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关键词:CDIO;电子电路技术与实验;改革;实践
作者简介:周童(1981-),男,江苏南通人,南通大学电子信息学院,讲师;周晶(1976-),女,江苏南通人,南通大学电子信息学院,讲师。(江苏 南通 226019)
基金项目:本文系南通大学教学研究课题(课题编号:2011B43)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)27-0117-02
CDIO(Conceive Design Implement Operate)[1]教育理念近年来在国际工程教育界十分流行,它的基本方法是以工程产品的研发到实际产品运行这一过程为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的培养大纲将工程毕业生应具备的能力按工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力这四个层面加以划分,大纲要求通过综合培养的方式使学生在这四个层面上均衡地达到预定培养目标。
自2003年,周立功教授在江西理工大学首次以3+1教育模式率先开展了CDIO性质的教育试点以来,已经过去十个年头了。其间,中国教育部多次组织会议与国内外著名高校的专家学者讨论了中国进行工程教育改革的紧迫性与必要性,并制订了一些工程教育改革方案。迄今为止,国内已有近四十所高校先后被定为CDIO教育模式的研究与实践试点单位,并均已获得不同程度的教育成果。
一、关于“电子电路技术与实验”
1.课程的基本设置
“电子电路技术与实验”是南通大学(以下简称“我校”)计算机科学与技术学院下计算机科学与技术、软件工程和网络工程专业的一门十分重要的专业基础课,由电路基础和模拟电子技术综合而成。原先的课程设置与课时分配如下:电路基础部分共10章40学时,模拟电子技术部分共10章40学时,实验部分共4次试验16学时,总共96学时,其中实验部分安排在期末进行。教材的使用情况为:电路部分使用普通高等教育“十五”国家级规划教材《电路》第5版,模拟电子技术部分使用面向21世纪课程教材《电子技术基础——模拟部分(第五版)》。
学生的期末总评成绩按平时表现30%,期末考试70%的比例计算,期末考试为闭卷笔试,实验部分不计入最终的总评成绩评定。
2.课程存在的问题
从前几轮的教学情况来看,笔者认为我校该课程在改革前存在以下问题:
(1)教材选取并不十分合适。《电路》和《电子技术基础——模拟部分》这两本教材内容广泛、讲解详尽、思维缜密,对于电类专业的学生而言十分合适。但是,对于总共只有80学时的“电子电路技术与实验”而言,这两本教材的内容显然太多、太细、太深,结果只能是某些大章被舍弃不讲,而保留的大章中也要对其中的小节有所取舍。即便如此,每一大章所能分得的平均学时数也只有4个学时,老师讲解得很匆忙,学生听起来也吃力。如此大量地削减书本中原有的知识点,会给学生的自学增加难度,多数有课前预习和课后复习习惯的学生都反映因知识不连贯造成了理解上的困难。
(2)电路基础部分的讲授过程过于抽象。电路基础部分是“电子电路技术与实验”课程中最先讲解的部分,从电路模型开始讲到频率响应,前后涉及10个大章。其中绝大部分都是在做电路的等效变换和相关的数学计算,讲授过程也是按传统的顺序讲解。对于电类的学生而言,他们有整个学期的时间去不断实践和强化相关的知识。然而,对于憧憬着自己未来成为计算机硬、软件或者网络技术方面人才的计算机专业的学生而言,大学里第一门专业基础课就如此抽象、枯燥,而且里面的知识似乎也跟计算机没什么太大联系,多数的学生都表现出了反感和厌学的情绪,从而直接影响了后续的模电部分的学习。
(3)模拟电子技术部分的讲授内容过多。从现有教学大纲来看,《电子技术基础——模拟部分》教材中除了最后一章SPICE辅助分析设计不讲以外,其余大章基本一个不落。这些内容虽然都有实际的器件和实用电路作为支撑,但由于电路结构多变,设计参数众多,计算过程繁琐,对于之前已经对该课程产生了厌恶情绪的学生来说,更繁更难的模电内容无疑是雪上加霜。而对于有较好学习方法的学生,要在短时间内掌握如此多的内容,也是不小的挑战。
(4)实验部分安排不合理。实验课安排在学期末进行,时间上跟理论课脱节,往往是做实验的时候,相关的理论知识已经遗忘殆尽了;同时,实验部分不计入最终的总评成绩评定,这就使得实践环节的重要性再次降低,学生根本不认真对待。
(5)考核方式与工程教育的理念不相符合。传统的闭卷笔试,以各自独立的分析计算题为主,配以选择、填空题。学生为了通过考试而海量做题,整个课程学完,学生说不出学过什么,学的知识有什么用,当然也就无法应用于实际的工程实践。
二、基于CDIO的课程改革构想
对“电子电路技术与实验”课程引入CDIO教育模式进行改革,主要是为了增强学生电子电路技术的兴趣度、认知度和实践能力。从电路的宏观功能入手,对项目的组成模块逐一分解,各个击破,让学生从“做中学”。笔者在研究了相关课程[2,3]的改革思想之后,针对本课程的CDIO模式改革提出了以下构想:
1.选用更合适的教材
针对之前的教材理论性强、内容多的问题,我校反复比较,仔细斟酌,选择了“十一五”国家教材《电路与模拟电子技术(第二版)》一书。该书专门针对计算机专业的学生编写,压缩了传统教材中电路基础部分,重新整合了模电部分,更加适合计算机专业这样既需要较熟练地掌握电工电子技术的方法而又不要求作深入研究的学生使用。
2.适当改变授课顺序
以往的授课顺序都是自下而上,这样虽然起步时较为轻松,但对于现学的知识在整个课程体系中的作用,学生几乎都是一头雾水。建议可以从一个具有综合性但又不太复杂的实际系统入手,反过来自上而下地讲解相关知识点。例如通过单相小功率直流稳压电源,用图1的讲解方式逐渐引出各个相关的知识点。
3.弱化电路基础与模拟电子技术之间的课程界线
采用图1的讲解方式之后,电路基础和模电中各自的知识点不再泾渭分明,而是需要什么就讲什么。实际器件、电路和抽象的定理、方法互相穿插,相互支撑,可以降低学生学习的疲劳度,激发学习的兴趣和信心。
4.实验课程的改革
增加实验课的课时量,将实验课平行于理论课进行,甚至可以直接进入理论课的教学环节。实验内容的选取须紧密结合理论课内容,借助EWB或者SPICE仿真软件,在理论课堂上就可以直接向学生展示电路的仿真原理图和结果。同样,某些理论课上的知识点也可以在实验课上通过实验的方式提出并呈现给学生。另一方面,实验课不能局限于软件仿真,应该在条件允许的情况下多进行实物实验,通过在面包板上搭建实物电路并运行,不仅锻炼了学生个人操作能力,还能培养其人际团队合作能力。
5.考核方式的改革
纯粹的理论闭卷笔试必须被理论结合实践的考核方式所替代。建议只把最基本的理论分析和计算作为笔试内容,如电阻电路的基本分析方法和定理,基本共射极放大电路的计算等。实践考试则以在规定时间内,按小组划分,完成随机抽取的项目设计题的方式进行。实践考试中允许翻阅相关资料或在组内互相讨论。实践部分的评分方式可以参考模糊层次分析法,[4,5]按成果、口试和团队三个方面综合评分。最终的考核成绩中,理论笔试占50%,实践考试占40%,平时表现占10%。
三、已实施的改革步骤
由于得到我校教学研究课题的基金支持,“电子电路技术与实验”课程的CDIO模式改革已经初见成效:
第一,在更换教材的同时,重新分配了电路基础与模电部分所占的课时比例,增加了实验课的课时量。电路基础调整为28学时,模拟电子技术为36学时,实验32学时。考虑到原先的课后作业多有抄袭现象发生,现将平时作业从课后作业改为课堂练习,题目也精选极具代表性的题型。
第二,理论课内容进一步精简。新教材的理论内容已经较原来的教材有所压缩,但由于课时所限,有些知识点在实际授课时必须做弱化处理。例如二极管、三极管和运算放大器只强调外特性而不细究内部工作原理,交流电路只涉及单相正弦稳态电路的一般分析而对三相电路和相量图分析法不做要求。
第三,实验课不再放到学期末进行,而是有机地穿插在理论课当中。在某些理论课的授课过程中加入SPICE软件的仿真演示,很好地提高了学生对抽象知识点的认知度,提高了学习积极性,降低了思维疲劳度。在实验机房中完成的实验课,则让学生自愿组合成固定的实验小组,一般3至5人一组,每个人选取大项目中不同子项目进行设计与实验。
第四,期末考核方式由原先的闭卷笔试改为笔试和实践相结合。笔试部分只占总评成绩的50%,主要是考查学生最基本的概念和基础的分析与计算。实践能力考核占总评的40%,考核时依然以平时实验课的实验小组为单位,完成当场抽取的设计项目,最终按子项目的难易程度与完成度评出个人能力成绩,按大项目的完成度及优劣评出人际团队能力成绩。平时表现占10%,包括理论课上课堂练习完成的情况和实验课上口头问答的情况。
四、结束语
CDIO是一种先进的教育模式,本文将CDIO理念引入到“电子电路技术与实验”课程中,在教学理念、教学手段和考核方式等方面提出了改革构想,并在校教学研究课题基金的支持下完成了部分改革,取得了一定的效果。同时,也为近电类专业中的电类课程的改革提供了新的思路。
参考文献:
[1]Edward Crawley,Johan Malmqvist,Soren Ostlund,等.Rethinking Engi-
neering Education:The CDIO Approach [M].Berlin:Springer-Verlag,2007.
[2]张国平,付贵阳,马永力.基于CDIO教育模式的电路课程教学研究与实践[J].中国电力教育,2010,(22):93-94.
[3]王照平,李文方,王玉巧,等.基于CDIO模式的《模拟电子技术》课程改革与实践[J].电子测试,2013,(3):198-199.
[4]唐有文.模糊层次分析法[J].青海师范大学学报(自然科学版),
关键词:电子信息;专业课程;模拟电子技术
1 模拟电子技术基础课程的特点
模拟电子技术基础,又称为电子技术基础模拟部分,与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括:重要性,模拟电子技术是现代化重中之重的技术;非线性,电子放大器是一种非线性元件,需要用非线性分析方法(图解法、微变等效近似等);工程性,在足够精确的情况下,为了计算方便,常用近似来化简;微观性,深入到原子电子级分析问题;实践性很强,动手性很强,需要很好的实践,不实践学不好;复杂性,易受多种因素影响,如温度,随机性,光照等等影响,参数宜变,参数分散等增加了该课程内容的复杂程度;基础性,是后续电子类课程的基础,也是电子信息类专业考研的课程之一;主干性,是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器,该课程主要就是讲放大。
模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信:发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等;互联网络:路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等;工业领域:钢铁、石油化工、机加工、数控机床等;交通方面:飞机、火车、轮船、汽车等;军事领域:雷达、电子导航等;航空航天领域:卫星定位、监测;医学领域:γ刀、CT、B超、微创手术等;消费类电子领域:家电(空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表)、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展,推动计算机技术的发展,使之“无孔不入”,应用广泛。
模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力,掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法,深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理,掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法,掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。
2 模拟电子技术基础课程的先修课程
模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》,其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是――《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程,从内容上看,《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力,而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析,从模拟电子系统的各个组成部分出发,分别学习各种典型的模拟电子电路,给学生建立起模拟系统的基本构架,为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。
模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上,分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级,讨论半导体材料的神奇,进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域,内部载流子运动的情况,从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发,理解集成电路的奥妙,小到微观电子原子级,大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后,学生有了系统的概念,信号处理的概念,在此基础上再进行数字电子技术的学习,学生更能理解和接受,电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同,各有侧重点,但很多分析方法、理论公式都环环相扣,所以可以进行对比学习,提高学习效率。
3 模拟电子技术基础课程设置知识要求
模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程,它具有自身的体系,是理论性、实践性都很强的课程,是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用(例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用)打好基础,为学生建立系统分析的概念,培养学生自主分析问题和解决问题的能力,帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解,过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。
4 模拟电子技术基础课程设置能力要求
模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合,既保证严谨的理论体系,又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习,应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力,以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。
5 模拟电子技术基础课程达成目标要求
通过模拟电子技术基础课程的学习,掌握模拟电子系统的各个部分,包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力,培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力;学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统,辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能;能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真,实现不同类型模拟电路系统的功能,通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能,理论与实践相结合,更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识,为后续专业课程打好基础。
6 教学方法建议
和众多电子信息类专业基础课一样,模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合,理论部分也是以教师讲授为主,课程内容繁多,有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授,很多教师会全程进行讲授,学生被动的接受知识,犹如过眼云烟,没有足够的消化理解相关知识点的时间,真正理解领会的知识点非常有限,不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解,其实这样的教学模式,教师辛苦不说,教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习,上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问,以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习,对知识点进行巩固。
综上所述,《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要,另外电子信息类本科专业基础课程还有很多,不仅仅是模拟电子技术基础,每门不同的专业课程都有其特点和用途,学生只要从宏观的角度,理解其中的关联性和衔接性,教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求,以及课程的达成目标要求等,只为每一位学生能学好每一门专业课,真正具备电子信息的相关专业技能。
参考文献
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].高等教育出版社.
[关键词]通信电子电路;教学改革;教学方法;教学内容
[中图分类号]G642
[文献标识码]A
[文章编号]2095-3712(2014)28-0059-03
[基金项目]本文系广西高等教育教学改革工程项目(2013JGZ128)的研究成果。
[作者简介]陈冬梅(1976―),女,湖北荆门人,硕士,桂林电子科技大学信息与通信学院副教授,研究方向:无线通信,通信网络。
通信电子电路是通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等专业中的一门重要的专业基础课,也是一门理论性、工程性和实践性很强的专业基础课。它主要研究模拟通信系统中一些基本单元电路的组成、工作原理及功能、基本分析方法和工程计算方法,强调电路结构和单元电路的模型化。[1]通过学习这门课程,学生可以初步具备通信系统的设计和安装技能,并能使用电子仪器进行调整和测试,为以后专业课的学习打下基础。本文根据多年的教学实践,分析该课程教学现状,探索教学改革。
一、课程教学现状
(一)教学内容多,课时少
根据学校的教学改革要求,通信电子电路课程的课时被压缩,造成教学内容多与教学课时少的矛盾。[2]同时,先修课程所接触的电路基本上都是线性电路,而本课程涉及的电路是非线性电路,因此教师教得费力,学生学得吃力。
(二)与先修课程、后续课程联系密切
通信电子电路的先修课程有高等数学、大学物理、电路分析基础、模拟电子技术、信号与系统等,后续课程有通信原理、现代移动通信系统等,因此它是一门承前启后的课程。[3]
(三)理论教学与实践教学的脱节
理论教学中介绍的电路多是分立元件电路且没考虑实际电路的高频效应,学生在课堂上很少接触实际的电子产品及电路,实践教学多以验证实验为主,缺少创新性和自主性。[4]
(四)理论教学和集成电路学科发展差距大
理论教学仍以较为经典的分立元件电路的内容为主,这与集成电路学科发展的差距较大,造成学生所学与所用脱节,学而无用的现状,也就是说,学生在学习本门课程之后难以设计出实用的高频、射频电路,甚至连相关的文献资料也看不懂。
二、教学改革的探索
针对上述教学现状,本文对通信电子电路课程教学改革进行了如下探索:
(一)修改教学大纲,精简教学内容
随着通信技术和集成电路技术的飞速发展,电路的集成度越来越高,通信电子电路的课程教学大纲和教学内容要顺应时代潮流不断更新,删除、缩减一些陈旧的教学内容,比如丙类倍频器、二极管调幅电路等,增加一些新技术的介绍和典型的集成电路模块,比如锁相环倍频器、集成模拟乘法器调幅电路等。除此之外,相似内容避免重复讲,比如幅度调制、乘积型同步检波、混频器等电路的核心器件都是相乘器,只需要详细介绍首先接触到的幅度调制电路选用什么样的相乘器来实现以及相乘器工作原理,后两种电路中的相乘器介绍即可忽略。
(二)改进教学方法,实现本课程的承前启后
由于通信电子电路课程是一门承前启后的专业基础课,所以理论教学过程中要采用适当的教学法。
1.移植教学法引导学生“承前”
案例一:LC选频回路。
教学过程中,采用如下步骤进行:
(1)LC选频回路是线性元件电感、电容、电阻等组成的电路,因此它是一个线性系统。
(2)接着,让学生回忆信号与系统课程中线性系统的常用分析方法,即频域分析法,将信号与系统中的频域分析法移植到LC选频回路的分析中,从系统传输函数的幅频特性和相频特性两个方面来分析LC选频回路的选频效果。
案例二:正弦波振荡电路。
移植教学法可以不断提出问题让学生思考。教学过程中,采用如下步骤进行:
(1)设问:正弦波振荡电路是线性电路还是非线性电路?(是典型的非线性电路)这种非线性系统采用什么分析方法――图解法、幂级数分析法等?由于正弦波振荡电路在起振初期的信号是小信号,所以可以将正弦波振荡电路看作是一个近似的线性电路,采用模拟电子技术课程中微变等效电路分析方法来分析其振荡条件的满足。
(2)在微变等效电路分析的基础上推导振荡条件、振荡频率等。教学过程采用这种移植教学法给学生不断设问,引导学生思考问题,这样学生很容易接受陌生的教学内容,也能学会分析问题、解决问题的方法,也会明白学以致用的道理。
2.对比教学法引导学生“承前启后”
下面分别通过案例一说明如何采用对比教学法“承前”,通过案例二说明如何采用对比教学法“启后”。
案例一:高频小信号调谐放大器。
模拟电子技术中介绍过低频放大器,通信电子电路介绍高频小信号调谐放大器,如图1所示。这两者的共同点是都属于电压放大器,可以采用对比教学法分析高频小信号调谐放大器的性能,过程如下:
图1 高频小信号调谐放大器
(1)对比电路结构的不同。教学过程中可通过设问来比较两者的电路结构的不同。不同点之一:低频放大器的输入信号形式通常采用阻容耦合方式,高频放大器采用变压器耦合方式。不同点之二:低频放大器的负载是电阻,高频放大器负载是LC选频回路。
(2)分析步骤的异同点。分析步骤的异同点如表1所示。高频小信号放大器的分析部需要低频放大器的步骤一。因为低频放大器的微变等效电路采用H参数,H参数与放大器的静态工作点参数有关,而高频小信号放大器的微变等效电路采用Y参数,Y参数与放大器的静态工作点参数无关,所以忽略此步骤。接下来的步骤二是类似的,但是这部分学生往往对电容电感的处理感到棘手,教学中常用黑板板书列出电容电感元件处理方法的不同,如表2所示。步骤三是类似的,只不过分别采用H参数,Y参数微变等效电路。步骤四也是类似的,性能指标的计算有所不同而已。若采用这种对比教学法的话,学生能轻而易举地掌握高频小信号放大器的分析方法。
案例二:幅度调制、频率调制和相位调制。
本课程中介绍的三种调制方式都属于模拟调制方式,虽然模拟调制系统在现今通信中不大常用,但是模拟调制是后续课通信原理中模拟调制、数字调制的分析基础。两门课程都会介绍模拟调制,但是侧重点和分析内容不同,因此可以采用对比教学法来“启后”。比如,通信电子电路着重介绍调制信号是单频信号情况下的三种模拟调制原理及电路形成,而通信原理着重介绍调制信号是带限信号情况下的三种模拟调制原理及相应的模拟调制系统的性能分析,系统性能分将会有助于课程设计和毕业设计中如何选择一个合适的调制方式来实现通信。
(三)加强实践教学,以赛促学
实践教学是理论教学的重要辅助部分,也是提高教学质量的重要手段之一。对于通信电子电路课程来说实践教学尤为重要。
首先要合理安排实验内容,减少验证性实验,多让学生的动手设计部分电路或改进部分实验电路,这样既能加强对理论知识的理解,又能锻炼学生的动手能力。
其次要加强课程设计,丰富课程设计内容。针对学生的个人特点,课程设计可以设定为软件仿真类、硬件设计类课程设计,硬件设计类的课程设计也不一定要学生设计一个全新的通信系统,可以试着用学过的理论知识来改进现有电路以实现一个新的功能。
最后还要以赛促学,调动学生学习本门课程的积极性。教学过程中可以将全国电子设计大赛和广西电子设计大赛与本课程教学内容密切结合,课堂上适当介绍本学科的发展前沿,推动本课程的课程教学、教学改革等,激发学生的学习兴趣。我校的科协和创新基地等为学生提供了动手的平台,学生参加各类电子类大赛成绩斐然,很好地激发了学生的学习热情。[5]
(四)充分运用多媒体和仿真软件
在信息时代的大环境下,多媒体教学已成为一种趋势。多媒体教学融入文本、电路图、框图、动画等元素,使抽象的内容形象化、生动化,学生容易理解和接受。比如在讲解高频小信号调谐放大器时,通过多媒体动画演示,引导学生思考下一个要分析的问题是什么。
另外,将仿真软件Multisim引入到课堂教学,相当于将实验室搬到课堂中,利用强大的虚拟仪器仪表功能对讲授的单元电路进行仿真实验,这样可以加深学生对电路功能的理解,使教学内容更加直观。
三、结束语
本文针对通信电子电路的教学现状,对教学方法进行了探索,通过具体的教学案例重点介绍了如何实施移植教学法和对比教学法。总之,在教学过程中,只有不断进行教学方法的改进才能取得好的教学效果,激发学生的学习兴趣,培养学生的动手能力。
参考文献:
[1] 王卫东,陈冬梅,胡煜.高频电子电路[M].第3版.北京:电子工业出版社,2014.
[2] 陈冬梅,周胜源.Multisim 8软件在通信电子电路课程教学中的应用[J].桂林电子科技大学学报,2009(4):317-320.
[3] 李士军,宫鹤,徐艳蕾.“高频电子线路”教学研究[J].长春理工大学学报,2012(8):201-202.
【关键词】高职 电子技术课程 教学 改进
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2013)10C-
0147-02
电子技术是高职电子、通信等涉电专业的基础课程,课程一般在一年级开设,是学生迈入专业学习的第一步,为后续专业课程学习奠定电子方面的知识、技能基础。电子技术与先修的电路基础、高等数学等课程紧密联系,学习起来相对困难。而且高职高专属于大专教育层次,学生的入学成绩普遍较低,基础较差,在高职教育学习过程中,很多学生出现上课不听、课后不做、动手不会等不愿学习的现象。而高职院校的目标是培养高素质技能型人才。因此,电子技术课程教学应根据学生的具体情况并结合各专业自身特点和需求,改进教学模式,进行模块化教学,以激发学生学习的积极性。此外,还应突出实践教学,增加实践学时,改进实践教学内容,锻炼和培养学生的电子实践能力,掌握高素质技能型人才所必须具备的电子基本知识、技能。本文以柳州铁道职业技术学院为例,对高职电子技术课程教学改进进行探讨。
一、进行模块化教学
高职电子技术课程包括模拟电路和数字电路两大部分,具有内容多、范围广、理论较深、实践性较强等特点,模拟电路相对复杂,比较抽象,如多级放大电路,而数字电路的逻辑性较强,对学生来说,学习电子技术课程有一定的难度。根据高职学生的特点及培养目标,高职电子技术课程教学应本着“淡化理论、够用为度、培养技能、重在应用”的原则,教学中以定性解释为主,定量计算为辅,着重了解各器件的基本功能,掌握电路的分析方法,简化数学推导、计算。在具体教学实施过程中,将相关联的知识放在同一模块中,尝试进行模块化教学。模拟电路部分分为二极管电路、晶体管电路、集成运算放大器电路和负反馈电路等模块,数字电路部分分为基本逻辑门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路等模块,改变以往按章节顺序教学的传统模式,这样,条理更清楚,知识结构更完整,更有利于学生学习、掌握电子技术课程。值得一提的是,课前,教师应详细了解上课班级的学生的基本情况,了解学生对电路基础等课程的掌握程度。如笔者曾经教过通信技术班,该班女生较多且有部分学生是文科生,文科生、女生普遍对电路心存恐惧。因此,在电子教学内容选取时尽量选取易懂、易学且后续专业课程所需的必备知识。
如进行二极管电路模块教学时,按以下思路进行教学:一是二极管的结构。讲课时,由生活中常见的广告牌、霓虹灯、交通红绿灯等由什么构成引入,学生讨论后,教师简要说明其工作过程,从而吸引学生的注意力。再展示普通二极管、发光二极管等元器件,让学生有一个感性认识,了解各种二极管的形状、外形结构,让学生感觉到课程与生活紧密相连,消除学习疑虑,对二极管产生兴趣。待学生情绪调动起来后,讲解具体构成,说明二极管实质上就是一个PN结,再补充讲解P型半导体、N型半导体及半导体(硅和锗)的相关知识。
二是二极管的特性。在了解二极管组成的基础上,先进行简单实验演示,用万用表测试二极管的导电性能。演示时,让学生协助完成,分别给发光二极管加正向和反向电压,发光二极管就会亮或不亮,这时学生的好奇心被触发,学习兴趣更浓,求知欲望也会被激发,且在教学演示过程中,学生参与其中,学习积极性更高。再结合PN结分析二极管的单向导电性,介绍二极管的主要参数如导通电压等。这样,课堂气氛更活跃,授课过程也不会显得枯燥乏味,学生乐在其中,学习更轻松,效率更高,更容易理解并掌握二极管的工作特性。
三是二极管判别。利用万用表结合二极管的单向导电性判别二极管的正负极,鉴定其优劣。学生测试前,教师先讲解并进行示范,注意指针式万用表与数字万用表的区别,再留时间给学生多次练习并加以指导,锻炼学生的动手能力,要求学生熟练掌握二极管正负极以及优劣的判断方法。
四是二极管简单应用。讲授时,借助Multisim电路仿真软件建立开关、限幅、钳位、检波等二极管应用电路,利用虚拟示波器,学生就可观察各种电路的工作过程,进而了解二极管的不同功用。再简要讲解、分析各电路的工作原理,说明二极管的功能、作用。利用现代教育技术进行教学,将复杂的电路工作过程直观化,消除电路的抽象感,利于学生理解、接受。
五是整流电路。讲授时,利用Multisim模拟连接单相半波整流、全波整流、三相桥式整流电路,进行设置参数,借助虚拟示波器,学生就可以直观地观察到半波整流、全波整流的输出波形,比较两者之间的异同,学生对各种整流电路就会有一个直观的了解,再分析整流原理,讲解二极管在整流过程的作用。
六是直流稳压电源。在整流电路的基础上,结合滤波电路和稳压电路,利用Multisim模拟连接一个完整的直流稳压电源电路,利用虚拟示波器进行调试,调试过程中,也可人为设置一些故障如二极管反接,以培养学生的电路故障排除能力,提高学生对电子电路的理解。如果条件许可,还可以要求学生在实验箱上实现电路的连接,或做出实际产品,进一步提高电子电路实践技能。
这样,将相关联的知识放在同一个模块中进行教学,由简入繁,从易到难,逐步提高,灵活采用适宜的教学模式、方法,利用多种教学手段,营造轻松活跃的课堂氛围,触发学生的好奇心,激发学习兴趣,调动学习积极性,联系实际,教学效果明显改善,提高了教学质量。
二、突出实践教学
高职院校的目标是培养高素质技能型人才,这就要求高职教育阶段要突出实践教学。在电子技术课程教学中,应着重锻炼学生的电路认知连接能力,提高学生的电子电路故障分析处理能力,培养学生的电路设计能力,培育学生的职业素养。
由于先修了电路基础课程,进行了相应的实验、实训教学,学生有了一定的实践技能基础,但很脆弱。而且电子技术课程中电路的元器件更多,电路更复杂,对高职学生来说难度更大,特别是数字电路部分,逻辑性较强,对高职学生的要求也就更高。
高职电子实践教学包括实验、实训教学,根据高职学生的实际情况,电子实验、实训教学应遵循循序渐进的原则,由浅入深,逐步加大实践教学的难度。为使学生有更多的机会锻炼动手能力,应调整教学计划,增加实验教学学时,因此,柳州铁道职业技术学院通信技术专业的电子技术课程由10学时增加到20学时。
“集成逻辑门”实验是学生进行的第一个数字电路方面的实验。应先简单介绍数字实验箱的相关情况,让学生明白数字电路与模拟电路实验的区别。再逐一介绍74LS00、74LS10、74LS20等集成与非门的各引脚功能,强调芯片的放置方向及电源、接地和闲置引脚的连接方式等注意事项。接着逐一测试各逻辑门的逻辑功能。第一次进行数字电路连接,教师应亲自示范,详细讲解接线的步骤,这样学生更容易入门并多加练习,掌握电路连接的方法,其他后续电路接线就可举一反三了。电路连接好后,示范逻辑功能测试过程,详细说明逻辑输入(逻辑电平开关)和输出(逻辑电平指示灯)的操作方法及所表示的含义。应让学生多次规范测试,培养学生良好的操作意识,使学生熟练掌握测试的方法。在完成逻辑功能测试后,为进一步熟悉和提升数字电路实践能力,通过逻辑变换,由与非门实现基本逻辑与、或、非功能,画出电路图并在实验箱上进行电路连接并验证起功能。在学生进行实验的过程中,教师应巡视答疑,及时鼓励学生,给予学生正方向的心理暗示,帮助学生树立信心,这样,学生就会更积极主动地学习,学生的动手实践能力得到锻炼,职业技能也会逐步提升。
为进一步锤炼学生的动手实践能力,结合专业技能需求,柳州铁道职业技术学院还在不同专业开设不一样的综合性电子实训教学。如在电气自动化专业的模拟电子技术课程后开设电子基本技能实训课程,进行为期一周的调幅收音机的安装、调试实训。通过实训,学生进一步掌握电子器件的识别及检验方法,锻炼复杂电路的读图、分析能力,学会三极管静态工作点的测试方法,了解三极管电路的信号放大过程,了解收音机的工作原理,掌握电路故障处理的方法。调试好的收音机可丰富学生的课余生活,让学生感受到学习所带来的愉悦,让学生乐于学习,勤于动手,体会到学有所用。此外,在移动通信专业的电子技术课程后开设对讲机组装与维修实训课程,进行为期两周的调频收音对讲机的组装、维修实训。通过实训,学生进一步熟悉二极管、晶体管、电容等电子器件的判别测试方法,掌握对讲机的工作原理,熟悉对讲机的维修方法、步骤,掌握电路故障分析、处理方法。调试好的对讲机可用来收听新闻,也方便同学间的短距离联系。通过实践教学,将抽象的电子知识具体化,变成实际可用的电子产品,学生也就会更愿意学习、更主动实践,职业技能就会提升得更快。
当然,在增加实践教学学时,加大实践教学力度的同时,也要适时调整、更新实践教学内容,改善实验实训条件,更新仪器设备,以满足用人单位及实际工作对高职学生各方面的技能、素质要求。柳州铁道职业技术学院经过多年的电子技术课程教学实践,逐步完善教学内容,改进教学方式方法,进行模块化教学。学生的课堂表现更活跃,学习积极性也更高,课程成绩也随之大幅提高,教学效果大大改观。
综上所述,根据课程特点及高职学生的现状,结合专业需求,柳州铁道职业技术学院在电子技术课程教学过程中,灵活采用适当的教学方法、教学模式,充分利用各种教学手段,进行模块化教学,激发学生的学习兴趣,让学生乐于学习,乐在其中,使学生掌握高素质技能型人才所必须具备的电子电路基本知识。此外,突出实践教学,更新实践教学内容,提高学生的动手实践能力和电路认知、故障处理能力,培育学生的电路设计能力,以促进学生职业技能和职业素质的全面提升。
【参考文献】
[1]谢兰清.电子应用技术项目教程[M].北京:电子工业出版社,2013
[2]冯燕芳.高职院校实践教学评价指标体系研究[J].职业技术教育,2012(8)
[3]谭永红.电子线路实验进阶教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008
电子技术是研究用电子电路对各种电信号进行分析处理的技术,应用面极其广泛,具有自身的理论和实践体系。“模拟电子技术基础”作为电子技术方面入门性质的课程,是电气、电子信息类等专业本科学生必修的一门技术基础课。该课程主要介绍半导体器件的基本特性、模拟电路及系统分析和设计的基本理论、基本方法和基本技能。由于半导体器件和模拟电路种类繁多,性能复杂,分析和设计方法具有很强的工程性和实践性,因此初学者往往感到这门课程很难学,戏称“模电”为“魔电”。究竟这门课程的学习难在哪?在教学中如何化解这些难点问题,本文结合作者的教学实践进行了一些探讨。
二、模拟电子技术的主要学习难点
(一)元器件特性难理解电子电路是由二极管、三极管等半导体器件和电阻、电容等无源元件组成的实用电路,包含模拟电路和数字电路两大类。模拟电子技术主要学习模拟电路的分析计算方法,其基本思想是运用线性电路的基本理论和方法,通过求解电路中电压、电流等物理量,来分析模拟电路的各项性能指标,或确定电路中元器件的参数值。由电路理论我们知道:基尔霍夫电压电流定律(KVL、KCL)和元器件的电压电流关系(VAR)是求解电压、电流的两个基本出发点。因此模拟电子技术课程首先介绍半导体器件的基本特性及VAR。常用的半导体元器件有二极管、三极管和场效应晶体管等。对器件工作特性的理解,涉及到半导体PN结微观机理、器件端口非线性VAR、电容效应、主要参数和温度特性等诸多内容,尤其是三极管和场效应晶体管是三端元件,端与端之间的VAR更加复杂。这些半导体元器件表现出的非线性VAR的复杂性及温度特性让初学者感到头绪乱、难理解。
(二)工程近似方法难适应在接触模拟电子技术之前,学生被训练成的思维模式是习惯用精确计算方法分析解决问题。而在模拟电子技术中,常采用工程近似方法,即根据实际情况采用不同的简化方法分析各种电子电路。近似体现在具体情况具体分析,突出主要矛盾,简化电路的分析计算模型,这种近似虽然会造成计算精度上的误差,但可以大大地简化分析计算的难度和工作量,而且也完全符合实际电子电路的精度要求。在模拟电路的分析计算中,有多种近似处理方法,如基本放大电路的交直流分析,对三极管采用不同的近似模型;运放应用电路的分析,对运放采用理想化的近似;功放电路的功率计算,采用大信号图解分析对功率管做有效的近似,等等。学生头脑中本来还没有这种工程近似分析的思维方式,一下子面对这么多近似化简的具体情况,容易不知所措,难适应。
(三)交直流的作用和相互影响难想象最基本的模拟电路是放大电路,即对输入的模拟信号进行放大处理。放大电路也是构成各种功能模拟电路的基本电路。在分析放大电路时,一般用正弦波表示输入的模拟信号,而电路要起到正常的放大作用,需要加直流电源,以保证电路中的三极管处于放大的状态,同时还需要设置合适的静态工作点,以保证能对输入信号进行不失真的放大。因此在实际的放大电路中,直流电源的作用和交流信号的作用总是共存的,但在分析计算时,往往采用分别计算方式,即在直流等效电路中计算静态工作点,在交流等效电路中计算动态参数。在这些分析计算中,交直流电压电流是如何相互影响的?何处体现出了这种影响?对用图解法定性分析这种影响,学生往往不容易理解。另外模拟电路都是反馈电路,放大电路引入负反馈以改善电路的性能,信号产生器电路引入正反馈以实现振荡。由于反馈作用,输出端的电压电流会影响输入端的电压电流,有的只有交流影响,有的只有直流影响,有的交直流影响共存,这种电压电流相互影响关系使得电路分析计算更加复杂,学生更是难以想象这种作用对电路性能的影响。
(四)基本单元电路种类繁多性能各异难掌握尽管当今电子技术发展日新月异,新的电子产品层出不穷,电路系统的集成度越来越高,功能越来越全,但是构成这些电路系统核心的基本单元电路基本上没有变化。掌握这些基本单元电路的电路结构,学会分析计算这些电路的性能指标,是模拟电子技术课程的学习目标。模拟电路系统的基本单元电路包括低频电子电路和高频电子电路。“模拟电子技术基础”课程主要涉及低频电子电路的分析与计算,其中包含了许多基本单元电路,如晶体三极管基本放大电路的三种组态;场效应管放大电路三种组态;功率放大电路;多级放大电路;差分式放大电路;电流源电路;反馈电路;集成运放电路及应用电路;稳压电路等等。这些单元电路各有其基本的电路结构和性能特点,在分析计算时,考虑的细节问题不同,采用的近似方法也不同。如基本放大电路的作用是不失真地放大微小的输入信号,采用微变等效电路模型进行分析计算,而功率放大电路的作用是输出大功率,即在电路的输出端得到尽量大的输出电压和输出电流,常采用图解法分析电路的功率问题;为了克服直接耦合多级放大电路的零点漂移问题,采用差分电路结构,等等。这么多的基本电路结构,在分析计算时要考虑的细节和方法,都是与实际需求相关,没有统一的规律和方法可循,正因如此,学生在学习时往往感觉很凌乱,摸不着头绪,不容易掌握其核心思想方法,碰到一些实际电路问题就容易不知所措。由于缺乏对实际电路的了解和见识,即便是照葫芦画瓢会计算各种电路的性能指标,但还是难以想象这些单元电路究竟是如何体现它的功能的。
三、化解难点的一些教学策略
(一)利用简单二极管电路,引入非线性电路近似处理方法目前许多的模拟电子技术教材,在关于二极管、三极管和场效应管器件介绍这部分内容中,花了相当的篇幅描述器件的工作原理、特性曲线和主要参数,而在放大电路分析时才引入图解法和微变等效电路模型方法。图解法分析放大电路的工作过程是教学难点,学生往往对曲线之间的映射关系不清楚。其实图解法是线性和非线性电阻电路的一种分析方法。我们可以在分析简单二极管电路时,引入图解法和一般非线性电阻电路的近似处理方法,使学生在头脑中建立起非线性电阻电路分析的一般思路。
(二)强调单元电路分析的基本步骤,引导分析思路和方法前面提到,基本单元电路是构成各种实际电子系统的基石,掌握了基本单元电路的结构、工作原理和特性,就容易分析和设计具有实际功能的各种电子系统。面对众多的结构和性能各异的基本单元电路,我们采用所谓“五步教学法”,即固定的5个步骤讲解基本单元电路:
(1)电路功能和电路结构以实际功能需求为先导,或是在总结已学单元电路不足的基础上,引出要学习的单元电路,强调电路结构的构思方法和特点,使学生在认识电路同时,也能对电路构成的基本规律有所了解。例如在学习功率放大电路时,一般的教学策略就是,先简单说明单管甲类功放电路的效率低的原因,提高效率的途径,从而引出互补对称乙类功率放大电路结构。然后说明构成电路的结构要素和关键元件,以帮助学生认识和记忆。
(2)工作原理分析在这个环节,主要是定性分析电路中各个元件的作用,电路的工作过程,从而说明电路的功能。有些单元电路的学习,以定性分析为主,如负反馈放大电路的分类判断,正弦波振荡电路的分析等。反馈电路的分析和判断,可以说是模拟电子技术学习的难中之难,针对具体电路进行判断的过程是,首先要正确辨识反馈网络和基本放大器的输入端,然后判断反馈网络与输入信号的位置关系,从而判断是串联或并联反馈,再根据反馈量和输出量的关系,判断是电压或电流反馈,最后根据瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈。以上判断过程对负反馈放大电路和正弦波振荡电路分析都适用,应该强调反馈量仅仅取决于输出量,与输入量无关这个基本出发点。
(3)主要参数分析计算在单元电路的学习中,有些电路要求掌握一些性能参数的计算,如放大电路静态工作点和动态参数的计算、功放电路输出功率和效率的计算,集成运放应用电路的分析计算,稳压电路的输出电压计算等等。这些计算中都采用了工程近似方法,不同的电路分析采用不一样的近似方法,如静态工作点的计算在直流通路中进行,三极管的发射极正偏时,采用0.7V模型近似,而在求放大电路的放大倍数、输入阻抗和输出阻抗等动态参数时,三极管采用的是微变等效电路模型,这些问题,与前面讨论的非线性电路近似处理方法联系起来,就好理解啦。讨论这些电路的计算问题时,一定要强调说明不同电路计算的近似方法和手段,学生才会有的放矢地加以运用。
(4)应用及注意事项单元电路都是构成实际电子产品的基本电路。为了加深学生对模拟电路的认识,提高学习兴趣,激发探索精神,在讲授一些单元电路时,可以适当举例,说明这些电路在实际中的应用。如学习功放电路时,可以扩音器电路示例,在学习直流稳压电源时,可以一个实际稳压器电路为例,还有集成运放构成的各种应用电路等等。有两种教学策略说明单元电路的应用,一是从引入实际电路开始进入单元电路的学习,在实际电路图中框出单元电路;二是在学完后举例说明单元电路的实际应用,这时应从应用的角度说明应用电路的构成原则、元器件参数的选择、应用条件等注意事项,有条件的话,可在课堂上做实物演示或仿真演示。
(5)归纳小结对于每个单元电路讲解的最后,都应该按照以上4个步骤进行归纳小结,使学生对该单元电路结构特点和功能的加深认识、对该电路的分析方法和手段加深印象。再通过例题讲解或练习,使学生学会分析和应用。我们强调对单元电路结构的认识,这样在分析一个具体的、复杂的实际电路图时,就容易从中划分出一个个的单元电路,然后根据单元电路的功能和连接关系,推测出该实际电路的功能,这也是分析实用电子系统的基本方法。
(三)仿真和实物实验相配合,提高认知和动手能力电子技术是一门理论和实践都很强的学科,要学好模拟电子技术,离不开配套的课后实验环节。通过实物实验,学生可以加深对知识的理解,同时学会使用常用电路测试仪表,了解电路测试技术,提高动手能力。但以往的课后实验都是在单元电路学完后才开展的,在学习时仍然存在不好理解等问题。随着计算机技术的飞速发展,以计算机辅助设计为基础的电子设计自动化(EDA)技术已成为电子电路分析与设计的主要工具,EDA系统中所包含的虚拟仿真技术可以作为电子技术课堂教学有效的辅助手段,实现对单元电路的演示,帮助学生理解所学知识。我们在教学中采用了ElectronicsWorkbench(EWB)软件,在课堂上演示基本放大电路、功放电路、振荡电路等单元电路的功能,能够形象地看到一些电路现象,如输出波形的变化及影响因素等。现在有一种趋势,就是电子技术的课程教学越来越软化,甚至全部用EDA软件仿真替代实物实验,这是不可取的。我们认为模拟电子技术课程教学,一定要仿真和实物实验相配合。在讲授元器件时,把二极管、三极管、集成运放芯片等拿到课堂上展示。通过在面包板上搭建一个个实物电路,并通过实际仪器仪表对其进行测试和观察,学生才能感受真实单元电路的魅力,提高认知和动手能力。
四、结束语