基于工程理念的“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)

閆慧蘭， 馮士維， 雷 飛

(北京工業(yè)大學(xué) 電子信息與控制工程學(xué)院， 北京 100124)

基于工程理念的“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)

閆慧蘭， 馮士維， 雷 飛

(北京工業(yè)大學(xué) 電子信息與控制工程學(xué)院， 北京 100124)

“模擬電子技術(shù)”是電子信息類各專業(yè)必修的基礎(chǔ)平臺(tái)課程。為了提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力，本文就如何基于工程理念展開(kāi)教學(xué)，從課程教材編寫(xiě)、教學(xué)模式及考核方式等方面進(jìn)行了切實(shí)可行的改革。

工程理念；模擬電子技術(shù)；教學(xué)改革

“模擬電子技術(shù)”是電子信息類各專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為了在該課程的教學(xué)中滲透工程理念，貫徹“工程化訓(xùn)練為主線，寬口徑人才培養(yǎng)”的“大類培養(yǎng)”思想，我院“模擬電子技術(shù)”課程組從教材編寫(xiě)、教學(xué)模式及考核方式等方面進(jìn)行了切實(shí)可行的改革。

1 以工程案例為背景的教材建設(shè)

現(xiàn)行的“模擬電子技術(shù)”教材有數(shù)十種之多，雖各有千秋，但均大同小異，它們共同的不足之處在于工程背景和實(shí)際案例的缺失。教材中理論知識(shí)過(guò)于瑣碎繁雜，大量的理論推導(dǎo)，容易使學(xué)生感到枯燥乏味；由于缺少工程實(shí)際應(yīng)用電路的案例，學(xué)生很難體會(huì)到某一電路在實(shí)際中的具體應(yīng)用，不了解其工程背景及應(yīng)用場(chǎng)合，自然容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，遇到實(shí)際電路的設(shè)計(jì)還是無(wú)從下手。這有悖于“模擬電子技術(shù)”課程培養(yǎng)目標(biāo)。為此，課程組在具有豐富教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教授親自帶領(lǐng)下，初步完成了新教材的建設(shè)[1]。

新編教材本著以培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的目的，在保持傳統(tǒng)教材的主體內(nèi)容和基本理論的基礎(chǔ)上，以產(chǎn)品案例、應(yīng)用實(shí)例為導(dǎo)引，以電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)模擬電子電路的要求為主體，以工程應(yīng)用為目的，設(shè)計(jì)新教材的框架，安排各章節(jié)內(nèi)容展開(kāi)教學(xué)。

教材的基本框架及章節(jié)安排如圖1所示：

(1)以工程案例為導(dǎo)引，這是新教材亮點(diǎn)之一。

圖1 教材的基本框架及章節(jié)安排

在緒論中，從工程案例的總體要求出發(fā)，以框圖的形式給出工程案例的組成，對(duì)工程案例的原理、主要性能指標(biāo)，要涉及的單元電路及電路的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合都做了概括介紹，即“先全景展示，先見(jiàn)森林”。工程案例的選擇以突出案例的典型性、擴(kuò)展性和先進(jìn)性為原則，新教材中精選了擴(kuò)音機(jī)、直流穩(wěn)壓電源和信號(hào)發(fā)生器等工程案例。

(2)主體內(nèi)容的展示，是對(duì)案例所涉及的單元電路的具體描述和深入解析，即“由全景到特寫(xiě)，由森林到樹(shù)木”，對(duì)模擬電路的主體內(nèi)容漸進(jìn)式展開(kāi)[2]。新教材在內(nèi)容處理上做了較大的改進(jìn)和創(chuàng)新，各單元電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)都力圖接近實(shí)際電路，而非以原理電路呈現(xiàn)；簡(jiǎn)化了繁瑣的理論推導(dǎo)，而是以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，突出電路的應(yīng)用背景；在主體內(nèi)容基礎(chǔ)上增加新內(nèi)容，例如電壓增益控制、電流模集成運(yùn)算放大器等。

(3)電路的實(shí)際應(yīng)用，主要內(nèi)容包括模擬電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、調(diào)試、故障診斷和排除以及模擬電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例等，是對(duì)工程案例的具體設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程的描述。應(yīng)用實(shí)例包括音響電路、自動(dòng)增益控制放大電路、低噪聲放大電路、電源電路、電子心音聽(tīng)診電路、電容容量測(cè)試電路和溫度控制系統(tǒng)電路等，幾乎涵蓋電氣類各專業(yè)領(lǐng)域。這部分是現(xiàn)行教材中普遍缺失的內(nèi)容，而恰恰最能體現(xiàn)課程的工程實(shí)踐性?？梢哉f(shuō)該內(nèi)容是新教材的又一創(chuàng)新點(diǎn)。突出體現(xiàn)了新教材旨在提高工程實(shí)踐能力的根本目的。

2 以工程案例為導(dǎo)引展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)

新教材強(qiáng)調(diào)“以工程案例為背景”，突出模擬電子技術(shù)的工程實(shí)踐性，目標(biāo)是在掌握基本理論的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。顯然，過(guò)去教師為主體，以教師講學(xué)生聽(tīng)為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式，已不適用于當(dāng)下學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高。需要在教學(xué)模式、考核方式上進(jìn)行跟進(jìn)改革。

1)教學(xué)場(chǎng)所的變革

以往的“模擬電子技術(shù)”課程，教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)基本理論和基本分析方法的掌握，教學(xué)的主要場(chǎng)所就是教室，教學(xué)中鮮見(jiàn)工程案例，學(xué)生很難系統(tǒng)地把握模擬電子技術(shù)的精髓。將工程案例有機(jī)融入課堂教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容的展開(kāi)必須遵循電子電路的設(shè)計(jì)流程，即先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總體需求分析，然后逐步推進(jìn)展開(kāi)教學(xué)，對(duì)案例所用電路進(jìn)行剖析，做詳細(xì)描述與論證，最終由學(xué)生來(lái)確定合適的方案，設(shè)計(jì)出電路，進(jìn)而驗(yàn)證電路的可行性。很顯然，教學(xué)場(chǎng)所僅局限在教室是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，首當(dāng)其沖的就是擴(kuò)大教學(xué)陣地，由教室擴(kuò)充到實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)訓(xùn)基地，并進(jìn)一步拓寬到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所；由在作業(yè)本上的“紙上談兵”延伸到在試驗(yàn)臺(tái)上“真刀實(shí)槍”的演練。 實(shí)實(shí)在在將課堂知識(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用。

2)教學(xué)手段多樣化，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

將工程實(shí)際案例引入教學(xué)，關(guān)鍵是要解決好基本理論知識(shí)與實(shí)際工程應(yīng)用的有機(jī)融合，因此在教學(xué)方法和手段上，一定要多樣化，充分發(fā)揮各種教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)，博采眾長(zhǎng)。

多媒體課件和板書(shū)相結(jié)合的方式，已普遍運(yùn)用在各門(mén)課程的教學(xué)中。板書(shū)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)是：板書(shū)具有制作與呈現(xiàn)同步的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)更改比較方便，教師邊講邊寫(xiě)，學(xué)生邊聽(tīng)邊想邊記，有利于啟發(fā)學(xué)生的思維，容易在師生之間形成共鳴。教師在講新內(nèi)容時(shí)，可將前期內(nèi)容保留在黑板上，加強(qiáng)了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的銜接和對(duì)知識(shí)整體的把握。多媒體教學(xué)的突出優(yōu)點(diǎn)是：直觀性強(qiáng)，所展示的內(nèi)容形象、生動(dòng)，給人較強(qiáng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)沖擊，容易激發(fā)學(xué)生興奮點(diǎn)，尤其是某些比較難用語(yǔ)言描述的概念或者復(fù)雜的演變過(guò)程，用多媒體就顯得游刃有余。實(shí)踐證明，多媒體課件和板書(shū)合理配合使用，對(duì)“模擬電子技術(shù)”基本理論及基本分析方法的掌握，能起到事半功倍的效果。

計(jì)算機(jī)仿真軟件的出現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)演示進(jìn)入課堂教學(xué)成為可能，關(guān)鍵性地解決了理論講解和實(shí)驗(yàn)演示的有機(jī)結(jié)合。利用仿真軟件豐富的元器件庫(kù)和測(cè)試儀器，以及完備的電路分析方法，教師在課堂上根據(jù)內(nèi)容需要，借助于仿真軟件直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，并可以任意修改電路參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果立竿見(jiàn)影，實(shí)現(xiàn)課堂講解與實(shí)驗(yàn)演示同步，提升了教學(xué)效果。

從工程應(yīng)用角度講，電路仿真是電子產(chǎn)品(電路)設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。按照電子產(chǎn)品(電路)的設(shè)計(jì)原則，大致遵循以下步驟：①方案論證及確定；②方案驗(yàn)證和參數(shù)確定；③搭建實(shí)際電路及調(diào)試。而其中的方案驗(yàn)證和參數(shù)確定，正是借助于計(jì)算機(jī)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，在“模擬電子技術(shù)”課堂教學(xué)中，引入計(jì)算機(jī)仿真對(duì)學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)是一種有效的教學(xué)手段。例如放大路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析；電路參數(shù)變化對(duì)性能指標(biāo)的影響；放大電路的失真分析；放大電路頻率特性；功率放大電路交越失真及消除以及信號(hào)產(chǎn)生電路等內(nèi)容，采用仿真實(shí)驗(yàn)演示與教師講解同步并行的方式，生動(dòng)形象，教師和學(xué)生之間形成高度緊密的互動(dòng)交流。并且，實(shí)驗(yàn)演示的過(guò)程，也是電路測(cè)試、調(diào)試方法不斷訓(xùn)練的過(guò)程，為學(xué)生進(jìn)一步設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)際電路，將理論轉(zhuǎn)換成應(yīng)用能力打下良好的基礎(chǔ)。

3)考核方式多元化

以往的考核，基本上采用平時(shí)成績(jī)(主要是作業(yè)、出勤)和期末的閉卷考試各占一定比例的方式，但無(wú)論是平時(shí)作業(yè)還是期末閉卷考試，都是對(duì)基本理論知識(shí)的考核，是對(duì)已知電路的分析計(jì)算，依然是“紙上談兵”。沒(méi)有體現(xiàn)出對(duì)工程實(shí)訓(xùn)能力的考核，因此，為了全面考核教學(xué)效果，有必要調(diào)整理論和實(shí)訓(xùn)能力的分值權(quán)重，適當(dāng)減少理論考核的比例，增加電路設(shè)計(jì)及調(diào)試等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容考核，并適度加大其考核權(quán)重比例。理論考核采用期末閉卷和平時(shí)小測(cè)開(kāi)卷相結(jié)合的方式；實(shí)訓(xùn)能力的考核采用大作業(yè)或論文的形式，側(cè)重于電路設(shè)計(jì)調(diào)試等實(shí)際能力的考核?？紤]到學(xué)生能力的差異性，題目的設(shè)計(jì)要多樣化，范圍盡量寬泛，并按照題目的難易程度設(shè)置不同分值，這樣既能起到對(duì)所有學(xué)生能力訓(xùn)練的目的，同時(shí)又能激勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生挑戰(zhàn)較難較綜合的題目，為其能力的提升提供更廣闊的空間[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

在“大類培養(yǎng)”模式下，將更寬泛的知識(shí)納入培養(yǎng)體系，強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程素養(yǎng)和實(shí)際能力的培養(yǎng)。這意味著對(duì)教師的綜合素質(zhì)和實(shí)際工程能力提出了更高的要求，教師必須站在“系統(tǒng)”的高度，充分了解和把握模擬電子技術(shù)在各專業(yè)的最新發(fā)展和應(yīng)用。另一方面學(xué)生必須轉(zhuǎn)換思維方式，由慣有的“數(shù)學(xué)思維”向“工程思維”轉(zhuǎn)換。能力的培養(yǎng)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，不能一蹴而就，學(xué)生需要腳踏實(shí)地，投入更多的精力和時(shí)間，求真務(wù)實(shí)。

[1] 閆慧蘭，孫景祺，雷飛. 以工程案例為背景的模擬電子技術(shù)教材建設(shè)[C] .電子電氣課程報(bào)告論壇論文集2013 .北京：高等教育出版社，2013:109-111。

[2] 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M] .第四版.北京：高等教育出版社,2006年5月。

[3] 張凱利，何召蘭.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)改革考核方式的改革實(shí)踐[J] .南京：電氣電子教學(xué)研究.2014，36(1):92-93

Teaching on the Analog Electronic Technique based on Project ideas

YAN Hui-lan，F(xiàn)ENG Shi-wei，LEI Fei

(CollegeofElectronicInformation&ControlEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China)

Analog Electronic Technology is a required and basic course for electronic and information majors. In order to improve the students' engineering qualities and practical ability .The article gives a series of feasible reform and research how to teaching based on project ideas ,such as compiling new textbook, reforming the mode of teaching and examination.

project Ideas；analog electronic technique ；teaching reform

2015-07-01;

2015-10- 12

北京市高等學(xué)校教育教學(xué)改革項(xiàng)目(編號(hào)：2013-ZD08)，北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目，(編號(hào)：ER2013C10)

閆慧蘭(1965-)，女，碩士，副教授，主要從事模擬電子技術(shù)的教學(xué)與研究，E-mail:yanh65@bjut.edu.cn

G642.0

A

1008-0686(2016)03-0052-03