《模擬電路》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

李志軍，陳萬培，于 衛(wèi)

(揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

《模擬電路》(以下簡(jiǎn)稱模電)是揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院電類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是《電路分析基礎(chǔ)》的后續(xù)課程。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握主要放大器件的特性和典型電路的分析和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。

1 模擬電路課程特點(diǎn)

1.1 教學(xué)內(nèi)容多而雜

課程教學(xué)內(nèi)容主要包括半導(dǎo)體二極管及其基本電路和應(yīng)用、晶體管及放大電路基礎(chǔ)、場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路、集成運(yùn)算放大器、反饋和負(fù)反饋放大電路、信號(hào)運(yùn)算電路、信號(hào)檢測(cè)與處理電路、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、直流穩(wěn)壓電源等［1］。

1.2 課程理論計(jì)算繁瑣，概念抽象

在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍感覺到課程理論多、推導(dǎo)繁瑣、概念抽象、分析方法比較復(fù)雜，只能靠死記硬背去完成學(xué)習(xí)過程。特別在三極管三種組態(tài)電路分析過程中，首先對(duì)三極管的放大作用就比較難以理解，建立的模型也比較抽象，再用這個(gè)模型去分析電路的三種組態(tài)，得出不同的結(jié)論，這個(gè)過程常常使得學(xué)生學(xué)得稀里糊涂。

1.3 課程內(nèi)容與后續(xù)課程聯(lián)系密切

作為電子信息工程、通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，模電對(duì)后續(xù)課程:《通信電路》《數(shù)字電路》《單片機(jī)》和《電視原理》等影響比較大，所以一定要想辦法提高模電的教學(xué)效果。

1.4 知識(shí)更新快、實(shí)踐性強(qiáng)

模電背靠的是技術(shù)日新月異且產(chǎn)品覆蓋各個(gè)領(lǐng)域的電子行業(yè)，這決定了它是一門不斷有先進(jìn)技術(shù)內(nèi)容注入并且實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課之一［2］。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)課堂理論教學(xué)的影響

電子技術(shù)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。模擬電子實(shí)驗(yàn)是和模電課程配套的教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，不僅可以進(jìn)一步掌握常用電工儀表和電子儀器的使用方法，理解常用電子元器件參數(shù)和電子線路主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法思路，還可以通過熟悉電子技術(shù)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)會(huì)讀懂基本電路圖，增強(qiáng)分析電路功能的能力，從而進(jìn)一步鞏固課堂教學(xué)的理論知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，增強(qiáng)動(dòng)手能力起著至關(guān)重要的作用。通過實(shí)驗(yàn)，還可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)獨(dú)立觀察分析、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)一種科學(xué)的精神［3］。

3 現(xiàn)行教學(xué)過程中的不足

3.1 現(xiàn)行的考核機(jī)制的不足

學(xué)生學(xué)習(xí)過程過多沉迷于數(shù)學(xué)計(jì)算，而忽略了數(shù)學(xué)背后的物理概念。其實(shí)，模電中很多公式都是近似計(jì)算，甚至模型的參數(shù)都不是非常嚴(yán)格的，因此，給出一個(gè)精確的結(jié)果沒有太大的意義。模電課程的目的不僅在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)模電之初步分析和計(jì)算能力，掌握學(xué)科的基本原理，更重要的體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用模擬電子技術(shù)的理論解決實(shí)際問題的能力［4］。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)不能有機(jī)銜接

學(xué)生在課堂教學(xué)課中接受抽象的理論知識(shí)，這個(gè)過程肯定有一些不理解的地方和疑惑之處，需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證或解釋，強(qiáng)化他的相關(guān)知識(shí)概念。但往往受各方面原因的限制，實(shí)驗(yàn)不能立即進(jìn)行，以至于學(xué)生的疑惑愈積累愈多，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的喪失。

實(shí)驗(yàn)過程不僅是按照實(shí)驗(yàn)教材的要求連接電路、測(cè)數(shù)據(jù)就算完成，它是對(duì)理論課程的驗(yàn)證，或是在理論指導(dǎo)下的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由于受實(shí)驗(yàn)室安排影響，實(shí)驗(yàn)一般滯后理論課一段時(shí)間，因此實(shí)驗(yàn)得不到理論的及時(shí)指導(dǎo)，使得實(shí)驗(yàn)的效果大打折扣。

很多學(xué)校為了重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把《電子電路實(shí)驗(yàn)》作為一門課程單獨(dú)開設(shè)，單獨(dú)考核，單獨(dú)記錄學(xué)分。這種做法，對(duì)于擺脫實(shí)驗(yàn)是輔助性教學(xué)的地位很有幫助，但也可能使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)的相對(duì)分離脫節(jié)。

3.3 缺少課堂理論教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于場(chǎng)地、課時(shí)的限制，很多小實(shí)驗(yàn)不能列入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，而這些實(shí)驗(yàn)可能對(duì)理論知識(shí)的理解很有幫助，這些實(shí)驗(yàn)就可以在教學(xué)過程中根據(jù)需要，隨時(shí)靈活地開展。例如:在講授放大器的增益或輸入輸出阻抗時(shí)，我們是通過微變等效模型來分析計(jì)算的，這個(gè)模型是否合理，分析是否正確，我們可以當(dāng)場(chǎng)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，這樣可以解釋大家的疑惑，還可以提高大家的學(xué)習(xí)興趣。

3.4 實(shí)驗(yàn)過多依賴實(shí)驗(yàn)箱，不利于學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)

為了便于安排實(shí)驗(yàn)，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，很多學(xué)校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中采用的是模塊化的綜合實(shí)驗(yàn)箱。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只需按照實(shí)驗(yàn)要求選擇實(shí)驗(yàn)電路板和測(cè)試儀器，不需要具體選擇電路元器件，缺少自己動(dòng)手連接電路的過程。只是從形式上完成了實(shí)驗(yàn)，沒有學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)中元器件的參數(shù)識(shí)別、性能測(cè)試和選用，掌握不了基本單元電路的安裝方法、調(diào)試技能，不利于學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［5］。

4 靈活開展不同類型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

4.1 根據(jù)不同要求開展不同層次的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)教學(xué)總體規(guī)劃目標(biāo)要求:我院的模擬電路課程理論課時(shí)為64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課的指導(dǎo)教師大多數(shù)由承擔(dān)相應(yīng)課程課堂教學(xué)的任課教師擔(dān)任，這樣便于理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。學(xué)院開展的模擬電路實(shí)驗(yàn)主要分三種層次。

4.1.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)又稱驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為載體，培養(yǎng)學(xué)生熟悉基本儀器和器件的使用，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能和基本的實(shí)驗(yàn)方法，加深對(duì)相關(guān)理論與技術(shù)的理解［6］。例如，我院開設(shè)的晶體管放大電路實(shí)驗(yàn)、差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)和功率放大電路實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕羌由顚W(xué)生對(duì)各種放大電路的理解，并熟悉相關(guān)性能指標(biāo)的測(cè)量方法。

4.1.2 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

主要是面向工程實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)、測(cè)試、工藝等方面的素質(zhì)，全面提高學(xué)生有效運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路級(jí)的綜合設(shè)計(jì)能力，現(xiàn)在開設(shè)的加減運(yùn)算和積分電路實(shí)驗(yàn)，直流穩(wěn)壓電源功能電路實(shí)驗(yàn)等屬于這類綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路，并檢測(cè)設(shè)計(jì)電路的性能指標(biāo)。

4.1.3 研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和最新技術(shù)分析和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)級(jí)的開發(fā)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)［7］。我院開設(shè)的多波形信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只給出框架性要求，鼓勵(lì)學(xué)生用不同的方案去實(shí)現(xiàn)。

4.2 因地制宜開展不同形式的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)課堂理論教學(xué)的需要，以及實(shí)驗(yàn)開展的難易程度，因地制宜開展不同形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。

4.2.1 在實(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)驗(yàn)

這是些相對(duì)較復(fù)雜，需要適當(dāng)講解的實(shí)驗(yàn)，比如上述的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)驗(yàn)前必須做好預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作，了解實(shí)驗(yàn)要求，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣才能取得好的實(shí)驗(yàn)效果。因此這類實(shí)驗(yàn)放在電工電子實(shí)驗(yàn)室開展比較合適。

4.2.2 在理論課堂教學(xué)過程中開展的實(shí)驗(yàn)

這類實(shí)驗(yàn)以演示為主，一般實(shí)驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)，比如要講解靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)單管電路放大失真的影響，直接用課堂語(yǔ)言描述可能學(xué)生很難理解，用動(dòng)畫比較直觀，如果用實(shí)驗(yàn)仿真或現(xiàn)場(chǎng)電路測(cè)試則更直觀，更具有說服力。

4.2.3 作業(yè)型實(shí)驗(yàn)

受學(xué)生學(xué)習(xí)條件限制，該類實(shí)驗(yàn)以仿真實(shí)驗(yàn)為主，因?yàn)槲以弘姽る娮又行氖情_放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室完成作業(yè)型實(shí)驗(yàn)，也可以在教室或?qū)嶒?yàn)室通過仿真軟件完成。比如，負(fù)反饋放大電路和加減運(yùn)算電路的一些結(jié)果驗(yàn)證，甚至一些電路設(shè)計(jì)和性能分析也完全可以以實(shí)驗(yàn)形式代替作業(yè)來布置給學(xué)生課后獨(dú)立完成。

4.3 將課程設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽作為理論課和實(shí)驗(yàn)課的外延

將課程設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)大賽作為模擬電路課程的擴(kuò)展延伸和有益補(bǔ)充，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力［8］。我院模擬電路課程在教學(xué)過程結(jié)束后都會(huì)開設(shè)課程設(shè)計(jì)，并將課程設(shè)計(jì)獨(dú)立設(shè)課，學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師可以的題目和要求，在一周時(shí)間內(nèi)完成電路設(shè)計(jì)、相關(guān)調(diào)試，并做出成品，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。為進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和學(xué)習(xí)積極性，我院每年都積極鼓勵(lì)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽，并取得不錯(cuò)的成績(jī)。實(shí)踐證明，課程設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)大賽對(duì)于掌握新知識(shí)、新技能，培養(yǎng)科技創(chuàng)新精神起著重要的作用。

5 將EDA技術(shù)引入課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

在電子類課程的教學(xué)中，將一些內(nèi)容較難、圖形較多、用語(yǔ)言和文字難以表達(dá)或不易理解的抽象、復(fù)雜的變化過程，通過EDA的仿真，以波形或曲線的形式生動(dòng)直觀地演示出來，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對(duì)所授內(nèi)容的理解，提高教學(xué)質(zhì)量，還可以節(jié)省課堂板書時(shí)間，擴(kuò)展講授內(nèi)容獲得事半功倍的效果［9］。

由于EDA軟件向用戶提供了各種電子測(cè)試儀器和分析工具，應(yīng)用 EDA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)的效率和效果［10］。因?yàn)樨?fù)反饋放大電路和差動(dòng)放大電路這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，電路采用分立器件，比較復(fù)雜，用面包板搭電路容易接觸不良，故障率高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。因此，我院的模擬電路實(shí)驗(yàn)中這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)就是采用EDA軟件來仿真實(shí)現(xiàn)的，但EDA軟件仿真在基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)里不宜太多采用，因?yàn)椴捎脤?shí)物做實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)各基本電路的理解。

在模擬電路課程理論教學(xué)過程中也可以引入EDA技術(shù)作為課堂實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)手段，不僅可以進(jìn)行仿真演示，還可以對(duì)電路就行驗(yàn)證，檢驗(yàn)理論的正確性。比如在講解電源電路過程中，要檢驗(yàn)橋式整流電容濾波電路是否和理論分析一致，可以通過EWB軟件對(duì)課前搭好的電路進(jìn)行測(cè)試。教學(xué)實(shí)踐表明，引入EDA于電子課程教學(xué)中，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性、主動(dòng)性，而且培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和適應(yīng)能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

《模擬電路》本身不是一門純理論課程，而是一門理論密切聯(lián)系實(shí)踐的課程，這門課程的目的不僅在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)模擬電路之分析和計(jì)算能力，更重要的還體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用模擬電子技術(shù)理論解決實(shí)際問題的能力。因此，只有在注重理論教學(xué)的同時(shí)，靈活開展不同形式的實(shí)踐教學(xué)，才能提高學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效率，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事實(shí)際工作奠定扎實(shí)之技術(shù)基礎(chǔ)。

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