新時(shí)代“模擬電子線路”教學(xué)改革探索

陳紅梅 王曉蕾 尹勇生 孟煦

關(guān)鍵詞：模電;新時(shí)代;人才培養(yǎng);教學(xué)改革

一、緒論

集成電路作為現(xiàn)代信息社會(huì)的基礎(chǔ)以及電子系統(tǒng)的核心，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展具有重要作用。但是，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)起步晚，核心關(guān)鍵器件和高端電路設(shè)計(jì)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平有明顯差異。模擬電子線路課程作為電子信息、通信、電氣及自動(dòng)化等信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，重要性不言而喻。為適應(yīng)當(dāng)前國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)人才的需要，聚焦國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，模擬電子線路課程需要進(jìn)行改革，以適應(yīng)新時(shí)代人才培養(yǎng)需求。目前的教學(xué)改革方法，很多教學(xué)方法是從進(jìn)行改革人手，通過更加豐富的教學(xué)手段來提升教學(xué)效果的，比如圍繞一個(gè)電路問題開展的問題驅(qū)動(dòng)方法，以完成一個(gè)教學(xué)任務(wù)為驅(qū)動(dòng)方式的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，以完成一個(gè)完整項(xiàng)目設(shè)計(jì)的項(xiàng)目教學(xué)法等。通過教學(xué)方法的改革，在幫助同學(xué)們掌握這門課程的同時(shí)，希望激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，為未來從事這個(gè)專業(yè)的工作打好基礎(chǔ);但僅僅進(jìn)行教學(xué)方法改革還不夠，教學(xué)內(nèi)容也需要結(jié)合當(dāng)代技術(shù)發(fā)展進(jìn)行革新;當(dāng)代大學(xué)生獲取知識(shí)的渠道非常多，對(duì)新知識(shí)的渴望和接受程度比以往多大，因此現(xiàn)有的課程教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求;同時(shí)，現(xiàn)代大學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和接收程度也更之前的學(xué)生不太一樣，對(duì)模電知識(shí)的學(xué)習(xí)不再僅限課堂，這些變化都給模擬電子線路課程的教學(xué)帶來新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，為了順應(yīng)國(guó)內(nèi)集成電路的發(fā)展，我國(guó)急需的集成電路人才不僅需要扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更需要一定實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此課程需要建立一種多層次多手段的教學(xué)體系，以培養(yǎng)適合國(guó)家未來發(fā)展需要的新型高素質(zhì)人才。為此，很多學(xué)者提出產(chǎn)教融合、多維度考核等。本人從事模擬電子學(xué)線路教學(xué)五六年，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)了很多問題，比如學(xué)生反映知識(shí)抽象難懂，沒有學(xué)習(xí)興趣，不知道這門課程學(xué)習(xí)的意義在哪，不知道如何學(xué)習(xí)這門課程等諸多問題。針對(duì)這些問題，我們也在積極的思考和改變，現(xiàn)從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核三個(gè)方面探討如何充分提高學(xué)生學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，同時(shí)又能夠發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，以適合新時(shí)代需要的集成電路創(chuàng)新人才的教育需求。

二、教學(xué)改革思路要點(diǎn)

（一）構(gòu)建“知識(shí)、能力和恩政”一體的教學(xué)目標(biāo)

作為整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的綱領(lǐng)，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定必須與培養(yǎng)人才的規(guī)格匹配，要培養(yǎng)什么類型的人才，必然要求什么樣的教學(xué)目標(biāo)與之對(duì)應(yīng)。合肥工業(yè)大學(xué)以培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才為總目標(biāo)，當(dāng)前全球集成電路產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)變革時(shí)期，信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，如何培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)需要的高素質(zhì)人才是教學(xué)目標(biāo)需要考慮的重點(diǎn)?，F(xiàn)有模擬電子技術(shù)課程的傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定側(cè)重于培養(yǎng)基礎(chǔ)電路線路知識(shí)，但是由于課程理論知識(shí)抽象，教學(xué)內(nèi)容多，電路分析復(fù)雜，導(dǎo)致很多學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很弱，更不談主動(dòng)學(xué)習(xí)，導(dǎo)致教學(xué)效果差。因此，需要探索研究面向高素質(zhì)應(yīng)用型人才的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，即是，既需要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行興趣引導(dǎo)。本文提出課程教學(xué)目標(biāo)可以分為三方面，一是課程知識(shí)目標(biāo)，需要掌握半導(dǎo)體器件的特性，掌握基本放大電路分析方法，學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)際應(yīng)用單元電路的測(cè)試、調(diào)試及排除故障的方法，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子電路設(shè)計(jì)方面的知識(shí);二是課程能力目標(biāo)，能熟練識(shí)別和檢測(cè)電子器件，并掌握基本電子器件的使用方法，能分析一般電子線路的工作過程，具有一定的電子線路設(shè)計(jì)能力;三是課程思政目標(biāo)，通過課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，一方面激發(fā)大家的學(xué)習(xí)興趣，另一方面也引導(dǎo)同學(xué)們積極思考、努力創(chuàng)新。以直流電源教學(xué)內(nèi)容為例，知識(shí)目標(biāo)為掌握直流穩(wěn)壓電源的組成和技術(shù)指標(biāo)，掌握三端集成穩(wěn)壓器的選型及應(yīng)用電路;能力目標(biāo)為能夠讀懂和繪制幾種典型直流穩(wěn)壓電路圖，能對(duì)直流穩(wěn)壓電路常見故障做出正確判斷維修。為了讓大家很好掌握直流電源的結(jié)構(gòu)和工作原理，我們可以采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的小組討論學(xué)習(xí)模式，讓同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)室搭建直流電源電路，并利用示波器直觀的觀察信號(hào)的變化過程，激發(fā)同學(xué)們主動(dòng)思考和團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)。同時(shí)，幫助學(xué)生建立科技改變生活，科技改變世界的人生價(jià)值觀，利用技術(shù)，誠(chéng)實(shí)勞動(dòng)，為社會(huì)做貢獻(xiàn)。

（二）“基礎(chǔ)與應(yīng)用相融合”的教學(xué)內(nèi)容

模擬電子線路課程主要內(nèi)容包括半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、基本放大電路、負(fù)反饋放大電路、集成運(yùn)算放大器等基礎(chǔ)知識(shí)，然后過渡到信號(hào)產(chǎn)生與變換電路、直流穩(wěn)壓電源、模擬電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。從內(nèi)容安排來看，遵循“先器件后電路，先小信號(hào)后信號(hào)，先基礎(chǔ)后應(yīng)用”的規(guī)律。因此對(duì)于初學(xué)者來講，打好基礎(chǔ)顯得尤為重要。具體來講，如果是簡(jiǎn)單基礎(chǔ)應(yīng)用，會(huì)涉及器件的了解，則需要了解器件的基本構(gòu)造和原理;如果是中級(jí)的硬件系統(tǒng)應(yīng)用，則會(huì)涉及器件的選擇，就需要了解器件的參數(shù)和工作狀態(tài);如果更高級(jí)的片上系統(tǒng)應(yīng)用，需要根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選擇合適的器件和設(shè)計(jì)合適的電路結(jié)構(gòu)。集成電路知識(shí)發(fā)展日新月異，因此本課程既是專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容也是要隨著專業(yè)技術(shù)地快速發(fā)展，需要注入新的血液來滿足培養(yǎng)創(chuàng)新人才要求的課程。在教學(xué)活動(dòng)中，我們根據(jù)集成電路技術(shù)的特點(diǎn)，秉持“基礎(chǔ)與應(yīng)用融合”的理念，針對(duì)課程中的教學(xué)重點(diǎn)，都會(huì)列舉案例來幫助同學(xué)們理解和掌握。以高性能運(yùn)算放大器為例，運(yùn)算放大器幾乎是所有電子系統(tǒng)都需要的電子器件，早期，運(yùn)放主要用來完成模擬信號(hào)的各種運(yùn)算，而現(xiàn)在運(yùn)放在各類混合信號(hào)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。以傳感器應(yīng)用為例，在數(shù)據(jù)采集前端，最重要的模塊就是運(yùn)算放大器構(gòu)成的調(diào)理電路，它需要將采集的微弱信號(hào)進(jìn)行分辨和放大，然后輸出給后端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行數(shù)字化處理，因此它需要滿足低噪聲、低失調(diào)、高增益等要求。同時(shí)，在學(xué)習(xí)過程中，也需要根據(jù)學(xué)生的反饋情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并把教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納分類，說明需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)和一般掌握的知識(shí)。例如晶體管的電容特性學(xué)習(xí)中，因此只需要同學(xué)們定性分析電容的形成原理，并不需要進(jìn)行定量的分析計(jì)算;復(fù)雜的公式推導(dǎo)過程不做重點(diǎn)要求，只需要掌握公式的意義及其應(yīng)用，通過對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理，可以幫助初學(xué)者盡快了解知識(shí)框架，為有針對(duì)性的復(fù)習(xí)做好準(zhǔn)備。也可以針對(duì)課程內(nèi)容，讓同學(xué)們平時(shí)復(fù)習(xí)有很好的方向。最后，將課程知識(shí)與生活實(shí)際相結(jié)合，解決學(xué)生不知道為什么而學(xué)的困惑，達(dá)到提升學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。

（三）適合“新時(shí)代人才特點(diǎn)”的教學(xué)方法

在教學(xué)改革過程中，教師應(yīng)該思考如何通過教學(xué)方法的改變，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的自動(dòng)學(xué)習(xí)精神、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對(duì)00后大學(xué)生的所需求呈現(xiàn)出的個(gè)性化、多維度、易變化的特點(diǎn)，我們首先要做好學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣引導(dǎo)采取多樣有效的教學(xué)方式方法，提供更多的教學(xué)互動(dòng)機(jī)會(huì)讓同學(xué)們參與到教學(xué)過程中。同時(shí)，在模電課程的學(xué)習(xí)過程中，電路實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)?？梢园l(fā)現(xiàn)，同學(xué)們對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常感興趣的，但是現(xiàn)有很多實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生多數(shù)都是依照已有的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，留給學(xué)生主動(dòng)思考的空間比較少，而且實(shí)驗(yàn)課時(shí)也非常有限，導(dǎo)致很多學(xué)生認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)根本不重要，也學(xué)不到什么知識(shí)，實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。因此，教師應(yīng)當(dāng)改變這種傳統(tǒng)方式，給學(xué)生創(chuàng)造單獨(dú)思考的空間，鼓勵(lì)學(xué)生多去嘗試。同時(shí)，課程學(xué)習(xí)的知識(shí)是非常有限的，為了開闊學(xué)生的視野，可以在重點(diǎn)知識(shí)引入環(huán)節(jié)引入打造了“課程思政之我見”等一系列活動(dòng)并融入課程考核內(nèi)容。通過具體的案例來幫助同學(xué)們理解和掌握知識(shí)點(diǎn)，比如集成電路工藝國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，高端ADC模擬器件國(guó)內(nèi)外差距等。對(duì)于通用性的集成運(yùn)放，例如uA741，LM324等，目前我們已經(jīng)有設(shè)計(jì)和制造的能力，但是對(duì)于高速應(yīng)用領(lǐng)域，我們的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)跟國(guó)外還是有一些差距的，因此需要同學(xué)們努力學(xué)好課堂知識(shí)。同時(shí)，鑒于電子專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們鼓勵(lì)科技競(jìng)賽活動(dòng)學(xué)生積極參加各種競(jìng)賽活動(dòng)，將課堂所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中，在提升學(xué)生能力的同時(shí)，也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解和興趣。最后，還可以聘請(qǐng)一批國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)、有實(shí)力的企業(yè)專家為學(xué)生帶來集成電路發(fā)展的專題報(bào)告，組織學(xué)生了解優(yōu)秀企業(yè)文化。讓學(xué)生清晰認(rèn)識(shí)到我們國(guó)家集成電路發(fā)展的現(xiàn)狀，激發(fā)同學(xué)們努力學(xué)習(xí)的熱情和決心，真正發(fā)揮教師既教書又育人的雙重職責(zé)。當(dāng)然，針對(duì)不同學(xué)生的不同特點(diǎn)，不斷改進(jìn)教學(xué)方式，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生揚(yáng)長(zhǎng)避短，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能夠更加全面深刻地掌握所學(xué)知識(shí)。

（四）構(gòu)建“多元化”的教學(xué)考核方式

教學(xué)考核是作為課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，可以反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和老師的教學(xué)情況。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)課程傳統(tǒng)的考核比較單一，主要以期末考試成績(jī)?yōu)橹?，而且注重筆試忽略實(shí)踐操作。這樣的后果是，很多同學(xué)靠記憶完成考試，學(xué)完就把知識(shí)給忘了，碰到實(shí)際應(yīng)用仍然不懂也不會(huì)。為了讓學(xué)生重視課程學(xué)習(xí)的每個(gè)環(huán)節(jié)，我們提出探索多種考核手段相結(jié)合的方法，比如課堂討論，設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，撰寫調(diào)研報(bào)告，鼓勵(lì)參加各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等多種方式，來提升同學(xué)們參與課程的主動(dòng)性和積極性。在考核評(píng)價(jià)上體現(xiàn)多元化，除了期中和期末考試，還包括課堂互動(dòng)，課程項(xiàng)目答辯，課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等，并有效地引入思政元素，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激勵(lì)他們快樂有效地學(xué)習(xí)。同時(shí)，結(jié)合“模擬電子技術(shù)與實(shí)踐”課程的專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，合理實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)，讓同學(xué)們積極主動(dòng)參與知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，不再采用傳統(tǒng)的死記硬背的方式來應(yīng)付考試。同時(shí)，也可以讓同學(xué)們更加近距離地去了解和掌握如何講知識(shí)學(xué)以致用。當(dāng)代社會(huì)，對(duì)人才素質(zhì)的要求是多方面，特別對(duì)于大學(xué)生，提升自己的各項(xiàng)技能以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求是極其重要的。因此，我們課程考核也需要與社會(huì)對(duì)人才需求考核接軌，通過多角度來挖掘?qū)W生的潛力，提升學(xué)生的整體素質(zhì)。

三、結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬電子線路課程教學(xué)模式已不能滿足要求。本文在當(dāng)前社會(huì)對(duì)高端集成電路應(yīng)用型人才極度需求的大背景下，對(duì)模擬電子線路的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核方式四個(gè)方面進(jìn)行了積極有益的探索，提出了模擬電子線路教學(xué)改革的幾點(diǎn)思路與方法以適應(yīng)新時(shí)代集成電路人才培養(yǎng)。