新形勢下的“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程建設(shè)與實(shí)踐

姚福安?徐向華?魏愛榮?高寧?蔣華軍

摘要：針對當(dāng)前“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題，根據(jù)新的教學(xué)計(jì)劃要求，對“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程在理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教材建設(shè)等方面進(jìn)行了廣泛深入的探索，實(shí)踐證明改革方案正確，教學(xué)效果顯著，極大地提高了學(xué)生綜合應(yīng)用電子技術(shù)的能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；EDA技術(shù)；工程實(shí)踐能力

作者簡介：姚福安（1963-），男，山東巨野人，山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，教授。（山東 濟(jì)南 250061）

基金項(xiàng)目：本文系2012年山東省高等學(xué)校教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目號：2012105）、山東大學(xué)物聯(lián)信息技術(shù)與系統(tǒng)工程國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0065-02

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”主要由“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”和“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”系列課程組成。它是信息類所有專業(yè)的科學(xué)基礎(chǔ)平臺課程的必修課，是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課和專業(yè)課的一個(gè)極其重要的橋梁。在山東大學(xué)（以下簡稱“我?！保﹩拥男乱惠啽究粕囵B(yǎng)計(jì)劃中，將“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課程的理論學(xué)時(shí)分別減少到48學(xué)時(shí)，將兩門課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分別提高到了32學(xué)時(shí)，而“電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)”課程采用集中在1周內(nèi)完成。

當(dāng)前高等教育普遍存在“重理論”、“輕實(shí)踐”，“偏重仿真”、“輕視實(shí)驗(yàn)”等現(xiàn)象。為此在新的形勢下，筆者本著強(qiáng)化基礎(chǔ)、開拓學(xué)術(shù)視野、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的指導(dǎo)思想，大力開展研究型教學(xué)模式，注重學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，大力推進(jìn)課外學(xué)習(xí)，對“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程進(jìn)行了全面的改革和探索。

一、修訂了“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)計(jì)劃

結(jié)合電子技術(shù)的發(fā)展趨勢，借鑒國外同類著名教材，參考國內(nèi)同類高?！半娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)安排，制訂了“保證基礎(chǔ)、重視實(shí)踐、體現(xiàn)先進(jìn)”教學(xué)理念的教學(xué)計(jì)劃。

1.“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容突出了基礎(chǔ)性

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程是信息類專業(yè)學(xué)生入門的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握基本的電子電路理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析解決實(shí)際問題的能力。掌握扎實(shí)的“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程理論基礎(chǔ)知識，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。例如在“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程中，晶體管“微變等效電路”的建立、晶體管“高頻等效模型”的分析及“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程中“邏輯代數(shù)”等內(nèi)容仍給予了充分的保留。

2.“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容突出了實(shí)踐性

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)就是實(shí)踐性強(qiáng)，該課程內(nèi)容應(yīng)突出其應(yīng)用特性，突出理論聯(lián)系實(shí)際性。例如在課程內(nèi)容上適當(dāng)減少分立元器件的內(nèi)容（尤其是內(nèi)部的工作機(jī)理），重點(diǎn)講解電子器件的外特性，增加了“集成電路”部分內(nèi)容，加強(qiáng)了系統(tǒng)分析及實(shí)際工程應(yīng)用案例等方面的內(nèi)容。

3.“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容突出了先進(jìn)性

電子技術(shù)是當(dāng)今社會發(fā)展最快的技術(shù)之一，新器件、新工藝、新技術(shù)日新月異，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與時(shí)代發(fā)展同步。例如在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”中增加了“現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)中”采用的“硬件描述語言（VHDL）”方面的內(nèi)容，增加了“大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷–PLD/FPGA）”的知識。

二、修訂了“電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材

教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求的知識載體，是進(jìn)行教學(xué)的基本工具，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證。培養(yǎng)具有國際化視野的一流人才，教材必須與國際知名大學(xué)相關(guān)教材接軌，編寫適合我國實(shí)際現(xiàn)狀、具有自己特色的教材。

1.引入先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)計(jì)工具

根據(jù)目前國外同類教材的發(fā)展，筆者修訂的教材強(qiáng)調(diào)實(shí)際工程上的分析方法和應(yīng)用，重視對學(xué)生實(shí)際工作能力的培養(yǎng)；在教材中融入了使用軟件工具進(jìn)行模擬、分析、設(shè)計(jì)問題的方法；增加了新的教學(xué)內(nèi)容，將EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）技術(shù)引入到教材中；增加新的模擬集成器件及分析方法，例如“電流型集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用”等。

2.精簡內(nèi)容，突出重點(diǎn)

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程理論課時(shí)逐漸減少，而新工藝、新技術(shù)、新器件越來越多，精簡陳舊內(nèi)容，優(yōu)化教材結(jié)構(gòu)，注重學(xué)科發(fā)展是教材編寫的主要問題。新修訂的教材采取的方法是：減少了分立元件內(nèi)部工作機(jī)理的介紹，減少集成電路內(nèi)部工作原理的分析，加強(qiáng)中大規(guī)模集成電路應(yīng)用的內(nèi)容；增加功能模塊法設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的內(nèi)容，減少小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)電路的方法。

3.傳統(tǒng)與發(fā)展相融合，在融合中體現(xiàn)創(chuàng)新

根據(jù)信息類專業(yè)要求工程技術(shù)應(yīng)用能力強(qiáng)的特點(diǎn)，教材應(yīng)盡可能反應(yīng)當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，本教材在教學(xué)中融入實(shí)際工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，增加了新技術(shù)、新方法的介紹，并配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握分析、設(shè)計(jì)電子電路的新工具和新手段，同時(shí)該教材又注重了傳統(tǒng)知識的延續(xù)，保持了內(nèi)容的聯(lián)慣性，使教材具有較強(qiáng)的可讀性。該教材既滿足了本科教學(xué)需要，又便于學(xué)生自學(xué)，同時(shí)還適合工程技術(shù)人員查閱資料。

三、全面改革“電子技術(shù)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的最大特點(diǎn)之一就是實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生不僅要掌握電子技術(shù)相關(guān)的理論知識，更重要的是要通過諸多的實(shí)踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的應(yīng)用能力。針對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)手段單一、實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擴(kuò)展性不強(qiáng)等問題，筆者從實(shí)驗(yàn)室硬件平臺建設(shè)、實(shí)驗(yàn)課程體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及手段等方面，逐步實(shí)現(xiàn)與國際接軌。

1.搭建了具有國際水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件平臺

培養(yǎng)具有國際一流水平的本科生，實(shí)驗(yàn)室必須具有國際水平的測試儀器、儀表。為此筆者將“電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室”全部配置了國際著名公司Aglent（安捷倫）生產(chǎn)的DSO-2002A數(shù)字存儲示波器、DDS信號發(fā)生器等國際一流的實(shí)驗(yàn)儀器；“EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）實(shí)驗(yàn)室”安裝了正版的國際流行的最新電子電路計(jì)算機(jī)輔助軟件NI公司的Multisim12.0；“電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”與國際知名公司TI公司聯(lián)合成立了“山東大學(xué)—美國德州儀器大學(xué)生創(chuàng)新中心”，TI公司提供最新的DSP（數(shù)字信號處理）、單片機(jī)及模擬集成器件供學(xué)生參加科技創(chuàng)新制作、電子設(shè)計(jì)競賽等創(chuàng)新活動。

2.研制了訓(xùn)練學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)裝置

目前傳統(tǒng)的“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置”大多是功能簡單，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，綜合性差，難以完成對學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。為此筆者為“電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室”開發(fā)研制了“電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置”，該實(shí)驗(yàn)平臺采用全開放式設(shè)計(jì)思路，在該實(shí)驗(yàn)平臺上可以完成“基本實(shí)驗(yàn)”、“綜合實(shí)驗(yàn)”和“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”，為學(xué)生留有足夠多的資源，能更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力；為“EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）實(shí)驗(yàn)室”開發(fā)研制了“FPGA現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝置”，該實(shí)驗(yàn)裝置采用Xilinx公司最新技術(shù)Spartan-6 FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上可以完成各種數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，例如微控制器設(shè)計(jì)、多媒體數(shù)字信號編解碼器設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)等，全面訓(xùn)練學(xué)生掌握國際最新技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的能力。為“電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”開發(fā)了“現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由靈活的功能模塊組成，功能模塊包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、CPLD/FPGA模塊、信號調(diào)理單元模塊、A/D和D/A模塊、輸入及輸出模塊、信號產(chǎn)生和變換模塊、功率放大模塊等。在進(jìn)行電子設(shè)計(jì)教學(xué)中，首先將這些單元模塊讓學(xué)生焊接、調(diào)試成功，然后根據(jù)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，將多個(gè)功能模塊互相連接，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。該實(shí)驗(yàn)裝置功能強(qiáng)大，擴(kuò)展靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，可反復(fù)拆卸。這種完全開放式的教學(xué)裝置對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了非常好的效果。

3.建立“層次化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

根據(jù)“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的要求，加強(qiáng)理論課與實(shí)驗(yàn)課之間的聯(lián)系，精選了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，做到經(jīng)典與現(xiàn)代的融合，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分成四個(gè)層次。

第一，基礎(chǔ)層實(shí)驗(yàn)：該部分是學(xué)生初次進(jìn)入電子技術(shù)學(xué)習(xí)所做的基本實(shí)驗(yàn)，包括常用電子元器件及集成電路性能測試，常用電子電路的測量。目的在于加深學(xué)生對電子技術(shù)基本理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的興趣。

第二，設(shè)計(jì)層實(shí)驗(yàn)：該層次將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。教師將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及要求提出來，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法，最后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安裝、調(diào)試，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。目的培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力及書寫設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。

第三，綜合設(shè)計(jì)層：該層次是要求學(xué)生利用新的器件，采用新的設(shè)計(jì)方法及手段設(shè)計(jì)完成綜合性較強(qiáng)的電子系統(tǒng)，要求學(xué)生熟練利用EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）技術(shù)設(shè)計(jì)、分析電子電路，目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)的能力。

第四，創(chuàng)新研究層：對于理論知識扎實(shí)、動手能力強(qiáng)的學(xué)生，要鼓勵他們參加電子設(shè)計(jì)競賽及其他各類創(chuàng)新活動，教師可以給出適合不同專業(yè)方向的綜合性較強(qiáng)的課題（可以以歷屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目作參考）共學(xué)生自由選擇，采用開放式教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究的素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，培養(yǎng)學(xué)生撰寫科技論文的能力。

4.建立基于“全過程監(jiān)控”式的考核方法

實(shí)驗(yàn)課程的考核相對于理論課考核要復(fù)雜的多，不僅要考查實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更應(yīng)該注重考核實(shí)驗(yàn)過程。完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本過程是“實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)操作→實(shí)驗(yàn)故障排查→實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析→實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫”，所以只有采用“全過程”考核，才能對學(xué)生公平客觀的評價(jià)。要求對每個(gè)學(xué)生的每次實(shí)驗(yàn)過程均有記錄，主要包括：學(xué)生出勤情況、實(shí)驗(yàn)儀器操作情況、實(shí)驗(yàn)測試情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫規(guī)范情況；對于2人以上完成的綜合實(shí)驗(yàn)，對每個(gè)人采取“答辯”方式提問，詢問電路的設(shè)計(jì)思路、該電路存在的問題、電路安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決辦法等。理論考試采用閉卷考試，主要考查學(xué)生的電子電路的測試方法、常用儀器儀表的使用、誤差分析及處理、電路測試?yán)碚摷凹夹g(shù)等。將全部實(shí)驗(yàn)的平時(shí)成績和考試成績（各占50%）相加定為學(xué)生的最終成績。

四、結(jié)語

綜上所述，在新的形勢下筆者對“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索與嘗試，通過在控制科學(xué)與工程學(xué)院、電氣工程學(xué)院2011級14個(gè)班級中實(shí)施，總體效果顯著，學(xué)生普遍反映提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣，提高了動手能力，能熟練掌握常用的電子儀器，掌握了先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)方法，提高了學(xué)生參加各類科技競賽的熱情，并且在參加的各級科技競賽中，均取得了優(yōu)異的成績。目前存在的最大問題是實(shí)驗(yàn)室如何大面積、持續(xù)地對學(xué)生開放，如何提高教師投入教學(xué)的積極性，如何建立更加科學(xué)的管理體系等問題，以上這些問題還有待于進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究。

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（責(zé)任編輯：王意琴）