物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的模擬電子技術(shù)教學(xué)改革與實(shí)踐

漆 顥，王 艷，胡 敏

（湖北中醫(yī)藥大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430065）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在5G時代的重要性愈發(fā)凸顯。在新工科背景下，物聯(lián)網(wǎng)賦能健康管理、醫(yī)療服務(wù)、藥品流通、醫(yī)藥裝備制造等領(lǐng)域，正推動醫(yī)藥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速、數(shù)字健康產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，人才需求旺盛。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)已被列入國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要，智慧家居、智慧城市、智慧醫(yī)院、無人駕駛、人臉識別等都與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)息息相關(guān)，這方面的人才需求十分旺盛。隨著萬物互聯(lián)時代的到來，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才需求將不斷擴(kuò)大。

湖北中醫(yī)藥大學(xué)作為湖北省唯一一所高等中醫(yī)藥本科院校，于2016年在信息工程學(xué)院開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)并開始招生，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)普遍面臨的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特色、課程交叉融合等挑戰(zhàn)，結(jié)合本單位在辦學(xué)過程中形成的中醫(yī)藥信息學(xué)優(yōu)勢和特色，緊扣醫(yī)藥行業(yè)和產(chǎn)業(yè)變革對于新工科建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求，以設(shè)立培養(yǎng)具有醫(yī)藥學(xué)特色物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才為目標(biāo)。模擬電子技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)十分重要。該課程實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的動手能力。新開課程在近年來遇到了許多問題亟需解決，故對模擬電子技術(shù)課程進(jìn)行改革與實(shí)踐十分必要且有意義。

1 教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)

模擬電子技術(shù)在湖北中醫(yī)藥大學(xué)信息工程學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案中開設(shè)在第三學(xué)期，前期的課程包括大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)，并未開始電路基礎(chǔ)課程。因此本課程的教學(xué)內(nèi)容包含電路分析和模擬電子技術(shù)兩部分。電路分析部分包括：電路的基本概念與基本定律，即直流電路、正弦交流穩(wěn)態(tài)電路分析、暫態(tài)電路分析等；模擬電子技術(shù)主要討論模擬電路的基本概念和基本分析方法，即半導(dǎo)體器件和常用電路，著重討論集成電路外特性與應(yīng)用，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)其他專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，需要達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo)：

（1）知識目標(biāo)，即通過電路與模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)，要求學(xué)生能夠熟練掌握電路分析的基本理論和常用分析方法。掌握二極管、三極管的特性及放大電路。重點(diǎn)掌握集成電路的外特性及基本工作原理和應(yīng)用電路。掌握電路與模擬電路的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐技能，并了解本課程在生產(chǎn)實(shí)踐中的相關(guān)應(yīng)用。

（2）能力目標(biāo)，即通過電路與模擬電子技術(shù)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握本專業(yè)所必須具備的電路基本概念、基本規(guī)律和基本方法，訓(xùn)練基本的實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)、數(shù)字電路、傳感器等后續(xù)課程及從事實(shí)際工作和科學(xué)研究做必要的準(zhǔn)備。本課程在培養(yǎng)學(xué)生分析、解決電路和電子線路問題的能力等方面具有重要作用。

2 教學(xué)改革與實(shí)踐

為適應(yīng)醫(yī)學(xué)院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，提升學(xué)生的核心競爭力，后續(xù)需要開設(shè)更多的專業(yè)課程。模擬電子技術(shù)從剛開始設(shè)立的總72學(xué)時減少到48學(xué)時，分別是理論40學(xué)時，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時。關(guān)于本校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生前期預(yù)備知識的調(diào)查，通過與該班的班主任、前任教師、班委以及個別同學(xué)的交流，了解到該專業(yè)學(xué)生來自全國各個省市，均屬理科高考生，大多數(shù)人對電路有一定的興趣。在學(xué)習(xí)能力方面，該班學(xué)生的分析推理能力較強(qiáng)。授課對象為大二學(xué)生，這些學(xué)生已經(jīng)完成了大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)，具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)。因此，在電路基礎(chǔ)部分，選出最基本的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)闌述，確保學(xué)生掌握電路的基本原理和電路基本分析方法，為后續(xù)模擬電子技術(shù)和數(shù)字邏輯部分的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在模擬電子技術(shù)部分的授課過程中，應(yīng)突出集成電路的應(yīng)用，將難點(diǎn)分散，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對于該部分基本概念、基本原理的理解，以及基本分析方法的掌握與應(yīng)用，減少不必要或復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

對于模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)部分，由原先的運(yùn)用模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱調(diào)整為借助計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)，利用仿真軟件理解和加深所學(xué)知識。利用虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的大勢所趨，特別是近幾年由于新冠疫情的出現(xiàn)，教師進(jìn)行線上教學(xué)，理論課程的線上授課基本能夠滿足教學(xué)需求，但在實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉時期無法正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，往年需等學(xué)生返校后補(bǔ)做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但延遲實(shí)驗(yàn)的弊端在于達(dá)不到理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合所要求的教學(xué)效果，學(xué)生對于相關(guān)知識點(diǎn)的理解也不會很透徹。除此之外，實(shí)驗(yàn)室的儀器使用周期較長，部分實(shí)驗(yàn)儀器出現(xiàn)老化及損壞，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成功率降低，效率降低。而利用仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以不受地點(diǎn)和時間的限制，學(xué)生可以在個人電腦上安裝軟件，隨時進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，且次數(shù)不限，也不會出現(xiàn)損壞及老化現(xiàn)象，成本低，容錯率高。仿真軟件的另一個優(yōu)勢就是將實(shí)驗(yàn)室引入課堂，仿真軟件類似一個虛擬實(shí)驗(yàn)室，將理論與實(shí)踐相結(jié)合不僅能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也有助于學(xué)生對理論知識的理解。在課堂講授的同時，利用軟件仿真，通過理論與仿真結(jié)果比較，可以加深學(xué)生對該知識點(diǎn)的認(rèn)識。此舉不僅解決了有限的課時和需要大量實(shí)驗(yàn)學(xué)時之間的矛盾，更有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，利用自己的課余時間完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。

在講解模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)部分時，加入比賽（如全國大學(xué)生競賽藍(lán)橋杯等）相關(guān)內(nèi)容的介紹，使學(xué)生了解比賽規(guī)則及內(nèi)容，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以賽促學(xué)，同時對于教師自身也具有以賽促教的效果，便于教師補(bǔ)充相關(guān)知識。

3 教學(xué)改革成果的應(yīng)用及成效

模擬電子技術(shù)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生來說這門課程十分重要，學(xué)校選擇的教材是電子工業(yè)出版社出版的《電路與模擬電子技術(shù)》，該教材包含電路和模擬電子技術(shù)兩部分，還帶有習(xí)題冊及仿真實(shí)驗(yàn)部分。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，學(xué)生面對復(fù)雜的電路圖會感到枯燥和無趣，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過以上改革與實(shí)踐，可以充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性、積極性和創(chuàng)造性，提高教師的課堂教學(xué)效率。目前，網(wǎng)上的教學(xué)資源非常豐富，教會學(xué)生如何利用好網(wǎng)絡(luò)資源，也是當(dāng)前高等院校教學(xué)改革的關(guān)鍵所在，虛擬仿真技術(shù)發(fā)揮了其巨大優(yōu)勢，促進(jìn)了信息技術(shù)與課程的整合，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和辨證能力。該模式打破了傳統(tǒng)講授模式，以重、難點(diǎn)為教學(xué)核心，教師圍繞核心進(jìn)行講解；突破教材范圍，教師合理結(jié)合現(xiàn)代研究成果進(jìn)行講授；注重師生互動，努力創(chuàng)造活躍的課堂氛圍。通過改革，可以使模擬電子技術(shù)的理論教學(xué)真正服務(wù)于模擬電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，真正做到理論與實(shí)踐操作相結(jié)合，做到以學(xué)生職業(yè)發(fā)展為中心，以設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性為主。鼓勵物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生參加電子類全國大學(xué)生競賽，學(xué)生利用競賽提高知識儲備，教師通過競賽補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié) 語

模擬電子技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，將該課程分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。通過近些年對該門課程的改革與實(shí)踐，利用多媒體與課堂板書的模式進(jìn)行理論教學(xué)可以幫助學(xué)生理解本門課的基本概念和原理。實(shí)驗(yàn)部分采用虛擬仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，并指導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)競賽，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時提高了學(xué)生的動手實(shí)踐能力，以賽促學(xué)和以賽促教的方式對于理工類且需實(shí)驗(yàn)的相關(guān)課程也同樣具有良好的借鑒作用。