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序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇模擬電子技術基礎范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
作者簡介:許建霞(1975-),女,江西南城人,武漢理工大學信息學院,講師。(湖北 武漢 430070)
基金項目:本文系武漢理工大學教研項目資助:“模擬電子技術基礎”輔助教學平臺研制的研究成果。
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)33-0047-02
“模擬電子技術基礎”是電氣自動化、電子科學與技術、電子信息、通信與信息系統等學科的基礎課程。為了讓學生能更好地適應新技術的發展,掌握模擬電子技術的基礎知識,有必要加強學生對“模擬電子技術基礎”課程的學習。但“模擬電子技術基礎”課程所涉及到的電路以及分析方法比較抽象,講解起來非常困難,學生也普遍反應比較難學,素來有“魔鬼模電”之說,[1]在學習過程中,常感到比較枯燥,難于理解,影響了學生對學習這門課的興趣,學習質量也相應的下降。為了保證學生能真正理解其基本概念和方法,為其將來自學其他內容打下基礎,這就要求教師在教學過程中必須采取一定的技巧和方法,將“模擬電子技術基礎”的理論知識與Multisim軟件有機結合起來,利用Multisim強大的電路仿真功能,[2-3]將一些抽象的概念和技術理論用易于理解的可視化圖形演示給學生看,有助于學生對知識點的理解和掌握。
一、豐富課堂教學手段
為了提高教學質量,提高學生的學習興趣,激發他們學習的熱情,首先要注重課堂教學過程設計的連貫性,上課時,可以以提出問題的方式引入本節課的教學內容,然后圍繞要解決的問題展開教學,這樣可以讓學生對本節課要學的內容有一個清晰的認識。其次針對目前“模擬電子技術基礎”課程內容多,課時不夠的矛盾,在課堂教學的過程中充分運用多媒體教學與傳統板書教學相結合的方式,對于一些理論推導和典型電路的分析方法等采用板書教學,而對于一些結構較復雜的電路分析則采用多媒體課件,且多媒體課件要避免照搬教材,在多媒體課件中可以借助動畫來幫助學生理解抽象的知識點,例如二極管、三極管和場效應管的工作原理非常抽象和復雜,是模電的教學難點之一,如果利用Flas演示器件內部復雜的載流子微觀運動,有助于學生理解這類器件的外部特性和主要參數,這樣也充分發揮了多媒體教學和傳統板書教學各自的優勢。最后在課堂教學中引入Multisim軟件仿真,將理論教學與實驗教學結合起來,Multisim9提供了豐富的元件庫,包括電源庫、基本元件庫等,虛擬儀器是電路仿真和設計必不可少的測量工具,靈活運用各種分析儀器會給電路的仿真和分析帶來方便,Multisim9提供了20種虛擬儀器,[4]包括萬用表、示波器、信號發生器等,利用Multisim9提供的元件搭建仿真電路,然后用虛擬儀器對電路進行分析,這一過程,如同在真實的實驗室中搭建真實的電路,由于上課時間有限,重點放在演示上,搭建仿真電路的具體過程可作為課后作業布置給學生來完成。
二、教學實例
以講解射極偏置放大電路為例,本章節內容包括溫度對工作點的影響,射極偏置放大電路穩定工作點的過程,靜態工作點分析和交流工作狀況分析,教學設計思路如下:
(1)由基本共射放大電路的特點引出射極偏置放大電路。利用Multisim軟件,打開溫度掃描參數設計界面,設置起始溫度和終止溫度,分析溫度對基本共射放大電路靜態工作點的影響,基本共射放大電路如圖1所示,在溫度分別為26℃和96℃下節點1、2、3的電壓如圖2所示,從圖2中,學生可以非常直觀的看出溫度對該放大電路靜態工作點的影響。
(2)分析溫度對三極管參數的影響。
(3)給出能夠穩定工作點的射極偏置放大電路,如圖3所示,分析各個元件在電路中所起的作用以及講解該電路是如何穩定工作點的。
(4)分別從理論上計算靜態工作點和用Multisim仿真分析靜態工作點,然后對兩者進行比較,Multisim仿真分析靜態工作點如圖4所示,與理論值相近。
(5)先從理論上推導分析電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻;再用Multisim仿真。仿真結果如圖5、圖6和圖7所示,在圖5中A通道為輸出波形,B通道為輸入波形,從圖5可以看出放大倍數約192倍;圖6為輸入電阻的測量,從圖6可計算出輸入電阻約為3.24kΩ;圖7為輸出電阻的測量,從圖7可計算出輸出電阻約為5kΩ。最后對兩者進行比較。
三、課后作業
多數教材都配有一定的練習題,而且有答案,因此很多學生對教師布置的課后作業不感興趣,感到很枯燥,容易抄襲答案,這樣背離了教師布置習題的初衷。為了避免這種現象發生,布置課后作業也要求學生將理論計算與仿真結合起來分析電路,還可以布置一些思考題來讓學生思考,例如在講完射極偏置放大電路后,課后可以布置這樣一道題:電路如圖3所示,討論R5分別取0Ω和100Ω時溫度對放大倍數的影響,學生通過設置溫度掃描參數界面設置相應的參數,進行仿真,得到R5=0Ω節點6的波形如圖8所示,幅度值較大的為溫度27℃時節點6的波形,而幅度值較小的為溫度90℃時節點6的波形,學生從圖8可以很明顯的看出溫度升高時,交流輸出幅度值減小了,說明放大倍數的穩定性不高。R5=100Ω溫度分別為27℃和90℃時節點6的波形如圖9所示,學生從圖9可以看出溫度升高,交流輸出幅度值變化不明顯,說明R5起到穩定工作點的作用,也抑制了溫度的變化對放大電路電壓放大倍數穩定性的影響。在整個做作業的過程中,學生通過理論計算,搭建仿真電路圖,對原理圖進行仿真,把仿真結果和理論計算做比較,這樣既加深了學生對課堂知識的理解,又激發了學生的學習熱情。
四、結論
要使學生較好地掌握模擬電子技術基礎教材中的許多概念、理論知識,需在合理安排各個章節內容的基礎上,強調教與學方法的改進,在授課的過程中,為了合理利用有限的課堂授課時間,電路圖和一些重要的結論可用多媒體課件顯示;推導過程用板書,這樣可以讓學生在上課時,有足夠的時間思考和做筆記;對結果進行驗證,可利用課前準備好的Multisim文件,或者在PPT中用超鏈接。至于如何具體搭建電路圖和對電路進行仿真,可以讓學生利用課余時間來完成。利用Multisim輔助教學,可以鞏固學生對“模擬電子技術基礎”理論知識的理解,使學生對理論知識的理解和實際應用技術的掌握達到事半功倍的效果。
參考文獻:
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[2]石嘉順.基于Multisim環境下的電路設計與仿真[J].計算機仿真,
《模擬電子技術基礎》是高校信息類專業的基礎主干課程,在本科教學計劃和課程建設評估中占有重要的地位。當前許多高校都是按院系統一招生,學完專業基礎課再分專業方向和選擇專業模塊,強調“寬口徑、重基礎”,在這種培養模式下,作為專業基礎課的《模擬電子技術基礎》的教學就顯得尤為重要。
1 課程現狀及存在的問題
《模擬電子技術基礎》是培養電子信息專業技術人才的重要基礎課程,它講述電子器件及其應用的知識,內容經歷了從電子管到晶體管到集成電路的發展過程。近年來,信息技術發展迅速,電子信息技術產業已成為國家經濟發展的支柱產業,國家需要大量的電子信息技術專業人才。但是在很多高校卻出現了奇怪的現象:近些年,《模擬電子技術基礎》課程反而出現了“沒落”的趨勢,青年教師不愿教、學生不愛學。近幾年對信息類學生成績的統計表明,《模擬電子技術基礎》課程是不及格人數最多的科目之一。出現問題的原因,主要有以下兩個方面:
第一,隨著電子和相關產業的高速發展,《模擬電子技術基礎》課程所涉及的內容發生了很大的變化。新的專業發展不僅要求學生具備一定的理論基礎,而且對學生的實踐能力和動手能力也提出了更高的要求。但是傳統的教學內容和方法強調培養研究型的人才,強調理論,強調對復雜的電路原理及物理過程的分析和研究,而對課程的工程應用性反映不足,不夠重視實踐,實驗課設置不盡合理,這些使得《模擬電子技術基礎》課程在“教與學”“學與應用”的環節上與現實的要求存在較大的矛盾。例如,學習三極管、場效應管等器件和各種放大電路時,教師花了很多課時對器件、電路原理進行講述,推導計算公式,學生感到枯燥、難懂,應用能力欠缺。教師反映“難教”,學生反映“難學”,有些同學甚至戲稱這門課為“魔鬼電路(魔電)”,這在很大程度上影響了學生學習的積極性和主動性。
第二,近幾年來,《模擬電子技術基礎》的教學處于尷尬的地位。講過這門課的老師都有這樣的感受:《模擬電子技術基礎》這門課不好上。它既需要扎實的理論功底,又需要較豐富的實踐經驗,需要教師投入大量時間精力才能上好。但是由于它不屬于信息技術發展的前沿課程,科研創新的機會少,學校投入、重視不足,使任課教師心理出現落差,因此很容易造成教師特別是青年教師不重視教學工作,不愿投入時間和精力去研究教學改革,最終導致整體教學水平出現下滑。
2 教學模式的改革
課程的教學改革勢在必行。一方面加強宣傳,使各級管理和教學人員認識到專業基礎課既是傳授從事本學科和專業方向所必備的基本知識,又在人才培養和三類課程體系中起到承前啟后的作用,必須注重專業基礎課的投入和師資的培養。另一方面必須不斷調整教學的內容、方法和手段,適應信息技術發展對人才的需要。
2.1教學改革
2.1.1 改革傳統教學方法和手段
根據專業發展重視實踐動手能力的要求,改變傳統教學強調理論的“滿堂灌”的做法,授課方式由“單向傳授”轉變為“多種方式”。例如,開展互動學習法,選擇一些章節,組織學生自學――演講――討論,最后教師給予總結,完成教學過程。也可以選擇適當章節,采用“實踐――理論――實踐”的方式,由學生先做實驗,認識電路,然后學理論加深理解,再做實驗進一步提高。除了常規作業外,教師可以適時安排2~3次大作業,比如,在學完二極管、三極管及場效應管這三章內容之后,設置若干實用電路,如,二極管構成的限幅電路、單相橋式整流電路、共射極放大電路等,并提出使用條件和參數要求,由學生分組選題討論設計。最后,教師可以安排專門時間,由每組派出代表,講解設計過程,通過MULTISIM或PSPICE軟件驗證設計結果。這樣,有助于培養學生將理論知識運用到實踐中的能力。
在教學手段上,采用多媒體的教學方式和傳統的教學方法相結合。多媒體教學是近幾年來各高校高度提倡的教學手段之一,它具有傳播信息量大、圖文并茂、形象直觀的特點,在《模擬電子技術基礎》課程中使用多媒體教學,可以節省時間,對電路的講解也更清晰。然而傳統的教學方法也不能完全拋棄,它可以使學生有更多的時間思考、消化所學內容。據測算,完全使用多媒體進行教學,可以在兩個課時內完成傳統教學三個課時的內容。因此,教師可以根據學生的具體情況,選擇合適的課時比例,靈活使用這兩種教學方法,以期達到良好的教學效果。
2.1.2 教學內容的改革
近幾年來,電子技術進入了飛速發展的時期,集成化代表著電子技術的發展方向。電子技術的教學必須體現這一方向,以集成為主,拓寬更新教學內容。對不符合集成發展方向的傳統電路及其分析方法,如,對于變壓器耦合電路工作點的靜態及動態圖解法、差分式放大電路參數的計算等應進行精簡,而對基本放大電路、負反饋概念及穩定性內容應加強。同時,在教學中,教師應著重闡明基本電路的原理、功能及主要參數,尤其要給出電路的應用實例。
在課程的定位上應當明確,《模擬電子技術基礎》課程的重點不是理論問題而是應用問題,強調實踐應用和電子設計能力。《模擬電子技術基礎》采用“近似模型”,強調“工程性”和“近似估算”。因此《模擬電子技術基礎》的教與學,應當采取“避虛(純理論)就實(實際應用)”的策略,要強調物理概念,不要陷入盲目的公式推導而成為講數學,有關理論只要“夠用即可”,這是課程性質所決定的。
2.1.3 實驗課改革
實踐教學是《模擬電子技術基礎》課程教學的重要組成部分,但是長期以來實驗教學一直作為輔助環節從屬于理論教學,受到課時和硬件條件的限制,使實驗課的設置不盡合理,實驗的作用得不到充分發揮。許多實驗課變成了走過場,有些學生做了一學期的實驗后仍不認識器件,不了解器件參數。因此,實驗課改革的目標就是要使學生真正參與到實驗中來,通過實驗提高動手操作能力。實驗的改革主要從以下兩個方面著手。
2.1.3.1 改革實驗內容
第一,設置入門實驗課時,激發學生對實驗的興趣。
在學生學習《模擬電子技術基礎》課程的第一周,開設2課時的教學實習,采用直觀教學方法和手段,準備好各種電子元器件、歷屆制作的電子作品,例如,音樂賀卡、搶答器、數字電子表等,讓學生零距離接觸、觀看和測試,讓學生充分感受電子產品并非高不可攀,它就在我們即將學習的知識中,消除學生對電子電路設計的陌生感和神秘感,激發學生對實驗課程的興趣。
第二,設立驗證性實驗、設計性實驗、綜合設計性實驗等多層次的實驗模式。
《模擬電子技術基礎》的實驗教學模式可設置為如下的三個層次:第一,驗證性實驗。實驗內容主要是對所學理論的驗證,目的是加深學生對電子技術基本理論的理解,比如,晶體管共射極放大電路實驗,通過實驗學生就會加深對靜態工作點對放大器性能影響、電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等概念的理解。但此類實驗由于缺乏主動性與創造性,所占比例不宜過大。但是,目前90%的實驗都屬于此類。第二,設計性實驗。需要學生根據實驗要求,先設計電路,然后選用器件完成應用電路,目的是培養學生的設計、裝調與測試電路的能力。實驗內容可由易到難,比如,可以結合理論課的大作業,從設計二極管的相關電路開始,循序漸進。在學完運算電路和功率放大電路后,就可以讓學生設計卡拉OK音響電路,學生通過麥克風輸入聲音,加法電路混合聲音、再由功率放大電路輸出聲音,將三部分的內容結合在一起完成設計。這類實驗的設置能使學生的應用能力及動手能力大大增強,因此,這是實驗課內容改革需要重點關注的部分。第三,綜合設計性實驗。實驗內容是以模擬電子電路為主,利用跨學科知識、器件進行綜合性系統的設計的實驗,這類實驗要求學生具有較高的綜合能力和創新能力,難度較大,因此,選擇實驗內容時可適當考慮,有條件的情況下可考慮設置成課程設計內容。這三類實驗的比例以4:3:1為宜。
2.1.3.2 建立開放的實驗室
《模擬電子技術基礎》的實驗課程一般設置8個實驗,每個實驗2個學時。但從實驗效果來看,由于學生水平參差不齊,有創意的學生感覺時間不夠用或自己的設計想法沒有機會實踐,而實驗教師則感到學生多,壓力大。每次實驗結束,學生意猶未盡而教師筋疲力盡。因此,建立一個開放的實驗室是解決當前遇到的問題最好的辦法。實驗室除了在規定的時間段內承擔計劃內的實驗外,其他時間向所有學生開放。實驗室提供必要的軟件,如PSPICE、PROTEL、MUILTISIM、MAXPLUS2等以及一些基本的電子元器件,安排相關的教師進行指導。學生可根據自己的時間、興趣進行預約,實驗內容既可以是實驗課內容的深化,也可以進行創新設計。
3 結語
《模擬電子技術基礎》是信息類專業一門重要的專業基礎課程,隨著電子技術的發展,《模擬電子技術基礎》課程中的基本器件、內容體系、實驗方法、設計手段也在不斷發展更新,這就要求教師不斷更新與改進教學的內容、方法和手段,使學生“學能懂”“學能用”,充分發揮教育優勢,培養高素質、創新性的人才。
參考文獻:
關鍵詞:
非電專業;電子技術;教學內容;教學方法
應用型人才所具備的特征是有較強地實際動手能力,具備創造性地運用專業知識和技能解決該專業領域實際問題的能力。目前社會對這種人才有著廣泛地需求,在社會工業化乃至信息化的過程中,社會對這種人才的需求占較大比重,而培養各專業領域的應用型人才應該是高校的首要任務及人才培養目標。這類人才的培養往往需要一個復雜的過程,而這個過程中最基本的單元就是課程的建設,強化核心課程模塊建設,優化應用型人才培養的課程結構體系是各高校培養應用型人才的必要環節。作為課程直接講授者的一線教師,深化課程建設和改革是首要任務。模擬電子技術是理工類專業一門關鍵的專業基礎課,學生對其掌握程度直接影響后續相關專業課、實踐類課程的學習及至將來的考研及就業。模擬電子技術是實踐性較強的專業基礎課程,從目前應用的教學大綱、現有教材及該校的課堂教學中,發現課程存在諸如課程內容跟不上電子行業發展、教學方法單一、基于實驗箱進行驗證性實驗無法鍛煉動手能力及考核環節缺乏有效的過程性評價等問題,這些問題是類似專業基礎課程的共性問題。課題組結合多年教學經驗并經過廣泛調研和交流討論,在教學內容、教學方法與手段、實踐教學環節三方面進行了探討。
1教學內容調整
模擬電子技術課程的特點是知識點多,學生除掌握大量的新概念外,還要掌握電子電路的分析方法及一些電子器件,繁瑣的內容極易導致學生失去興趣,影響學習效果。另外,該校模擬電子技術基礎課程選用教材為康華光版《電子技術基礎》的模擬部分,該教材的特點是知識面特別全面,除基本內容之外,還編有較為深入的內容,在第一章的最后一節對應有PSPICE仿真例題,這些例題是教材理論內容外需要更全面地分析或是設計來實現的,有利于學生開拓思路。隨著現代電子技術發展,金屬-氧化物-半導體場效應管已取代雙極結型晶體管成為集成電路的主流。教材中相應增加了例如砷化鎵場效應管(MSFET)、VMOS功率器件等。教材本身內容及先進性是足夠人才培養知識體系構建的,問題是課程沿用的教學大綱基本沒有變動,教學內容仍以傳統的結構體系為主,體現電子技術先進性的章節往往是被刪掉了,不夠重視應用和實踐內容。針對這些問題,構建模塊化的教學內容體系更有利于學生對該課程的學習。緒論作為課程導學模塊,為后讀各章的學習提供引導性的背景知識。半導體二極管、雙極結型三極管及場效應管作為半導體器件模塊,基本放大電路的分析方法為一模塊。這其中適當調整教學內容,適當刪減原來以晶體管為主的電路,增加場效應管組成電路的教學內容,體現電子技術的先進性和實用性。集成電路基礎及反饋技術(包括集成運放的應用)為第三個模塊,集成器件相較于分立元件電路比優勢更為突出,也更接近實際應用。這一模塊的教學重點內容應適當由原來偏重于分立元件電路,向集成電路相關芯片介紹,集成電路參數測試及典型應用電路分析等偏重。第五模塊則為實用模擬電子電路,包括信號處理及產生電路、直流穩壓電源等。這一模塊內容往往是教材中的最后章節,以往的教學中大都將其作為一般內容講解。以應用型人才培養為目標,這一模塊內容恰恰是最接近電子技術實際應用的章節,應調整為重點講解內容。
2教學方式改革
2.1融合多種教學方法,改變單一的“講授式”教學經調研,大多高校的模擬電子技術課程都仍以講授式為主,即教師按部就班地按照教學大綱規定內容依次講授,學生則被動接受。以現有的教學條件及學生知識接受程度不同的情況來看,完成摒棄講授式教學是不可能的,解決辦法當是教師以講授為基礎,提煉多種教學方法,針對不同教學內容進行分析,確定哪些內容適合講授,哪些教學內容適合引導學生探究思考,哪些內容適合展開討論等。針對不同教學內容,以課程組為單位,教師集體備課,共同交流討論,同一界學生中的不同班級可進行多種教學方法的嘗試。最終目的是以應用型人才培養為導向,以調動學生學習主動性為目的,探討出師生得以互動的課堂教學模式,激發學生學習興趣。例如:常用的“項目驅動”教學法很適用于模擬電子技術教學。如要求學生設計一個指定參數指標的直流穩壓電源的過程中,學生可將電源的組成、工作原理、質量指標計算等理論的知識點研究一遍,相較直接講授式教學效應更好。
2.2充分利用多媒體教學手段,提高教學質量多媒體課件信息量大,無需教師花費時間在黑板上畫電路圖,在模擬電子技術基礎教學中得到了普遍采用。多數教材配套有多媒體課件,在使用之前一定要根據不同專業學生的教學大綱修改及完善課件。在使用課件教學時,易出現完全摒棄板書、教學節奏過快,導致學生無法做課堂筆記甚至跟不上教學進度的現象。經課程組多年教學經驗,采用傳統板書和多媒體課件相結合的方式更利于學生的理解。例如:基本放大電路的圖解分析法,輸入輸出特性曲線可在PPT中顯示,相對應的特性曲線方程及工作點Q的相關推導可在黑板上一步步給學生推導。
2.3利用網絡資源,推行網絡課程建設隨著高校的不斷擴招,師生比例不斷提高,多數高校存在教學資源缺少的問題。為了減輕教師的授課壓力,保證教學質量,同時也滿足不同層次學生的學習要求,課程組開發了該課程的網絡課程平臺。網絡使教師教和學生學的活動產生了時空的分離,教師可以不再是直接的教育者,教育目標和教學活動可通過網絡課程來實現。課程組在建設網絡課程過程中,以應用型人才培養為目標,除具有課程應該具備的基本的教學大綱、多媒體課件、電子教案、教學錄像等教學資源外,另建設了案例教學欄目。其采用FLASH格式,是根據該學科的特點,制作的幾個具有針對性的典型案例。例如:其中一個肌電假肢的案例,是一個典型的測控系統,可檢測神經,控制執行機構,引起學生極大地興趣。此案例與低頻電子線路課程中的小信號放大電路及功率放大電路等知識點均相關,是其典型的應用。案例教學既提高了學生的學習興趣,又可在興趣中學習課程相關知識點。
3實踐環節改革
通過有效地實踐教學手段,可使學生獲得電子技術方面的基本知識和基本技能,并運用所學理論來分析和解決實際問題,提高實踐動手能力。課程將對應實驗課分為三個層次:第一層為基礎性驗證性實驗,是以驗證模擬電子技術有關理論為目的。第二個層次是提高性實驗,主要是根據給定實驗電路,由學生自行選擇測試儀器,完成規定電路性能測試任務。第三個層次是綜合性和設計性實驗,學生根據給定設計任務指標及要求,自行設計實驗電路圖,選擇合適元器件并組裝實驗電路,擬定調試及測量方法,這個層次的實驗,可培養學生運用所學知識解決實際問題能力。在實驗教學過程中,強調以實驗操作為主,實驗理論教學為輔。圍繞和配合各階段實驗的教學內容和要點,進行必要的和基本的實驗理論教學。可采用“多媒體教學”“虛擬實驗”等多種手段,以提高實驗教學效果。貫徹因材施教的原則,對不同程度的學生提出不同的要求。在完成規定的基本實驗內容后,允許程度較好地學生選做加做某些實驗內容。
4結語
該文以應用型人才培養為導向,以模擬電子技術基礎課程教學為例,針對課程現存教學問題,結合課程組多年教學經驗,從教學內容、教學方法及實踐教學環節三方面對模擬電子技術基礎課程的教學改革進行了研究。提出的一些措施若能有效改善這些教學問題,那么這一套應用型人才培養模式中的課程改革方式即可推廣到任何相關課程的教學實踐中去。
參考文獻
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0.引言
《模擬電子技術基礎》是電子、電力工程、通信、計算機等工科專業的一門理論性和實踐性都很強的技術基礎課;它是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學科。該課程對后續課程的學習有著很重要的作用,學生對該課程的掌握程度直接影響著后續專業課程的學習。但該課程內容多、理論比較抽象,學生對定義和概念等理解困難;而實踐性又較強,學生感覺理論學習很吃力,實踐時感到無從下手,就是在指導教師的指導下做出了實驗結果,也對實驗結果不能作出合理、準確的評價,因此學生都感到該課程難學,學習效果不夠理想。如何讓學生在有限的學時內學好該門課程,并提高學生的實際動手能力,是每一位《模擬電子技術基礎》課程教師要探索的問題。
1. 提高教師自身專業素質
要想上好課,教師本身就是重要的因素。在電子技術日新月異的形勢下,為了培養面向21世紀的電子技術人才,使之更符合電子信息時代的要求,承擔教學任務的教師必須能跟上時代的步伐,深造、加強專業學習、提高自身實踐能力,能夠站在學科發展的前沿,能夠根據電子科技的發展用最新的專業知識武裝自己,努力成為一名“復合型”、“雙師型”教師。教師對電子專業知識的學習絕不可能一勞永逸。
電子專業教師只有具備了過硬的理論與實踐技術,做到理論與實踐相結合,才能更好地組織《模擬電子技術基礎》課程的教學。才能做到在課堂上教有所長,引導有方。電子專業教師應積極參與社會實踐,電子行業發展迅猛,新型元器件、新型大型集成電路不斷涌現,新型電子儀器設備不斷更新,向更深層次、更高技術含量領域發展。電子專業教師為了及時地掌握這些新技術,必須積極參與社會實踐;必須深入研究機構、生產研發部門進行實踐學習,這樣才能做到在實驗室里指導學生時,處事不亂、胸有成竹。
2. 合理安排教學內容,提高教學效率
隨著現代電子科學技術的飛速發展,一些電子器件也在發生著巨大的變化,一些集成電路的規模不斷擴大,功能不斷提高,為了跟上時代的步伐,《模擬電子技術基礎》課程的內容也在不斷地更新、變化;而每所高校對該課程設定的課時是有限的;因此,教師應根據電子科技的發展現狀和各專業培養目標合理優化教學內容,強化定性分析,淡化定量推導;強調估算,淡化精算,適當引入最新科技成果。
《模擬電子技術基礎》教材大部分比較厚、章節多,學生一般對厚重的書籍比較畏懼,因此,一定要上好緒論課。上緒論課時教師應該簡要地講清課程的整體結構,讓學生明白該門課程的主干,明白在該門課程里要學些什么內容,學生在有了整體把握后,會打消自己的畏懼情緒,為以后的學習打下一個好的基礎。科學安排教學順序,循序漸進,力求所教內容學生能學以致用。
3. 注重教學方法,激發學生的學習興趣
3.1 教學中多運用對比、比喻方法,化難為易
在進行概念的教學時,恰當地運用對比、比喻的方法,能使枯燥的知識變得更加形象有趣,深奧的理論變得更形象,抽象的概念變的更具體,有助于培養學生的思維能力和想象能力,提高了記憶效果和教學效果。例如:講解直流耦合放大電路的零點漂移現象時,可借助于做電路實驗的經驗,在測量電流或電壓時,如果對電流表或電壓表沒有進行零點較正的話,則當沒有輸入電流或電壓時,電流表或電壓表也會顯示非零的數據,這就相當于零點漂移現象,易于學生理解零點漂移現象及其危害。講解放大電路的靜態工作點這一概念時,首先應講明放大電路的工作原理,要使放大電路不失真地放大輸入信號,電路必須工作于合適的靜態工作點。為了讓學生真正理解靜態工作點的意義。可與蕩秋千進行類比。蕩秋千時,繩子距地面的高度必須合適,過低秋千會觸地,過高則游戲著不方便上得去。又譬如:求放大電路輸出電阻時,學生容易將負載電阻算進去,也可借助一個類比加強理解,輸出電阻是放大電路的一個性能指標,好比體重是人的一個指標一樣,把學生的書包類比為負載電阻,測體重時肯定不應該背上書包測,這樣學生以后再犯同樣錯誤的可能性就大大減小了。
3.2 .加強理論聯系實際,增強學生的學習興趣
興趣是最好的老師,教師要想激發并培養學生對該門課程的興趣,必須使學生充分了解學習該門課程的意義和價值。在教學過程當中,應適當多舉一些實際應用,提高教學效率、激發學生的學習興趣。
教學中應從基本應用實例出發,由實際問題提出要學習的相關理論,可以在課堂上充分介紹一些學生感興趣的熱門技術,讓學生了解模擬電子技術在自己的專業領域里的應用前景。比如,在數字通信領域,數據轉換器的高精度,大帶寬設計;在無線領域,高頻、抗干擾等設計都與“模擬電子技術”有關,這樣既可激發學生的學習興趣,又可開闊學生的視野。
3.3.合理、綜合使用現代教學手段
在科技高度發展的今天,課堂教學已不再是“粉筆+黑板”的傳統模式,電教手段已廣泛地應用于課堂教學,有效地利用現代電教手段,可使教學變得生動和靈活,可以大大地縮短板書、板畫時間,加大課堂信息量。傳統的模式雖然手段較單一,但講授節奏流暢,學生思維連貫,教師能夠更好地根據學生的反饋信息及時調整自己的教學思路和方法。所以,綜合使用多媒體與傳統教學手段,可以做到優勢互補,進一步提高教學效果。
對一些理論的推導可采用板書方法,這樣學生好有時間思考、做筆記。對于結構非常復雜的大規模集成電路、交直流負載線的畫法、圖解分析法等,則可充分發揮多媒體課件快捷、方便的優勢,利用事先設計好的多媒體課件進行教學,這樣就避免了現場作圖既浪費時間又不夠準確、科學的弊端。
另外,對一些較難理解的物理過程,應當通過形象化的FLASH動畫來輔助理解。例如,FET的溝道變化過程、BJT內部的載流子輸運過程是教學中的難點,如果采用FLASH動畫來演示發射區注入到基區的載流子變化,學生就能輕松、形象地理解這些抽象的 物理過程。
模擬電子技術教學過程中需要在講解電路理論的基礎上,進行實際電路的設計與實現。因此理論課堂上也必須講解實際電路的設計與應用。在這方面,可通過“先仿真,后實驗”的方式進行。在講解單元電路時,可采用Multisim、Proteus等電路軟件進行模擬仿真。通過仿真學生不但能加強學生對基礎電路的理解,而且仿真也是學生進行創新性電路設計的手段。同樣,學生也可通過仿真對簡單的電子技術實驗進行預習。這樣在實驗的過程中,學生可更熟練地完成電路的安裝及調試,學習的主動性就提高了。
4.建立一個多層次、立體化的實驗教學體系
《模擬電子技術基礎》課程的理論性和實踐性都很強,在《模擬電子技術基礎》課程中,實驗教學的內容如果設置不科學、教學方法如果不合理,將會影響學生的學習興趣、使學生的學習效果大打折扣,難免使實驗教學流于形式,收不到預想的效果。
4.1 合理安排實驗教學內容
《電子技術基礎》實驗的主要目的是,讓學生掌握做基本的與電子技術相關的知識,能夠根據所學的理論知識來解決實際問題。《模擬電子技術》實踐課程除應包含不同層次、不同訓練目標、不同特點的教學內容外,還應該包含儀器使用訓練和工程實踐常識等,通過實驗型實驗加強學生的基本實驗技能。但只有驗證型實驗是遠遠不夠的,在確保驗證性實驗質量的同時,增大設計性、綜合性的實驗內容;由此來激發學生的學習興趣,并提高學生的實踐動手能力,加強學生對理論知識的靈活運用。
4.2 利用EDA技術開設設計型和綜合型實驗
通信、電子電工類專業的學生,除了開設有電子技術課程外,一般還開設了EDA課程,為了提高學生對EDA的應用能力,同時也為了加強學生對模擬電子技術課程的學習,可讓學生利用EDA技術進行設計型和綜合型實驗。教師給出一定的設計任務和原理,引導學生結合計算機仿真軟件,利用EDA技術,獨立完成電子電路的設計、組裝和調試,在實驗中培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。當學生在實驗過程中碰到各種問題時,指導教師只能引導學生去解決,絕不能代為解決,應做到“與其授人以魚,不如授人以漁”。
開放實驗室,鼓勵學生自行進行一些有關電子電路的探究工作,鼓勵學生積極參加各級各類電子設計競賽活動,充分展現出學生內在的學習活動和創造力。
5. 結束語
《模擬電子技術基礎》課程內容繁多,具有較強的理論性和實踐性,學生學習的難度較大。本文對《模擬電子技術基礎》的教學、教改進行了研究。在教學過程中,任課教師應努力提高自身專業素質,掌握專業的前沿知識;優化教學內容,合理采用各種現代教學手段,激發學生的學習興趣,才能收到良好的教學效果。總之,教學過程是一個復雜、多變、靈活的過程,要讓學生在有限的時間內獲取更多有用的知識,需要教師在長期的教學實踐活動中不斷地探索和研究。
參考文獻:
[1].康華光.《模擬電子技術基礎》.北京:高等教育出版社,1999,6
作者簡介:劉浩(1977-),男,四川達州人,東華大學信息學院,副教授;任立紅(1966-),女,內蒙古赤峰人,東華大學信息學院,副教授。(上海 201620)
基金項目:本文系2012年度上海市教委重點課程項目(項目編號:901-07-010155)的研究成果。
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)35-0052-02
以培養學生創新能力為基本出發點,研究型教學是與國家創新體系和高等教育改革高度契合的一種現代教學模式。實施研究型教學是我國創建高水平大學的重要路徑和改革方向。[1]創新能力是不僅關注知識結論本身,還要探究其背景、概念、方法、局限性等,善于發現問題、研究問題,注重逆向思辨的綜合能力。[2]研究型教學模式已成為當前重點高校教學改革亟待解決的深層次問題。“模擬電子技術基礎”是電類本科專業一門重要的專業基礎課,是學好后續專業課的前提,在電類學生創新能力培養中具有承上啟下的重要作用。[3]近年來,在學校“穩量提質”的新目標下,筆者結合“模擬電子技術基礎”課程特點及我校信息學院的實際情況,從教改思路、內容體系、教學方法、實踐環節等方面對研究型教學改革進行了有益的探索和實踐,取得了一定的成果。
一、教改的基本思路
一方面,“模擬電子技術基礎”課程具有較強的工程性和實踐性。這一特點打破了學生習慣于數學分析的思維模式,教師應通過啟發式和討論式教學方法培養學生面向應用的創新意識。另一方面,電子學科發展迅速,該課程應與現代教育技術充分結合,從發展的角度更新課程內容體系,并適當通過雙語教學吸收國外先進的教學成果。因此,該課程確立了“夯實經典,面向發展,注重實踐,促進創新”的教改思路,堅持理論性、工程性和前沿性并重的原則,在教學中實現線性與非線性、理論解析與工程方法、基礎理論與前沿應用、元件與系統的辯證統一,并推進以創新能力培養為目標的多元化考核方式。教師以“元器件基礎電路電路系統”為主線,從設計的角度講授某一電路的獲得過程,引導學生站在系統的高度解析電路及其局限性,并獲得重新構造電路的思路。課程教學將發現問題放在更重要的地位,并用研究的方法解決問題,從而培養學生的創新意識和能力。
二、課程內容體系的更新
“模擬電子技術基礎”課程需要在有限的學時內(理論教學64學時,實驗20學時)使學生獲得電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能。新修訂的課程內容體系更加注重理論教學與實踐教學的銜接,在保證經典理論的基礎上重點講授集成運放組成的各種信號運算、信號處理和信號產生電路,并延伸到模擬集成電路和模數混合系統等內容,培養學生系統級的分析與設計能力。理論教學應簡化器件內部機理的介紹,弱化缺乏工程背景的解題技巧及公式記憶,強化器件的組合應用與接口擴展機制,加強主流新技術的探討;實踐教學應重點引入研究型和設計型實踐教學環節,為此出版了課程配套的“十一五”規劃實驗教材《電子技術實驗與模擬電子技術課程設計》。目前,多媒體教學和電子設計自動化(EDA)的發展使得教學輔助軟件能夠融入課堂,為學生豐富的探索和實踐提供了現代化手段。適用于該課程的研究型教學輔助軟件包括EDA仿真軟件Multisim、Proteus和工程計算軟件Matlab、MathCAD。[4]在此基礎上,筆者將EDA仿真作為理論課的工具及學生進行硬件實驗的前提,建立了“理論·仿真·硬件”相互融合的教學模式,以保證研究型教學落到實處。
三、教學方法與教學手段的改進
1.通過網絡輔助教學平善課程體系
隨著信息技術的發展,世界各國高校都在大力開展網絡化教學應用,然而海量的數字化資源會使學生感到無所適從。為此,筆者通過網絡輔助教學平臺給學生提供少而精的數字化資源,與課堂教學相輔相成。除了教學大綱、教學日歷和教學課件,網絡輔助教學平臺提供的數字化教學資源還包括教學輔助軟件、往屆試卷及答案詳解、國家級電子技術精品課程和國際一流大學電子技術課程的網址,方便學生進行自主學習。網絡輔助教學平臺還提供與課程相關的在線輔導答疑,并通過微博、QQ群、飛信群等網絡互動方式開展憶阻器、在系統可編程模擬器件、新型傳感器等前沿技術的專題討論,并讓學生通過網絡調查模擬電子技術的相關專利與應用,撰寫調研報告,促進學生開展研究性學習。
2.將EDA仿真演示融入理論教學
EDA技術是電子設計領域的一場革命,改變了以變量估算和硬件實驗為基礎的電路設計方法。在理論教學中引入重點內容的EDA仿真演示,有利于快捷地將理論性和應用性融于一體,實現理論教學的拓展,并為實踐教學打下基礎。由于學時與場所限制,教師需要在備課時充分考慮課堂投影演示與本機顯示的不同,精心設計演示范例與互動環節,引導學生思考,由學生得出結論,并事先做好演示范例的中間版本以便重點演示關鍵步驟。例如,筆者在課堂上利用EDA仿真軟件邊演示邊講解電路引入負反饋前后各種參數、輸入輸出信號波形、頻率響應特性的異同,學生通過直觀的比較加深了對負反饋作用的理解。此外,筆者在布置書面作業時還鼓勵學生對作業中的疑難問題進行仿真,并在作業本上寫出心得體會。
3.強化“系統化模擬電路”的定性思維
現行的理論教學往往只講器件和基礎電路,很少涉及如何由各種元器件通過某種聯結組成一個實用系統。筆者在緒論課中就結合實際闡明電路系統的組成及各部分的作用,并給出簡圖;之后課程中每一個新內容都會回到系統簡圖上來,逐漸深化、細化,并引導學生尋找反例,這樣不但使學生建立了系統的概念,而且能夠舉一反三。在EDA的輔助下,學生對各種電路無須精確的理論計算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚電路系統的設計思路及其局限性、性能指標的折衷考慮。要注意各章節之間的相互配合和銜接,堅持培養學生“系統化模擬電路”的定性思維,強化以集成運放為基礎的知識體系,使學生建立系統觀念、工程觀念,學會定性分析與辯證的思維方法。
四、多層次的實踐教學
1.利用Multisim軟件開展虛擬實驗
研究型教學是理論和實踐有機結合的一種教學方式。然而由于學時、實驗條件的限制,課內實驗的教學效果難以達到預期目標,利用EDA軟件開展虛擬實驗能夠彌補當前課內實驗的不足。目前EDA軟件的種類很多,其中Multisim軟件提供了多種常用的虛擬電子儀器與元器件,特別適合于模擬電路系統的虛擬實驗。[5]學生可以通過這些儀器觀察電路的運行狀態,查看電路的仿真結果,許多設置、使用和讀數與實際的測量儀器類似。因此,課內實驗是首先在EDA實驗室安排了一節課的Multisim認識實習,隨后按教學日歷分為基礎實驗、綜合實驗、課程設計三個階段。各階段都增加了相應的仿真設計內容。在課內實驗之前,筆者要求學生預習實驗內容并進行Multisim仿真及課外研究,再進入實驗室通過儀器設備進行實際的硬件操作。虛擬實驗和硬件實驗不可重此輕彼,而應軟硬結合。筆者通過實驗課件的演示減少講解時間,讓學生有更多的時間用于實際操作與硬件調試。這種“理論·仿真·硬件”相互融合的教學模式將仿真考核和課外研究作為實驗成績的重要部分,增強了學生對理論知識的理解與掌握,提高了學生的仿真能力、設計能力和系統調試能力。
2.重視綜合實驗和課程設計
研究型教學需要一種類似科學研究的氛圍以及一對一的師生互動。綜合實驗和課程設計能夠較好地彌補理論教學大班授課的不足。有限的學時在一定程度上制約了實踐教學的深入開展,為此筆者壓縮了前期驗證型基礎實驗的次數,在實驗課程的后期安排了三次融合整學期知識點的綜合實驗,幫助學生強化“系統化模擬電路”的定性思維。期末的課程設計則由指導教師布置若干難度適中的研究課題,要求學生從查閱資料開始自主進行電路設計,對設計的電路進行仿真分析,經教師審查后方可選購器件,安裝調試電路,測量各種參數,進行實驗分析,提出改進意見,并根據規范格式書寫課程設計報告,完成一次較完整的工程研究訓練。鼓勵學生進一步拓展課程設計內容并發表科技小論文,在課程設計中表現突出的學生將被選拔參加各種課外科技活動和競賽。
五、結束語
研究型教學是面向創新型國家建設的新型教學實踐活動,也是創建高水平大學的重要途徑。本文以“模擬電子技術基礎”課程為例,從教改思路、內容體系、教學方法及實踐環節等多個方面探討了研究型教學改革的具體措施和方法,建立了學生為主體、教師為向導的教學模式。教學實踐表明,這些改革措施有效地調動了學生探索學習的積極性和主動性,提高了電類本科生的科學素養與創新能力。
參考文獻:
[1]唐朝京,涂瑞斌,庫錫樹.電子信息類大學生創新能力培養體系建設研究[J].高等教育研究學報,2009,(2):88-90.
[2]丁國強,郭凌云,崔光照.“電子技術”課程研究性教學模式應用研究[J].中國電力教育,2012,(14):73-74.
《模擬電子技術基礎》是電氣、電子信息類和部分非電類專業本科生在電子技術方面入門性質的技術基礎課程,但隨著微電子技術和計算機科技的迅速發展,模擬電子技術的發展及應用早已今非昔比。作為一名《模擬電子技術基礎》的任課教師,如何在教學過程中,采用新的教學方式,能夠更好地講授教學內容,最大限度地調動學生學習的積極性,才是亟需解決的問題,更是這門課程教學改革的目標和方向[1]。
一、研究型教學模式的特征
研究型教學,從本質上看,是以培養創新性人才為目標、將科學研究與教學有機結合,形成“研究依托教學―教學支持研究―研究反哺教學”的教學和科研相長的一種教學模式[2]。
研究型教學模式具有以下特點:①教師和學生的互動性。研究型教學強調教學過程中采用項目式學習、小組討論、情境實驗等多種方式,注重師生的共同參與以及雙方的互動。②學生的主動性和能動性。學生在教師的指導下以現有知識為基礎,應善于質疑并主動探究、驗證教師講授的知識。③教學過程能夠擺脫對教材的依賴。在研究型教學過程中,解決教師布置的研究性問題所需的知識往往超出教學大綱和課本內容,因此,學生應擺脫對教材的依賴,主動地通過圖書館、網絡等搜集所需的知識和信息,進而解決問題[3]。
二、研究型教學的探索與實踐
1.教學方法靈活多變
為了能夠突出學生的主體地位,引導學生逐步建立起自主性學習、發現式學習、研究性學習等多樣化的學習模式,在教學的過程中,可以采取多種教學方法相結合。在研究型教學模式中,主要應用的教學方法有以下幾種[4]:
1.1啟發式教學法。教師充分運用學生已有的基礎,引導學生提出問題,激發學生的好奇心,擴展學生的思維空間,發揮聯想延伸,使之能得到對問題的圓滿回答。
1.2思維調動教學法。指課堂教學的啟發、引導和教學互動。充分尊重學生的主體地位,激發學生的自主學習精神,形成互動式、討論式的教學方法。
1.3總結歸納法。如我們在講述了共射、共基、共集三種放大電路之后,碰到放大電路如何去判斷?教師對此做出總結歸納,對學生掌握基礎電路非常有益。
1.4課程內容延展性教學法。注重基礎課與后續專業知識點的結合,使學生用辯證發展的思維看待基礎課程中知識點的學習,形成發散的思維;使學習的知識構成有機的整體。有利于學生對后續專業課程的學習和培養學生綜合運用知識的能力。
1.5課堂實驗演示教學法。對于一些簡單的電路工作現象,輔以實驗錄像,增強學生對電路工作的感性認識,引導學生運用理論知識分析實際問題。
1.6課程設計驅動教學法。根據教學需要和學生學習的實際進展情況,有計劃、及時地擬定一些分析和設計題目,作為任務提供給同學。有了任務,同學們就會仔細閱讀教材,尋找各種資料文獻來解決問題。學生對電路小制作十分感興趣,所以教師可以因勢利導,鼓勵學生參加各種科技競賽活動。
2.教學手段不拘一格
教學手段在整個教學過程中是非常重要的環節,對保證課程的教學質量至關重要。在課堂教學中,教師使用的教學手段要不拘一格,形式多樣,能夠從視覺、聽覺、思維和動手等多方面充分調動學生學習的積級性和主動性。同時,還要充分利用網絡平臺,使得網絡教學與課堂教學互補。
在鼓勵教師采用多媒體等現代教學技術和手段的同時,針對多媒體教學容易產生的投影畫面相對黑板較窄,頻繁翻頁造成學生不易跟上思維節奏,長時間觀看投影容易產生視覺疲乏等問題,鼓勵教師多媒體和板書相結合的教學手段。
3.教學內容突出創新
模擬電子技術基礎包含的內容豐富,而且技術還在迅猛發展。對初學者來說,難度很大。因此,在選擇教學內容的時候要注重內容的基礎性與科學性及時代性的統一,堅持基本知識的學習與研究能力的培養互相兼顧的原則。在講授基本模擬電路知識和概念的同時,嘗試加入最新的科研進展,特別是通過具體的科學發現引入其科學研究的思維方式,使學生增強研究的興趣和信心。
為了適應研究型教學的要求,同時,也是為了響應學校的號召,我們正在嘗試著編寫滲透著研究型教學理念的模擬電子技術基礎教材。該教材旨在使學生在學習模擬電路基礎模型的同時,對其實際電路的特性和實驗方法有所認識;使學生在學習電路分析的同時,對電路設計問題有所了解,從而更好地掌握模擬電路的基礎理論,提高分析和解決實際電路分析的能力。
4.考核方法形式多樣
0 引言
模擬電子技術和數字電子技術課程同屬于電子技術基礎課程,其中處理模擬信號的電路屬于模擬電路,而數字電路時處理數字信號的電路,這兩種電路就形成相應的兩門課程。其中模擬電路時較難的一門課程,俗稱“模電”,但在大多數學生眼中,它卻成了“魔電”,足見其難的程度。但是現實生活中的大多數電路時模擬電路,尤其是今年來全國電子設計大賽如火如荼的召開,模擬電路的影響力受到越來越多學生的關注,但是學習起來卻有難度,本文主要從教材的選用、教學內容的選取以及教學方法的改進等方面進行了一定的分析和探討,并從中提出了一種較為有效的提高教學質量和學習效率,并能消除學生對于模擬電子技術基礎的恐懼心理的方法。
1 主講教材的選取
經過多年的課程教學和對各大高校該門課程的調研,從中發現主要有兩種教材使用率很高。其中一個是高等教育出版社出版由康華光主編的教材,另一本是是清華出版社出版的由童詩白主編的教材。康華光版的教材思路清晰,知識點的編排邏輯性強,課程內容易學易懂,而童詩白版的教材更側重于基本概念的講解,邏輯性強,知識點豐富,學生需要掌握的內容多,學生學起來較為吃力,所以一般選用康華光主編的教材。本校采用的也是這本教材,而將童詩白版的教材作為主要的參考資料,以增加學生的知識面。
2 主講內容的取舍
所謂的模擬電路就是處理模擬電壓和電流的電路,而由于現實生活中大多信號較為微弱,所以要進行信號的放大,這也是模擬電子技術課程的核心部分,同時放大電路的設計也是歷年全國電子設計大賽必選題目之一,因此本課程的主講內容自然非放大電路莫屬。
放大電路主要有兩種類型的電路構成,其一是由三極管、場效應管等分立元件組成的放大電路,主要分布在教材的第三和第四章;其二是由集成運算放大器所形成的放大電路,主要分布在第二和第七章。
除放大電路外,還有一個重要內容是直流穩壓電源。因為既然稱之為電路,必然有供電電源且大多數電源為直流電源,但是現實生活中由于發電廠的原因大多為交流電源,所以必然需要一種交流轉為直流的電路,此電路就是直流穩壓電源,主要分布在第三和第十章。
由此可知,主講內容就是放大電路和直流穩壓電源,且主要分布在第二、三、四、五、七和第十章。
3 教學方法的改進
確定好主講內容,教學方法自然也要改進,不能從頭講到尾、面面俱到,而應該講重點內容,從簡單內容開始,減少復雜原理的講解,提高學生的學習興趣,總而言之是避難就易,使學生擺脫“魔電”的困擾。
這里主要提一下放大電路內容的教學方式。先介紹分立元件組成的放大電路,該部分由三個方面組成:三極管、場效應管的放大原理,兩者組成的放大電路類型和放大電路的分析方法。其中三極管、場效應管的放大原理是難點,教師可以少講,只需讓學生知道只有這兩種器件可以用于放大即可,避開難點,而放大類型是簡單內容,學生易于掌握且為主要內容,最后一個是放大電路的分析方法,這也是學生學習模擬電子技術必須掌握的核心內容,同樣采用避難就易的方式,重點講解分析的步驟和技巧,而分析的步驟主要分為兩大步,其一是直流狀態下的靜態分析,其二是交流狀態下的動態分析過程。
至于集成運算放大器組成的放大電路更為重要,但其實它的分析非常簡單,只需掌握虛短、虛斷的分析方法即可。
所以,通過“避難就易”的教學方式,學生一般能克服對于“模電”的恐懼心理。
4 結束語
本文通過對于模擬電子技術課程主講教材的選用、主講內容的取舍和教學方法的改進等方面進行一定的分析和探索,找出了一條適合教學、學生易懂的教學方式,經過多年的實際應用,學生反映非常好,各位專家也是大為贊賞,值得各院校推廣。
【參考文獻】
[1]肖麗萍.模擬電子技術教學探討[J].科教文匯,2009(04).
[2]肖麗萍.高職《模擬電路》教學探討[J].福建電腦,2011(09).
1. 利用Flash模擬演示課件可將抽象的東西形象化
在電子技術基礎教學中,有許多微觀的物理現象及變化過程是很難甚至不能用肉眼看清的,有些即使借助最現代的儀器也很難看到,這些內容對學生來說是很抽象的,也很難理解。利用計算機多媒體制作軟件flash的動畫制作功能,創建事物變化的動畫效果,把一個原本無法看到或看清的現象逼真地呈現到學生的面前。例如,在學習PN結的形成過程時,通過flash模擬演示課件可以直觀的展示P形半導體和N形半導體通過特殊工藝連接在一起時由于多數載流子的擴散形成PN結的過程,通過模擬演示可將PN結形成過程中非常抽象的東西形象地表達出來,教師只需要播放相關的動畫,再進行簡單的說明,就可以比較容易地解決學生難以理解的問題。
2. 利用Flash模擬演示課件可激發學生的學習興趣
愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師”,課堂教學實踐也表明,學生感興趣的時候,求知欲非常強烈,學習熱情高,學習時能發揮出潛在的積極性和主動性。Flas技術具有豐富的表現能力,在電子技術基礎課堂教學中,利用Flash模擬演示課件,可將抽象的教學內容形象、直觀、生動地展示在學生面前,使學生仿佛身臨其境,極大地調動學生的參與意識和學習興趣。
3. 利用Flash模擬演示課件可提高課堂教學效率
在電子技術基礎教學中,利用Flash的模擬、仿真與動畫技術,可以使一些普通條件下無法實現或無法觀察到的過程和現象生動而形象地顯示出來,可大大增強學生對抽象事物與過程的理解與感受,同時還能吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣,使學生在課堂上接受和掌握更多的知識。另外,利用Flash演示課件還能促進我們教師去進一步完善課堂教學,使教學過程更具有科學性,是提高電子技術基礎課堂教學效率的一種有效手段。
4. 利用Flash模擬演示課件可彌補普通實驗無法實現的問題
1) 有利于解決實驗設備不足的狀況。Flash模擬演示課件提供了高指標的虛擬儀器和充足的虛擬元器件資源。虛擬實驗的引入,可以節省購置元器件和儀器設備的大量經費,彌補了因實驗儀器缺乏和實驗經費不足而造成的缺憾。
2) 可以實現許多實驗中不能實現或難以實現的功能。Flash虛擬仿真能在各種假定的條件下,甚至是在目前無法實現的條件下,對電路進行研究。如:不管是考慮安全因素還是成本,實驗室里都不宜做的破壞性實驗,但虛擬仿真卻可以做,甚至可以做各種故障和非正常性的實驗。在研究一個電路方案初期,可以將影響電路的一些次要因素去掉,如雜散電容、漏電感等,以免它們對電路的基本原理和性能產生影響,從而混淆了對電路的正確理解,但在制作一個實際電路中卻做不到這一點。
二、 用Flash制作《電子技術基礎》模擬演示課件的實例
Flash 是一款矢量動畫軟件, 主要特點是使用方便, 制作的動畫效果千變萬化,占用空間小,任意縮放圖像的大小不失真,具有強大的交互性和兼容性。在電子技術基礎的教學中,本人嘗試用Flash制作了一些模擬演示課件。下面介紹其中的一個課件――《PN 結的形成過程》。
首先,用Flash制作一個被控制的PN結形成過程的影片,該影片共有590幀組成。前25幀描述整個模擬演示課件的標題《PN結的形成過程》,字幕從中間開始從無到有漸漸顯示,稍作停頓之后漸漸消隱;第26-110幀描述P型半導體和N型半導體通過特殊工藝連接的過程;第111-160幀描述P型半導體和N型半導體后在接觸面上出現自由電子和空穴的擴散運動;第161-375幀描述電子空穴的復合和消失過程,由于電子空穴對不斷復合和消失形成空間電荷區,在這個過程中用閃動效果突出了電子―空穴對的復合和消失過程;第375-415幀描述由于空間電荷區的存在而形成內電場;第416-590幀描述擴散運動和漂移運動動態平衡過程,由于內電場的存在,產生電子和空穴的擴散和漂移運動, 剛開始由于擴散運動大于漂移運動, 電子―空穴對的復合和消失不斷進行,空間電荷區不斷加寬,內電場不斷加強,擴散運動和漂移運動達到了動態平衡, 因此PN 結的寬度不再改變, 也就是形成了PN 結。
三、 用Flash制作模擬演示課件應該注意的幾個問題
1. 要合理利用Flash模擬演示課件。雖然Flash多媒體教學方式有許多優勢,但并非所有的學科、所有的內容都適合用Flash演示課件形式進行教學,不能讓Flash演示課件壟斷一切。如重要的電子技術概念、定律的結論可以用傳統的教學方式進行講解,而抽象的微觀變化過程、成本高或無法開設的電子技術實驗可以用Flash模擬演示課件進行仿真實驗。
2. 要盡量避免flash模擬演示課件重復制作,浪費人力資源。電子技術教師的工作重點應該放在電子技術課堂教學上,而不應該把精力過多地放在flash課件制作上,應該更多的收集和應用別人的課件。當然,如果自己會做課件也要集中精力做幾個優質課件提供給別人,做到真正的網絡資源共享,沒有必要制作所有的課件,把精力浪費在課件的制作上面。
3. Flash仿真模擬實驗不能替代實物實驗。職業學校培養的是技能型人才,實踐動手能力的培養是職業學校教學的重要任務之一,而學生的動手能力單靠仿真模擬實驗是練不出來的。許多事例證明學生們用仿真軟件按照書本連接一個電路, 測試電路中每部分的參數都較容易, 而真正要他們用實物, 自己動手搭連一個電路, 用實際的儀器去測量電路參數, 調整元器件, 他們就不知如何動手了。看到電阻、電容等實物他們不知道這是什么東西,干什么用的, 也不知道這些元器件參數在實物上的表示方法, 更不知道如何將它們連接在電路中;拿來一個三極管, 不知道如何去識別和判斷三個管腳的極性等等, 不勝枚舉。據了解之所以出現這種現象, 主要是因為動手太少了。
參考文獻
項目化教學不同于傳統的模擬電子技術基礎理論教學,它打破了原有課程自成體系,自我封閉的局面,為模擬電子技術基礎與外面世界的聯系打開了一條道,提供了一種有效的方式。開展項目化課程教學,學生親自參加了將理論知識應用于電路設計的過程,取得了在課堂和書本上無法提供的實踐經驗和親身感受;培養了他們的實踐能力;促進了他們更好地在項目實施過程中理解和掌握好理論知識,提高學習熱情,在知識、能力和素質三方面迅速成長。同時,模擬電子技術基礎項目化教學,除了用到模擬電路的理論知識外,還用到電路安裝、儀器儀表的使用以及各個實際應用領域中的知識,并且要將這些知識結合起來,綜合思維,來完成方案的設計和制作。這就要求在整個教學過程中,學生能夠處于主體地位,教師只作主導。引入項目化教學方法,就是要將模擬電子技術基礎理論知識與實際電路制作相結合,這對培養學生綜合運用電路知識,分析和解決實際問題的能力有重要的意義。
一、項目化教學方法
項目化教學方法,它是通過“項目”的形式進行教學。為了使學生在解決問題中習慣于一個完整的方式,所設置的“項目”包含多門課程的知識。項目化教學方法就是在老師的指導下,將一個相對獨立的項目交由學生自己處理。信息的收集,方案的設計,項目實施及最終評價,都由學生自己負責,學生通過該項目的進行,了解并把握整個過程及每一個環節中的基本要求。在項目化教學中,學習過程成為一個人人參與的創造實踐活動,注重的不是最終的結果,而是完成項目的過程。學生在實踐過程中,體驗了創新的艱辛與樂趣,培養了分析問題和解決問題的思想和方法。
二、項目化教學方法在高職模擬電子技術基礎教學中的應用
1.項目準備
課程項目化重構教學法,是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。它是以項目為載體的。而項目的選取則是通過對畢業生就業區域內,與本專業畢業生就業崗位相對應的不同企業的生產和工作過程調研,概括出畢業生工作崗位群的工作任務中所對應的與《模擬電子技術》課程相關的知識要求和能力要求,進而選擇一個典型的產品來之工作項目具體化,原則上在項目結束后,應該有一件完整的作品。
2.項目背景
我們以簡易音頻功放電路設計制作項目為例,該項目涵蓋了理論知識中的多級放大電路和功率放大電路部分的知識內容,學生通過項目的實施,掌握多級放大電路和OTL互補對稱功率放大電路的電路結構和工作原理,產品安裝按成后能夠實現語音信號的收錄級放大輸出。
3.項目實施
(1)引導學生根據自身特點進行小組劃分,一般小組由4人構成,在劃分的時候,盡量做到,小組成員應分別擅長問題分析,電路安裝、故障檢測和論文撰寫。
(2)教師講解與項目有關的知識,說明項目任務。
(3)學生學習與會議籌備的相關知識,明確項目對象與要求,通過專業網站、學校圖書館等可以獲取信息的地方查閱相關資料,對所給項目進行認真分析,提出自己的見解,并對可能存在的情況,進行適當的假設,然后小組討論,嘗試各種解決方案,最后通過比較確定最優方案。
(4)根據設計方案電路選擇元器件進行電路安裝和調試。
(5)電路安裝完成并調試實現所有功能后上交由教師驗收產品。
(6)小組完成項目設計制作總結報告。
三、教學過程反思
一、《模擬電子技術》課程改革的必要性
我國經濟的快速發展需要大批的高技能高素質的勞動人才,特別是電子行業產業的發展技術推陳出新,變化更是日新月異,高技能人才緊缺,高職院校成了培養高技能人才的主力軍。近幾年來,我院對電類專業的畢業生跟蹤調查發現:畢業生就業率較高,但進入職業角色的適應期較長,且崗位技能水平不高,企業對畢業生的職業能力評價也不高。經過深層的調查和分析,出現以上問題的主要原因在于學生在校學習期間理論與實際操作之間沒有很好地對接,實踐技能沒有得到很好的培養和提高。因此,電類學生的教學模式改革勢在必行。《模擬電子技術》課程作為電類專業的一門專業核心基礎課程,在教學改革浪潮中必須走在前面。下面我們以《模擬電子技術》課程為例,探討新的教學模式的實施。
二、基于工作過程的六步教學法
近年來,德國基于工作過程導向的高等職業教育理論以及在此基礎上提出的“學習領域”課程建設方案迅速成為我國各大院校特別是職業院校專業建設、課程開發、課程建設及其教學模式實施的理論指南。基于工作過程的教學模式將相關內容的理論教學和實訓教學整合成工作過程的項目任務內容,打破理論課與實踐課的界線,將理論和實踐教學巧妙地融合在一起。而六步教學法就是根據學生的心理特征和認知規律,將一節課在程序上和時間上科學地加以規劃,融教法和學法于其中并輔以現代教學手段,達到大面積提高教學質量的一種新型教學方法。它包括:信息、計劃、決策、實施、檢查、評估六個工作步驟。我們將“六步法”與“基于工作過程導向”的項目教學模式相結合,模擬企業真實的工作環境,讓學生親身參與到工作過程之中,學習和掌握與工作過程相關的知識和技能,學會從工作過程的全局出發分析問題和解決問題,從而獲得與工作崗位更貼近的職業能力。
三、基于工作過程六步教學法的具體實施過程
根據“六步法”的六個環節可將《模擬電子技術》的項目實施過程劃分為項目引入及信息收集、項目計劃、確定方案、實施方案、電路檢測及調試、演示講解及總結評價。各階段的教學時間安排可根據教學內容和學生情況確定。下面以直流穩壓電源的設計與制作為例,探索六步法的實施過程。
教師首先將學生分成5、6組,每組8-10人為宜,分組的方式由教師自己決定,由各小組成員選出各組小組長。然后在學生當中選出一個項目負責人,該負責人最好是技術能力強、較有威信的班干。
1.項目引入及信息搜集
教師結合學生前面所學的專業知識以及職業崗位能力的要求,設定合適的項目任務,學生則以小組成員合作的形式完成項目。為了激發學生的興趣,教師可將自己事先做好的項目成品展示給學生看,演示項目成品的功能,讓學生對項目有一個初步的認識。任務要求不必太多,可放寬范圍給予學生設計空間。根據引入的項目任務,學生應通過互聯網或參考書等搜集項目需要的專業知識。教師向學生講解項目中應用到的新知識點。
項目任務:用分立元件設計并制作一個輸出可調直流穩壓電源,要求輸入交流電壓220V,f=50HZ,輸出可調直流電壓。用萬能板或自制PCB板焊接電路。
信息搜集:直流穩壓電源的工作原理,三端可調集成穩壓器的基本資料,電容、二極管、集成穩壓器的測量方法,萬能板布線方法或印制板圖設計及制作(Protell 99設計及制作)、焊接技術等。
2.項目計劃
各小組根據搜集的資料,分析可調直流穩壓電源的工作原理及設計需求,設計與規劃完成項目的步驟與方法,形成一個初步可行的方案。例如:根據搜集的資料和項目要求選擇元器件,并列出所需元器件清單,畫出可調直流穩壓電源的電路圖,撰寫計劃書,制定任務分配表及進度表等。
3.確定方案
各小組通過分析所設計的電路中各元件的作用來確定電路的可行性,為了確保電路的可行性以及確定電路各元器件的參數,可用仿真軟件Multisim對設計好的原理圖進行測試。通過小組討論和組員提意見的方式完善小組的方案,最后確定最佳方案。在這一過程中教師對方案的決策可提出意見但不能過分干涉,要知道學生可能會有錯誤的決策,但錯誤也是一種學習的過程,甚至通過修正錯誤的方案達成既定目標,可以讓學生獲得更大的提升空間。
4.實施方案
各小組實施確定的方案,包括購買元器件、畫印制板圖或裝配圖、組裝電路等。小組成員根據任務分配表中分配的任務執行。組裝電路可在自制的PCB板上焊接(如果學生已學或正在學Protell99制圖軟件),也可用萬能板設計電路的走線和元件的排列布置。
5.電路檢測及調試
對焊接完成的可調直流穩壓電源進行檢查,檢查電路是否連接正確,焊接是否合格,用萬用表檢查有無短路和斷路現象。若安裝的電路有故障存在,工作小組應根據故障現象對照電路原理圖進行討論分析,利用儀器及儀表具體排查可疑故障點,找到確切的故障點并進行相應的修改。經確認無故障后進行調試,用示波器觀察整流、濾波、穩壓后的波形,用直流電壓表測量整流、濾波、穩壓各輸出點的直流電壓。電路調試及故障排除的整個過程要在老師的監護下由學生獨立操作完成。
6.演示講解及總結評價
各小組輪流上講臺將自己的作品進行展示和講解,包括分析設計思路、電路原理、制作過程中遇到的問題及解決方案、故障排除的過程、調試的結果等。每個學生要圍繞可調直流穩壓電源的設計與制作撰寫實訓報告,實訓報告應包括查閱的資料、電路原理圖和印制板圖或裝配圖、電路原理分析、制作電路注意事項、電路的調試和故障的排除、感想收獲等。根據各小組的講解、展示的作品和實訓報告進行評價。評價的方式包括學生互評和教師評價:
(1)學生互評包括組內評和組間評。組內評是由工作小組組長組織組員點評在完成工作任務中各小組成員的表現及完成任務的情況,并確定等級;組間評是由項目負責人組織各小組組長點評完成本項目過程中的優點及缺點,并確定各工作小組等級。綜合組內評和組間評得出學生互評的結果。
(2)教師集中所有學生點評項目完成的質量,檢驗其是否合格。教師點評態度要中肯,以肯定優點為主。教師結合項目的完成情況對學生進行評價,評價要點包括工作分配是否合理、成員間的合作意識、提交資料的質量、作品的美觀、功能的實現、在完成項目中存在的亮點及不足。
在六步教學法實施過程當中,實施的主體應該是學生,教師在其中的作用是主持和引導。理論上《模擬電子技術》的教學最好能按照以上六步進行,但在實際教學過程中教師很難保證每一次教學過程都能完成這六步。老師在設計教學時要有這六步的思想,盡量地呈現一個完整的教學過程。
但在實際的教實施過程中,基于工作過程的六步法教學也存在一定的問題:
(1)因六部教學法的實施主體是學生,學生在行動上擁有較大的自由空間,但許多學生自覺自律性、主動性較差,不能很好地參與到學習過程之中。一個組往往只靠一兩個學生執行項目任務,其他學生等著坐收成果,所以學生的行動需要加強巡視和規范。
(2)學生解決問題的能力有待提高。面對眾多的資料,學生往往不知道如何取舍,面對問題,不能夠通過知識遷移和協作探究解決問題,表現為對教師和對能力強的學生依賴性強。
(3)該六步教學法對教師的要求非常高,時間比較難掌握,因為每一步的任務不一樣,學生的水平不一樣,關注的點也不一樣,有時候會出現一些不可預見的意外而影響實施的進程。由此可見在運用這六步教學法的時候,老師需要做很多功課。如每個組的項目方案不一樣,因此老師要掌握該項目不同方案的知識,才能指導學生完成自己的項目。
(4)教學法在我國高校中運用不多,方法還不成熟,教師需要進一步的探索和學習,而學生對此也要有一個適應的過程。在這種情況下,我們可以把它進行分解,比如只運用六步法中的兩三步,進行一個小型的設計,讓學生們逐漸熟悉和接受,老師也可以在此過程中運用和揣摩這種方法,等有了一定經驗之后,再進行整個六步法的教學。
隨著基于工作過程的六步法的推廣,它的弊端也日益顯現出來,這需要我們的教學工作者在以后的教學實踐中不斷認識、探索和研究,尋求出解決方案,更好地實踐基于工作過程的六步教學法。
參考文獻