“電子電路課程設(shè)計”教學(xué)研究

石 婷，張國英，奧 頓，顧 錁

（北京工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)部，北京 100124）

一、教學(xué)目的

實驗課、課程設(shè)計和畢業(yè)實習(xí)是大學(xué)階段既相互聯(lián)系又相互區(qū)別的三大實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗課著眼于通過實驗驗證課程的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生的初步實驗技能。課程設(shè)計則是針對某一門課程的要求，對學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運用課程中所學(xué)到的理論與實踐緊密結(jié)合，獨立地解決實際問題［1］。畢業(yè)實習(xí)雖然也是一種綜合性訓(xùn)練，但它不是針對某一門課程，而是針對本專業(yè)的要求所進(jìn)行的更為全面的綜合訓(xùn)練。

“電子電路課程設(shè)計”是建立在已學(xué)的“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”課程以后，綜合運用這兩門課程所學(xué)的理論知識，實際地進(jìn)行一次課題的設(shè)計、安裝和調(diào)試［2］，其目的如下。

1.通過對電子技術(shù)的綜合運用，將學(xué)到的理論知識相互融會貫通。課程設(shè)計和平時作業(yè)是有區(qū)別的，平時作業(yè)是為了加深對課堂所講知識的理解，考查內(nèi)容較窄、訓(xùn)練第一，且是經(jīng)過抽象加工后給出的理想化的條件，因此有唯一答案。而課程設(shè)計是實際的電路裝置，涉及的知識面廣，需要綜合運用所學(xué)的知識，一般沒有固定的答案，需要從實際出發(fā)，通過調(diào)查研究、查尋資料、方案比較及設(shè)計、計算等環(huán)節(jié)、才能得到一個較理想的設(shè)計方案。更重要的是，課程設(shè)計的考查不光是停留在理論設(shè)計和書面答案上，而要做出符合設(shè)計要求的實際電路［3］。所以說，課程設(shè)計是一門知識的應(yīng)用、綜合、智力開發(fā)創(chuàng)新、工程技能訓(xùn)練、理論性和實際性極強(qiáng)的課程。

2.初步掌握一般電子電路設(shè)計的方法，使學(xué)生得到一些工程設(shè)計的初步訓(xùn)練，并為以后的畢業(yè)設(shè)計奠定良好基礎(chǔ)。

3.培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力。對設(shè)計中遇到的問題，通過獨立思考、查找工具書、參考文獻(xiàn)、尋求正確答案；對實驗中碰到的一些問題，能通過觀察、分析、判斷、改正、再實驗、再分析等基本方法去解決［4］。

4.通過課程設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、文明仔細(xì)、實事求是的科學(xué)作風(fēng)，樹立生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟(jì)觀點和全局觀點［5］。

二、設(shè)計思想

針對課程設(shè)計的重要性，學(xué)校對課程設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合大學(xué)生電子競賽的特點，對課設(shè)題目做了改進(jìn)，本課程采用類似于電子設(shè)計競賽的方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主獨立性。學(xué)生應(yīng)根據(jù)設(shè)計題目要求，進(jìn)行前期的方案設(shè)計、中期的組裝調(diào)試和后期的記錄總結(jié)。指導(dǎo)教師的主要任務(wù)是解釋題目的要求、提供基本的輔導(dǎo)答疑、提供基本的材料和環(huán)境，完成對設(shè)計結(jié)果的測試驗收。

實驗室負(fù)責(zé)提供完成設(shè)計任務(wù)的基本條件，學(xué)生可以在本課程設(shè)計過程中采用各種不同的實現(xiàn)方式，但最終的設(shè)計方案應(yīng)經(jīng)過指導(dǎo)教師的認(rèn)可，以保證在本課程設(shè)定的框架下，完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目的。學(xué)生設(shè)計制作所需要通用材料由實驗室提供，采用的特殊材料由學(xué)生自己解決，對于一些有推廣價值的設(shè)計方案，經(jīng)指導(dǎo)老師同意后，可以由實驗室解決購買材料的費用［6］。

結(jié)合前期的理論課學(xué)習(xí)和基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的理論知識和實踐能力，但在知識面、綜合性和自主性方面還需要進(jìn)一步得到加強(qiáng)。因此，安排學(xué)生分別完成一個基于數(shù)字電子技術(shù)的課題設(shè)計和一個基于模擬電子技術(shù)的課題設(shè)計。均采用多課題選作的形式，課上布置題目、自主設(shè)計、制作和調(diào)試，最終提交，通過驗收。

本課程總課時為48學(xué)時，由于課時所限，每個學(xué)生只能選作一個模擬題目和一個數(shù)字題目進(jìn)行設(shè)計。對于不能選作的課題所涉及的基本概念，教師將進(jìn)行專門的介紹和安排自學(xué)，使每個同學(xué)都能具備一定的知識和概念，不能顧此失彼。這些基本知識和概念將在考試環(huán)節(jié)加以考核。具體的課程設(shè)計案例如下所述。

1.D/A、A/D類：數(shù)字積分器和壓控階梯波發(fā)生器（見圖1），此類課程設(shè)計題目重點培養(yǎng)學(xué)生掌握壓頻轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計方法，組裝和調(diào)試方法。

圖1 數(shù)字積分器和壓控階梯波

2.電機(jī)控制類：步進(jìn)電機(jī)控制電路（見圖2）、直流電機(jī)測速，此類課程設(shè)計題目重點培養(yǎng)學(xué)生掌握電機(jī)的運動原理，調(diào)速電路和控制電路的設(shè)計方法，組裝和調(diào)試方法。為后續(xù)其他專業(yè)類實驗實踐課程打下基礎(chǔ)。

圖2 步進(jìn)電機(jī)

3.實際應(yīng)用類：人員流量計數(shù)器、自行車?yán)锍瘫?、自行車速度表（見圖3）。此類課程設(shè)計題目重點培養(yǎng)學(xué)生計數(shù)模塊、顯示模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊等電路的設(shè)計方法，組裝和調(diào)試方法。培養(yǎng)學(xué)生用書本所學(xué)知識解決實際生產(chǎn)生活問題的能力。

圖3 自行車速度表

4.放大器類：D類放大器、測量放大器、可編程放大器。此類課程設(shè)計題目重點培養(yǎng)學(xué)生放大電路模塊、可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)等電路的設(shè)計方法，組裝和調(diào)試方法。加強(qiáng)模擬電路部分的掌握和鍛煉。

5.函數(shù)發(fā)生器，正弦發(fā)生器制作、MAX038制作的函數(shù)信號發(fā)生器、DDS信號源的設(shè)計與實現(xiàn)。此類課程設(shè)計題目重點培養(yǎng)學(xué)生基于運算放大器電路構(gòu)成其他復(fù)雜多變電路的設(shè)計方法，組裝和調(diào)試方法。

6.綜合性設(shè)計題目。由學(xué)生自主提出的設(shè)計題目，要求符合本課程的設(shè)計類型，在經(jīng)過實驗室主管教師認(rèn)可后，可以作為本課程的新增題目，如基于大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計題目（數(shù)字類、模擬類或綜合類）［7］。需要注意的是，完全利用計算機(jī)、單片機(jī)等編程手段完成的設(shè)計題目，水平雖高，但不屬于本課程的培養(yǎng)重點，不宜作為本課程的新增題目［8］。

三、實施進(jìn)程

本課程包括基于數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)兩個課題設(shè)計，也可以稱為數(shù)電課設(shè)和模電課設(shè)。具體的實施過程包括以下主要步驟。

1.設(shè)計。根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件，首先要查閱相關(guān)資料，進(jìn)行總體方案的設(shè)計［9］。然后，對單元電路進(jìn)行選擇、設(shè)計和指標(biāo)分配，計算各單元電路的參數(shù)和各種元器件的參數(shù)值。最后畫出總體電路圖（原理圖），并在計算機(jī)上進(jìn)行EDA仿真通過，提交指導(dǎo)教師審閱、經(jīng)修改后定稿［10］。

2.組裝。設(shè)計方案經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后，學(xué)生可領(lǐng)取元器件等材料，在面包板上插接或在網(wǎng)孔板上焊接，每個課題的具體實現(xiàn)形式聽從實驗室的統(tǒng)一安排。

3.調(diào)試。利用課表安排的時間和實驗室開放時間，獨立完成電路模塊的調(diào)試、建議采用分步調(diào)試的方式，分段組裝，逐一調(diào)試，最后聯(lián)調(diào)，做好測試過程和實驗數(shù)據(jù)的記錄工作。

4.驗收。根據(jù)指導(dǎo)教師安排的驗收時間，按時接受指導(dǎo)教師的測試檢查，并回答教師的提問。

5.撰寫設(shè)計報告。設(shè)計報告是對整個設(shè)計過程的全面總結(jié)。包括對課題設(shè)計任務(wù)和要求的描述、方案的選擇，電路工作原理、調(diào)試過程、參數(shù)記錄分析等方面詳細(xì)的敘述。特別要對設(shè)計過程中所遇到的問題、解決的方法、參加本實踐環(huán)節(jié)的體會認(rèn)真總結(jié)，也歡迎同學(xué)們對實驗室的工作提出建議。學(xué)生應(yīng)按規(guī)定的格式編寫設(shè)計報告。

設(shè)計報告要求：課題名稱，設(shè)計任務(wù)和要求，設(shè)計方案的選擇（多個方案的比較）、系統(tǒng)框圖、各單元電路的原理圖和它們的工作原理以及計算說明。對元器件的參數(shù)、使用方法、引腳等加以說明。重點總結(jié)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題、現(xiàn)象及分析故障的原因，并采取解決問題的方法和手段。整理記錄的數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。收獲體會、存在問題和進(jìn)一步的改進(jìn)意見等。每名學(xué)生獨立完成一份設(shè)計報告，數(shù)字題目和模擬題目分別撰寫，裝訂成一本。總結(jié)報告應(yīng)認(rèn)真撰寫，實事求是，力爭寫出自己的特點，兩人同組也應(yīng)寫出各自的特點和風(fēng)格，不得復(fù)制。復(fù)制或抄襲他人的報告及原版提供者按作弊處理，不能通過本課程考核。

四、考核內(nèi)容與方式

1.總成績的考核評定方式。本課程按照實驗單獨設(shè)課的考核方式執(zhí)行。教學(xué)大綱中規(guī)定的實驗項目必須全部完成，課題設(shè)計，進(jìn)度和時間要求相對寬松，但應(yīng)在規(guī)定時間提交作品，通過驗收。每個課題設(shè)計各占平時成績的50%。所有平時成績占總成績的70%。

期末將進(jìn)行考試，考試以筆答為主。考試范圍包括課題設(shè)計的相關(guān)知識（注意：為了使每個學(xué)生掌握更多的知識，要求學(xué)生在精做所選題目的同時，也要了解其他題目的概念和知識點，在期末考試時將會有所涉及）以及實驗技能類的綜合知識。實驗考試成績占總成績的30%。

2.課題設(shè)計的考核評定方式。模電課題設(shè)計和數(shù)電課題設(shè)計分別占50分，總分100分，考核內(nèi)容由以下各部分組成：（1）設(shè)計方案的正確性、合理性、創(chuàng)新性：12分（含EDA電路設(shè)計和仿真）；（2）實驗動手能力（工藝水平、測試效果、分析解決問題的能力、占用時間）：30分；（3）實驗設(shè)計報告：8分。