏.《模擬電子技術(shù)》實驗教學改革的探索[J].實驗室科學,2009,12(1):62-64.

[2]馮志江,張利,王巧玲.電子技術(shù)實驗教學的思考[J].實驗室研究與探索,2012,31(7):330-332,345.

[3]李良榮,李緒誠,劉橋.現(xiàn)代電子技術(shù)實驗教學體系探索[J].實驗室研究與探索,2010,29(12):121-124,141.

[4]劉艷,朱昌平,宋鳳琴,等.模擬電子技術(shù)實驗教學中的學生實踐能力培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理,2010,27(2): 110-112.

[5]蔡曉艷,肜瑤,王照平.模擬電子技術(shù)實驗教學改革的研究與探索[J].實驗室科學,2013,16(3):51-53.

[6]林春,邵雅斌.改革電子技術(shù)實驗教學培養(yǎng)應(yīng)用型人才[J].實驗室科學,2011,14(5):34-36,40.

[7]王革思,趙旦峰,張朝柱,等.模擬電子技術(shù)實驗課程體系的研究與實踐[J].實驗科學與技術(shù),2012,10(5):99-102.

[8]晏湧,模擬電子技術(shù)實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(4):288-290.

[9]邢曉濬.“模擬電子技術(shù)實驗”教學的探索與實踐[J].電氣電子教學學報,2013,35(1):86-87.

[10]于蕾,王松武,謝紅.模擬電子技術(shù)實驗的教學改革[J].實驗科學與技術(shù),2011,9(3):125-127.

[11]王波,張巖,王美玲,等.“模擬電子技術(shù)實驗”課程的改革[J].實驗室研究與探索,2013,32(4):140-143.

[12]楊穎.以學生為本創(chuàng)新電子技術(shù)實驗課教學[J].實驗室研究與探索,2010,29(6):80-83.

Reform and Practice of the Experiment Teaching for Analog Electronic Technology Experiment

CHENG Chunyu, WU Yanan, MA Chi, GUO Xueman, WANG Lin

(Faculty of Electronic Information and Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

Aiming at the existing problems of the traditional analog electronic technology experiment teaching mode, this paper optimizes the teaching contents of analog electronic technology experiment, adjusts the teaching processes and also modifies the teaching methods. Simultaneously, combined with current situation of analog electronic technology experiment teaching in China, this paper focuses on how to develop the innovation capability and practical ability of university students, which is important to improve the quality of analog electronic technology experiment teaching.

analog electronic technology experiment; experimental teaching; teaching reform; practice

2013-12-19；

大連理工大學教育教學改革基金資助項目(ZX201326)

程春雨(1970-)，女，碩士，工程師，主要從事模擬電子技術(shù)實驗和課程設(shè)計的教學與研究工作。

G642.423；TN01

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.024