王 波，張 巖，王美玲，劉 偉

(北京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，北京100081)

0 引 言

模擬電子技術(shù)課程，是相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課之一，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性［1-3］。因此，加強(qiáng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，是理工科大學(xué)生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)［4-5］。

傳統(tǒng)的依附于理論課程的模擬電子實(shí)驗課程內(nèi)容更新緩慢，不能滿足當(dāng)今社會對大學(xué)生的培養(yǎng)要求［6-8］。

1 實(shí)驗教學(xué)模式的改革

模擬電子技術(shù)實(shí)驗課程改革的指導(dǎo)思想:實(shí)驗課不僅僅是傳授實(shí)驗技能和操作能力，更應(yīng)定位于實(shí)驗科學(xué)與技能，乃至實(shí)踐與創(chuàng)新能力的系統(tǒng)傳授與學(xué)習(xí)訓(xùn)練。實(shí)驗項目不能僅局限于對某些課程理論的認(rèn)知與驗證，必須形成基礎(chǔ)認(rèn)知、綜合設(shè)計、研究創(chuàng)新等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合的實(shí)驗教學(xué)課程體系［9］。主要采取的改革措施如下:

(1) 實(shí)驗獨(dú)立設(shè)課。改變以往的實(shí)驗課附屬于理論課的地位，使得模擬電子技術(shù)實(shí)驗可以根據(jù)實(shí)驗課的特點(diǎn)編寫實(shí)驗教材和教學(xué)大綱;根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和多年的實(shí)驗教學(xué)經(jīng)驗，靈活組織實(shí)驗內(nèi)容;根據(jù)實(shí)驗教學(xué)的特點(diǎn)，使得相關(guān)實(shí)驗課程的教學(xué)內(nèi)容體系化。

(2) 轉(zhuǎn)變實(shí)驗教學(xué)觀念。從傳統(tǒng)的“以教師為主”的模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的模式。具體地說，就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主實(shí)驗。在實(shí)驗過程中運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法，以引導(dǎo)和個別輔導(dǎo)為主，以學(xué)生為實(shí)驗主體，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考問題，并引導(dǎo)學(xué)生觀察問題、分析問題、解決問題。實(shí)驗結(jié)束后引導(dǎo)學(xué)生去思考實(shí)驗中碰到的各種問題。引導(dǎo)學(xué)生肯思考，會思考，并注意學(xué)生收斂性和發(fā)散性思維同步發(fā)展，逐步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)的思維方式。

(3) 更好地培養(yǎng)每一名學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

在實(shí)驗課程的教學(xué)過程中嚴(yán)格采用一人一組的模式，保證對每一名學(xué)生的培養(yǎng)都能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。針對少數(shù)動手能力差，學(xué)習(xí)困難的學(xué)生，延長實(shí)驗室的開放時間，允許他們在正常的教學(xué)計劃之外到電子技術(shù)實(shí)驗室完成相關(guān)的實(shí)驗內(nèi)容。

(4) 針對專職實(shí)驗教師人員不足的矛盾。打破傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)隊伍的界限，理論課教師必須同時參與實(shí)驗教學(xué)，進(jìn)行實(shí)驗項目的改進(jìn)和實(shí)驗內(nèi)容的更新。將理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)隊伍有機(jī)地結(jié)合在一起，不僅可以保證實(shí)驗教學(xué)隊伍的穩(wěn)定性，同時可以將許多教師在科研中的研究成果和碰到的新問題抽象出來，引入到實(shí)驗教學(xué)中來，大大提高實(shí)驗的教學(xué)水平。

2 實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)

模擬電子技術(shù)實(shí)驗主要分為基礎(chǔ)型、設(shè)計型、系統(tǒng)型實(shí)驗。在保證基本的實(shí)驗技能和操作能力培養(yǎng)的前提下，適當(dāng)減少基礎(chǔ)型實(shí)驗，增加設(shè)計型、系統(tǒng)型實(shí)驗的比例。目前，將基礎(chǔ)型實(shí)驗、設(shè)計型實(shí)驗、系統(tǒng)型實(shí)驗的比例大致設(shè)定為3∶ 4∶ 3。

2.1 精選精練基礎(chǔ)驗證型實(shí)驗

適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)型實(shí)驗對于學(xué)生掌握基本的實(shí)驗技能和操作能力是必不可少的。扎扎實(shí)實(shí)做好基礎(chǔ)驗證型實(shí)驗，總結(jié)和積累了一定的經(jīng)驗之后再作綜合設(shè)計型實(shí)驗。結(jié)合多年的實(shí)驗教學(xué)經(jīng)驗，精選保留了單管放大電路、集成運(yùn)放的基本應(yīng)用等基礎(chǔ)驗證型實(shí)驗。

模擬電子技術(shù)相對較難，學(xué)生接受起來有一定的難度。因此在實(shí)驗教學(xué)過程中，要注意給學(xué)生及時地講解理論知識，用理論知識來解釋實(shí)驗現(xiàn)象，讓學(xué)生在做實(shí)驗時知其然及知其所以然，一定要避免學(xué)生“盲目”做實(shí)驗。比如對于單管放大電路中的飽和失真和截止失真的波形，指導(dǎo)教師及時講解相關(guān)理論知識就會起到事半功倍的效果。

2.2 改革綜合設(shè)計型實(shí)驗

為了激發(fā)學(xué)生對模擬電路的學(xué)習(xí)興趣，綜合設(shè)計性實(shí)驗的選題多采用與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的負(fù)反饋放大電路、波形產(chǎn)生與變換電路、集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用、集成功率放大器的應(yīng)用、壓控函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計等［10］。為了更好地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)中的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，努力培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實(shí)踐能力，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗過程中進(jìn)行開創(chuàng)性的思維，實(shí)驗任務(wù)中只給出設(shè)計要求和設(shè)計的原理框圖，而不再給出詳細(xì)的設(shè)計電路圖。

學(xué)生在實(shí)驗項目提出的技術(shù)要求和原理方框圖的基礎(chǔ)上，通過廣泛檢索資料，確定實(shí)施方案，并根據(jù)各集成電路的功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求。不同學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計出不同的實(shí)施方案，從而大大提高了學(xué)生的自主設(shè)計能力。

例如壓控函數(shù)發(fā)生器是由電壓控制方波、三角波和正弦波產(chǎn)生的電路，改變控制電壓的大小，就可以改變這三種輸出波形的頻率。

設(shè)計的壓控函數(shù)發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)為:①輸出三種波形的頻率在0.05 ～1.00 kHz;②方波的輸出幅度為±6 V;③三角波輸出幅度為±4 V;④正弦波輸出峰值大于2 V。

根據(jù)設(shè)計要求，壓控函數(shù)發(fā)生器的原理構(gòu)成方框圖如圖1 所示。

圖1 壓控函數(shù)發(fā)生器方框圖

關(guān)于更為復(fù)雜的模擬系統(tǒng)的設(shè)計問題放在后續(xù)課程“電子技術(shù)課程設(shè)計”中進(jìn)行，這里不再贅述。

2.3 跟蹤模擬電子技術(shù)的新發(fā)展

電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，所以為了更好地跟蹤電子技術(shù)發(fā)展的前沿，同世界知名半導(dǎo)體器件公司美國美信公司建立聯(lián)合實(shí)驗室，每年邀請美信公司北京辦事處的技術(shù)工程師到學(xué)校介紹公司的最新技術(shù)和產(chǎn)品。每年舉行美信公司新技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計競賽，競賽設(shè)一等獎1 名，二等獎2 名，三等獎3 名。凡獲獎同學(xué)均可在聯(lián)合實(shí)驗室進(jìn)行相關(guān)課題的深入研究。

在學(xué)生的課外科技活動中，也有意識地引導(dǎo)學(xué)生采用新技術(shù)、新器件，幫助學(xué)生申請各大公司的免費(fèi)器件來完成自己的課題。為了便于學(xué)生更好地掌握新知識、新技術(shù)，提高對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，開設(shè)了相關(guān)的實(shí)驗選修課。目前已經(jīng)開設(shè)的選修課有基于單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計［11］。

2.4 組織和管理大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的實(shí)施

為了更好地鼓勵優(yōu)秀學(xué)生從事科學(xué)研究和科技創(chuàng)新活動，調(diào)動學(xué)生的積極性，采取了實(shí)驗室開放等環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供優(yōu)良的實(shí)驗條件和優(yōu)秀的指導(dǎo)教師，鼓勵和支持他們積極申報學(xué)校、北京市以及全國大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗計劃。近年來，電子技術(shù)實(shí)驗室平均每年輔導(dǎo)國家級和北京市級的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗計劃3 ～6 項，學(xué)校級大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗計劃30 ～40 項。

3 結(jié)合多元化的教學(xué)手段

為了更好地開展實(shí)驗教學(xué)，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，將傳統(tǒng)的“板書”授課、多媒體教學(xué)課件(MCAI)、計算機(jī)仿真技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，充分利用各種教學(xué)手段的優(yōu)點(diǎn)，形成多元化的實(shí)驗教學(xué)模式。

3.1 MCAI 課件在實(shí)驗教學(xué)中的應(yīng)用

MCAI 作為一種嶄新的教育形式受到教育界越來越多的重視與應(yīng)用。其相對于傳統(tǒng)的黑板來說有著無法比擬的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在:①M(fèi)CAI 課件可以產(chǎn)生豐富多彩的內(nèi)容，圖形、圖片、動畫、聲音都可以出現(xiàn)在課件演播中。②MCAI 課件具有良好的交互環(huán)境，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生積極參與。③MCAI課件具有豐富的信息資源，可以擴(kuò)大學(xué)生的知識面，能夠很好地進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)［12-13］。

目前實(shí)驗室結(jié)合多年的實(shí)驗教學(xué)的經(jīng)驗，精心設(shè)計了實(shí)驗課程的MCAI 課件，將板書授課時不能很好講述的儀器儀表的使用等問題以圖片、動畫的形式給出，便于學(xué)生更好地掌握實(shí)驗內(nèi)容。實(shí)驗任課教師可以根據(jù)實(shí)驗上課內(nèi)容，靈活運(yùn)用板書和MCAI 等多種形式，豐富了實(shí)驗課程的教學(xué)手段，改變了以往板書授課的單一模式，提高了實(shí)驗課程的教學(xué)水平。

3.2 引入EDA 教學(xué)環(huán)節(jié)

EDA 技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)的標(biāo)志，是電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容手段改革的必然趨勢［14］。把EDA 仿真技術(shù)引入到實(shí)驗課程的教學(xué)中，可以提高實(shí)驗效率，實(shí)驗水平，豐富實(shí)驗內(nèi)容，引導(dǎo)和開發(fā)學(xué)生在課外學(xué)習(xí)、科技實(shí)踐創(chuàng)新活動中的自主學(xué)習(xí)的能力。

對于一些硬件調(diào)試難度較大的實(shí)驗，學(xué)生可先在EDA 軟件上進(jìn)行仿真調(diào)試，設(shè)置電路參數(shù)，再進(jìn)行實(shí)際硬件電路的安裝調(diào)試，這樣就使得學(xué)生在硬件實(shí)驗過程中思路清晰、針對性強(qiáng)。比如多級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整一直是學(xué)生硬件實(shí)驗過程中容易出錯的難點(diǎn)，由學(xué)生仿真的兩級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)如圖2 所示。

圖2 兩級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

4 實(shí)驗考核機(jī)制的建立和完善

實(shí)驗考核制度是否合理直接關(guān)系到學(xué)生對實(shí)驗課的重視程度和實(shí)驗效果，所以要做到對每一個學(xué)生的成績進(jìn)行公平、公正、合理的評定。改變以往實(shí)驗成績完全由平時成績給定的缺陷，在實(shí)驗考核機(jī)制中增加實(shí)驗考試環(huán)節(jié)。

4.1 增加實(shí)驗考試環(huán)節(jié)

為了充分調(diào)動學(xué)生動手實(shí)驗的積極性，準(zhǔn)確把握實(shí)驗教學(xué)效果［15］，在實(shí)驗課程中增加實(shí)驗考試的環(huán)節(jié)。實(shí)驗考試的題目由教師自題庫中隨機(jī)抽取，重點(diǎn)是考察學(xué)生對模擬電路所用儀器儀表的掌握程度、對模擬電路原理的理解程度和設(shè)計與現(xiàn)場調(diào)試模擬電路的能力以及對實(shí)驗數(shù)據(jù)的測量和處理能力。

模擬實(shí)驗考試的題目一般由4 部分組成:①理論計算部分;②實(shí)驗操作部分;③數(shù)據(jù)分析與處理部分;④回答問題部分。各部分所占比重大致為20%，50%，15%和15%。

4.2 實(shí)驗課成績給定方法

實(shí)驗課程成績的給定由平時實(shí)驗成績、實(shí)驗報告成績和實(shí)驗考試成績?nèi)糠纸M成，其中平時實(shí)驗成績占總成績的40%，實(shí)驗報告成績占總成績的20%，實(shí)驗考試成績占總成績的40%。

平時成績給定依據(jù)是學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，實(shí)驗電路的設(shè)計方案，儀器儀表的掌握程度，分析問題與解決問題的能力的表現(xiàn)，以及最終的實(shí)驗結(jié)果，而與學(xué)生完成實(shí)驗的時間長短沒有直接關(guān)系。實(shí)驗報告成績重在查看學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容的總結(jié)情況，對實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理與分析結(jié)果，實(shí)驗報告的規(guī)范程度以及回答問題的正確性。實(shí)驗考試成績重在查看學(xué)生對模擬電子技術(shù)實(shí)驗中常用儀器儀表的掌握程度，對模擬電路理論的理解程度，分析問題和解決問題的綜合能力，能否得到正確的實(shí)驗結(jié)果，以及數(shù)據(jù)分析與處理結(jié)果的正確性。

5 結(jié) 語

通過上述一系列實(shí)驗課程教學(xué)改革的實(shí)施，使得模擬電子技術(shù)理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)融會貫通，有機(jī)結(jié)合，相互促進(jìn)，相互補(bǔ)充。充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使他們在近幾年來的全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽及其他各種全國性大賽中均取得了很好的成績。目前實(shí)驗室將在下一步實(shí)驗教學(xué)過程中建立實(shí)驗室的網(wǎng)絡(luò)化平臺，使得參加實(shí)驗學(xué)生的預(yù)習(xí)，答疑，資源下載以及日常管理都可以在網(wǎng)上進(jìn)行，大大提高實(shí)驗室的管理水平。同時對前幾屆大學(xué)生的科技創(chuàng)新項目進(jìn)行整理，在今后的模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)過程中進(jìn)行“項目驅(qū)動”實(shí)驗教學(xué)模式的探索。

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