模擬電子技術(shù)教學(xué)改革實(shí)踐與探索

包宋建

摘要：模擬電子技術(shù)是電類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，課程的內(nèi)容較多、理論性強(qiáng)。課程以培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，以熟練掌握基本電子器件和基本電路為基礎(chǔ)，以教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式的改革為依托，以項(xiàng)目制為主線，并使其涵蓋所有教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)改革以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)，結(jié)合采用BOPPPS的教學(xué)模型和LBD的教學(xué)方法，全面增強(qiáng)學(xué)生的電路分析能力、創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；教學(xué)模式；能力目標(biāo)；BOPPPS教學(xué)模型；LBD教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）16-0156-03

模擬電子技術(shù)是電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其前學(xué)課程是電路分析，后學(xué)課程是數(shù)字電子技術(shù)，高頻電子電路，單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程。本課程以培養(yǎng)學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目的，側(cè)重元器件性能的掌握、基本電路的分析和電子系統(tǒng)綜合的培養(yǎng)，使學(xué)生初步具備應(yīng)用電子技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的能力，為在測(cè)控和智能化儀器儀表等領(lǐng)域中實(shí)際使用模擬電子技術(shù)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)教學(xué)學(xué)生應(yīng)當(dāng)建立起電子系統(tǒng)的觀念，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中要求學(xué)生達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)主要包括：半導(dǎo)體二極管及其基本電路、半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路、功率放大電路、集成電路運(yùn)算放大器、反饋放大電路、信號(hào)的運(yùn)算與處理電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源；并且能對(duì)完整電子系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合。通過(guò)教學(xué)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的能力包括基本電路的分析能力、MultiSim軟件的仿真能力、簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析能力和對(duì)簡(jiǎn)單電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。本課程對(duì)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、開(kāi)拓探索的精神和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)當(dāng)具備的行業(yè)規(guī)范習(xí)慣。

一、目前模電教學(xué)中存在的問(wèn)題

存在的問(wèn)題1：課程理論性強(qiáng)，概念抽象，章與章之間的內(nèi)容相互脫節(jié)，知識(shí)跳躍性大。存在的問(wèn)題2：教學(xué)方式中絕大部分教師僅采用講授法，缺少理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生接受較困難。存在的問(wèn)題3：考試方式單一，往往以一張?jiān)嚲矶ā敖K身”，缺少對(duì)學(xué)生的過(guò)程考核和實(shí)際動(dòng)手能力的考核。存在的問(wèn)題4：實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)主要是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生的自主動(dòng)手能力的培養(yǎng)較少，往往是老師講一步學(xué)生跟著做一步，學(xué)生不動(dòng)腦筋，依葫蘆畫瓢。針對(duì)以上存在的四方面問(wèn)題，本文提出在模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考試方式等方面進(jìn)行一定的改革。

二、以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)

模擬電子技術(shù)是電類工科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)應(yīng)該從基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)開(kāi)始抓起，而不能僅僅從某幾門專業(yè)課程學(xué)習(xí)才重視工程素質(zhì)能力的培養(yǎng)，工程能力的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)該貫穿于整個(gè)大學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中。

CDIO，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作。這是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的四個(gè)階段，讓學(xué)生主動(dòng)參與到這幾個(gè)階段中，培養(yǎng)其工程能力。CDIO工程教育模式具有大工程理念、注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)、密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)實(shí)際和系統(tǒng)的工程教育改革四大特點(diǎn)。模擬電子技術(shù)雖然是專業(yè)基礎(chǔ)課，但是以項(xiàng)目制方式進(jìn)行授課時(shí)是比較容易實(shí)現(xiàn)CDIO工程教育模式的嵌入的。

三、模擬電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的改革

模擬電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容的改革以四大項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制作為基礎(chǔ)，全面覆蓋模電的所有理論基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生在學(xué)中做（Learning-By-Doing），做中學(xué)（Doing-By-Learning），理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生的工程素質(zhì)。尊崇理論學(xué)習(xí)到軟件仿真，軟件仿真到實(shí)物制作的學(xué)習(xí)流程。

四大項(xiàng)目分別為：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試、實(shí)用助聽(tīng)器的制作與調(diào)試、遠(yuǎn)距離調(diào)頻無(wú)線話筒的制作與調(diào)試、溫度指示器的制作與調(diào)試。

項(xiàng)目一：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試。項(xiàng)目包涵的知識(shí)、技能有：二極管和三極管的識(shí)別與檢測(cè)、橋式整流電路的應(yīng)用、電容濾波電路的應(yīng)用、運(yùn)放構(gòu)成的比較器的應(yīng)用、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路的分析與檢測(cè)、小功率直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試等。

項(xiàng)目二：實(shí)用助聽(tīng)器的制作與調(diào)試。其基本任務(wù)是將接收到的微小音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路、功放推動(dòng)而提供能量足夠的音頻信號(hào)。項(xiàng)目包涵的知識(shí)、技能有：三極管基本放大電路原理與分析（包括共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路）、多級(jí)放大器的特點(diǎn)、負(fù)反饋在放大電路的應(yīng)用等。

項(xiàng)目三：遠(yuǎn)距離調(diào)頻無(wú)線話筒的制作與調(diào)試。項(xiàng)目包涵的知識(shí)、技能有：正弦波振蕩電路工作原理，掌握RC振蕩電路、LC振蕩電路和石英晶體振蕩電路的原理和各自的特點(diǎn)，掌握振蕩頻率的計(jì)算方法。了解無(wú)線電信號(hào)的調(diào)制、傳輸和解調(diào)原理及作用。為信號(hào)的無(wú)線通信原理的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

項(xiàng)目四：溫度指示器的制作與調(diào)試。其基本任務(wù)是利用集成運(yùn)放電路，制作一款溫度指示器。項(xiàng)目包涵的知識(shí)、技能有：集成運(yùn)算放大器在分析問(wèn)題時(shí)的虛斷和虛短的概念掌握；集成運(yùn)放的線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用等。

此外，學(xué)習(xí)并制作完以上的四大項(xiàng)目后，要求學(xué)生在若干設(shè)計(jì)題目中選擇一個(gè)作為本課程的課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、PCB板制作、器件的購(gòu)買與焊接、電路的調(diào)試與運(yùn)行，寫出制作文檔，并對(duì)整個(gè)制作過(guò)程進(jìn)行陳述與答辯。

四、模擬電子技術(shù)教學(xué)方式方法的改革

模擬電子技術(shù)的教學(xué)很多高校還是采用純理論教學(xué)方法，使得理論脫離實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥，缺少興趣與動(dòng)力，教師教學(xué)滿堂灌，事倍功半，效果不佳。采用BOPPPS的教學(xué)模型教學(xué)并使用LBD的教學(xué)方法，采用這樣的教學(xué)方法的改革會(huì)使教學(xué)效果明顯提高。

1.BOPPPS的教學(xué)模型。BOPPPS是將一堂完整的課程教學(xué)分成六個(gè)階段，依序?yàn)榕?導(dǎo)言（Bridge-in）階段、學(xué)習(xí)目標(biāo)/結(jié)果（Objective/Outcome）階段、先測(cè)（Pre-assessment）階段、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）階段、后測(cè)（Post-assessment）階段和摘要/總結(jié)（Summary）階段。endprint

2.LBD的教學(xué)方法。所謂LBD的教學(xué)方法，即學(xué)中做（Learning-By-Doing）。以下即對(duì)LBD教學(xué)方式在模擬電子技術(shù)中的基本共射放大電路的教學(xué)作一個(gè)案例，整個(gè)案例分為四步。

（1）原理講述。首先是引入分壓式偏置穩(wěn)定電路的意義和重要性；然后講述電路構(gòu)成及各器件的作用，并與固定偏置電路進(jìn)行比較；依次進(jìn)行電路的靜態(tài)分析及靜態(tài)工作點(diǎn)的分析計(jì)算；最后進(jìn)行電路的動(dòng)態(tài)分析，通過(guò)微變等效電路計(jì)算電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)。

（2）仿真實(shí)驗(yàn)。以下僅對(duì)分壓式偏置穩(wěn)定電路的電壓放大倍數(shù)Au進(jìn)行仿真。圖1為繪制的分壓式偏置穩(wěn)定電路仿真原理圖，圖2和圖3分別對(duì)其輸入輸出波形進(jìn)行虛擬示波器仿真觀看。

從輸入輸出的波形可以看出，輸入信號(hào)的幅值為：uim=2Div×2mv/Div=4mv，輸出信號(hào)的幅值約為：uom=1.6Div×200mv=320mv，并且輸出波形與輸入波形倒相，因此放大倍數(shù)約為-80倍。

（3）實(shí)物制作。仿真完成后，要求學(xué)生根據(jù)仿真原理圖繪制PCB板，PCB版電路圖如圖4所示，然后購(gòu)買元器件并焊接進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行。最終做出共射放大電路的實(shí)物，如圖5所示。

（4）學(xué)習(xí)總結(jié)。要求學(xué)生對(duì)原理學(xué)習(xí)、電路仿真和實(shí)物制作進(jìn)行總結(jié)。同時(shí)教師對(duì)學(xué)生的仿真和實(shí)物制作的效果進(jìn)行評(píng)判記載，作為過(guò)程性學(xué)習(xí)成績(jī)。

五、模擬電子技術(shù)考核方式的改革

為進(jìn)一步深入推進(jìn)課程考核評(píng)價(jià)方式改革工作，并以此深入推進(jìn)XX學(xué)校的“五大教學(xué)改革”?？己朔绞揭獜募兝碚摰脑嚲砜荚囅?qū)W生的能力考核轉(zhuǎn)變，增加過(guò)程性考核的權(quán)重，削弱期末考試的權(quán)重；增加能力考核的權(quán)重，削弱理論考試的權(quán)重。針對(duì)模擬電子技術(shù)課程，為進(jìn)一步提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、學(xué)習(xí)遷移能力和動(dòng)手能力為目的，改變?cè)锌荚嚪绞?，即加重學(xué)生的過(guò)程學(xué)習(xí)考核權(quán)重和加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力的考核為主。課程總成績(jī)由以下四個(gè)模塊構(gòu)成：期末理論考試占40%；課程設(shè)計(jì)實(shí)物制作占20%（學(xué)生要答辯并提供制作報(bào)告）；四個(gè)項(xiàng)目的過(guò)程性檢測(cè)占30%；平時(shí)作業(yè)占10%。

六、總結(jié)

本文以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)，在模擬電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的組織上提出了項(xiàng)目制，并理論聯(lián)系實(shí)際地涵蓋了模擬電子技術(shù)的所有基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識(shí)；在模擬電子技術(shù)教學(xué)方式、方法的改革上提出了BOPPPS教學(xué)模型的課堂應(yīng)用并結(jié)合LBD教學(xué)方法，使學(xué)生在趣味中學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”的一體化；針對(duì)現(xiàn)有考核內(nèi)容的局限性和考核方式、方法的單一性提出了注重學(xué)生工程技術(shù)能力和注重學(xué)生過(guò)程性學(xué)習(xí)效果的過(guò)程性考核為重點(diǎn)，減少期末結(jié)果性考核的權(quán)重。經(jīng)過(guò)近兩年本人在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)的改革實(shí)踐證明，學(xué)生學(xué)習(xí)效果有了明顯提高，教師教學(xué)也事半功倍。

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