上官晉太

（長治學(xué)院 計算機(jī)系，山西 長治 046011）

計算機(jī)專業(yè)《電路與模擬電子技術(shù)》教學(xué)改革與實踐

上官晉太

（長治學(xué)院 計算機(jī)系，山西 長治 046011）

針對計算機(jī)專業(yè)的特點，對電路與模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了分析和總結(jié)，對課程的理論教學(xué)和實驗進(jìn)行了重新的設(shè)計和調(diào)整。利用問題驅(qū)動法進(jìn)行課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的思維方法和解決問題的能力。

教學(xué)改革；問題驅(qū)動法；電路仿真；虛擬實驗

1 引言

在以前的計算機(jī)課程教學(xué)大綱里，《電路分析》和《模擬電子技術(shù)》是作為兩門課來分別講授的，這兩門課中前者是后者的基礎(chǔ)，這兩門課作為計算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課為后續(xù)的數(shù)字電子技術(shù)，單片機(jī)原理和計算機(jī)組成原理等課程準(zhǔn)備必要的電路和模擬電子技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識[1,2]?，F(xiàn)在為了給學(xué)生留出足夠的時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性的實踐活動，把基礎(chǔ)課的課時進(jìn)行了壓縮，這兩門課合并為一門課進(jìn)行講授，稱為《電路與模擬電子技術(shù)》。從教學(xué)內(nèi)容上講新課不是簡單的把前面的兩門課的內(nèi)容進(jìn)行取舍然后合并，而是在認(rèn)真分析這些課程內(nèi)容內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了融合和提煉，以一個全新的面貌出現(xiàn)在同學(xué)們面前。新課程前后內(nèi)容連貫自成一體，在教學(xué)實踐中取得了良好的效果，在總課時減少的情況下仍然保證了教學(xué)質(zhì)量。

2 以往教學(xué)存在的問題

從以往的教學(xué)過程來看，《電路分析》這門課的總課時為51，主要內(nèi)容包括電路元件、電路變量、電路定律等內(nèi)容。這些內(nèi)容是電路分析課程的基本內(nèi)容，但是作為一門只有51個課時的課程來講明顯緊張，在教學(xué)過程中如果每個內(nèi)容都要涉及到，則所有內(nèi)容均無法講透。整個課程學(xué)下來，學(xué)生對電路的基本理論不能形成一個整體的概念，不能分析電路的工作過程，設(shè)計電路更無從談起?！赌M電子技術(shù)》的課時也是51個課時，其內(nèi)容主要包括半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管應(yīng)用電路，晶體三極管基礎(chǔ)，基本放大電路等內(nèi)容。和電路分析比起來，模擬電路的內(nèi)容更難掌握。通過分析，原因如下：電路分析的內(nèi)容和中學(xué)物理課的電學(xué)部分的內(nèi)容聯(lián)系比較緊密，學(xué)生剛進(jìn)入大學(xué)這些相關(guān)內(nèi)容還有記憶，有中學(xué)物理的基礎(chǔ)，相對來說好理解一些。電路分析中的相關(guān)概念和原理在現(xiàn)實生活中容易找到對應(yīng)實例來說明和解釋，模擬電子技術(shù)的內(nèi)容相對來說就要更加抽象和難以理解。涉及到器件的內(nèi)容，比如三極管的原理，同學(xué)們普遍沒有理解透徹。這樣對其外部特性就不能做到心中有數(shù)，只是死記硬背其內(nèi)容。這樣在分析由三極管組成的電路時就會感到無從下手。定性的分析做不到，定量的計算更加困難。由于這兩門課都需要用到數(shù)學(xué)分析的內(nèi)容，比如電路的暫態(tài)分析就用到微積分的方法，對于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不太好的同學(xué)來說，想掌握這部分的內(nèi)容就更加困難。

3 抓基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)

電路分析和模擬電子技術(shù)是兩門強(qiáng)調(diào)動手能力的課程，但是其理論性也特別強(qiáng)，要想學(xué)好其內(nèi)容就先要打好相應(yīng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。在大學(xué)階段的學(xué)習(xí)必須具備高等數(shù)學(xué)等方面的知識。在電路基本分析方法和電路定理這一節(jié)中大量的用到了線性代數(shù)的內(nèi)容，比如在用支路電流法，網(wǎng)孔電流法和結(jié)點電壓法求解電路時就用到了線性方程等方面的知識點。在正弦交流電這一節(jié)的學(xué)習(xí)中需要對復(fù)數(shù)理論和三角函數(shù)有很好的掌握。比如相量法就是分析交流電路最有效的方法，它用復(fù)數(shù)來表示正弦量的有效值和初相位，這樣可以使描述正弦交流電路的方程轉(zhuǎn)化為不含時間的復(fù)數(shù)形式的代數(shù)方程，大大簡化了交流電路的分析和計算。在非正弦周期電流電路的分析中傅里葉級數(shù)展開是關(guān)鍵，一個非正弦的周期信號如何分解為一系列的諧波分量，如何求出不同諧波分量的幅度值都要求對這方面知識的掌握，這部分的內(nèi)容也是將來學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容時的基礎(chǔ)，沒有傅里葉級數(shù)的知識就無法理解后續(xù)的傅里葉變換這個內(nèi)容，就無法建立起信號頻譜這個概念，此后基于頻譜的分析方法都無法理解和應(yīng)用?？偟恼f來，高等數(shù)學(xué)是學(xué)好電路分析和模擬電子技術(shù)必不可少的基礎(chǔ)和前提條件，沒有好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)這兩門課不可能學(xué)好?？梢哉J(rèn)為這兩門課就是高等數(shù)學(xué)在電學(xué)領(lǐng)域的實例應(yīng)用，電路方程就是求解電路的數(shù)學(xué)模型。

4 課程教學(xué)內(nèi)容的整合

目前，國內(nèi)大多數(shù)高校都是把這兩門課程分別講授的。多數(shù)高校是由非計算機(jī)系教師授課，存在和計算機(jī)后續(xù)的課程脫節(jié)的問題，不能兼顧計算機(jī)專業(yè)的特點，內(nèi)容偏重于理論，內(nèi)容涉及面廣，對于計算機(jī)專業(yè)針對性不強(qiáng)，學(xué)生反應(yīng)負(fù)擔(dān)過重，接受情況不好。為了適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才的需求，根據(jù)專升本院校的特點，學(xué)院面臨應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求與改進(jìn)。按學(xué)院的辦學(xué)指導(dǎo)思想和定位，計算機(jī)系以專業(yè)能力為導(dǎo)向，在重構(gòu)人才培養(yǎng)方案上做了積極探索[3]。因此我們對兩門課程的授課情況進(jìn)行過相關(guān)的研究和探討，針對計算機(jī)專業(yè)的特點、培養(yǎng)目標(biāo)的要求及學(xué)生的實際情況，對這兩門課進(jìn)行了新的安排和調(diào)整，形成《電路與模擬電子技術(shù)》這門課，對課程目標(biāo)進(jìn)行了重新定位；對教學(xué)內(nèi)容和實驗項目做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、修改與整合，形成了“理論和實驗”相統(tǒng)一的立體化教學(xué)體系。這些舉措既有利于學(xué)生對這門課的理解，又有利于提高學(xué)生的動手能力與工程實踐能力。

5 實驗課的設(shè)計與實施

電路與模擬電子技術(shù)是一門強(qiáng)調(diào)動手能力的課程，在設(shè)計實驗課的內(nèi)容時特別注意加大實驗課的針對性和實用性，在實驗課的安排上注意和理論課的時間保持同步。除有一定數(shù)量的規(guī)定實驗外，筆者還設(shè)計了開放性實驗項目。在完成大綱要求實驗的前提下，鼓勵學(xué)生按自己興趣，自己設(shè)計實驗，或驗證課程中所學(xué)的理論定理，或搭建一些簡單電路，實現(xiàn)所需功能，注重實驗過程中知識的積累學(xué)習(xí)，注重實驗的思考總結(jié)，讓學(xué)生在完成自己設(shè)計的實驗過程中，真正體會到思考的樂趣，提高動手能力，掌握所學(xué)知識。在對實驗課的考核方面，我們規(guī)定學(xué)生的實驗成績由兩部分組成，一部分是實驗報告成績，另一部分是現(xiàn)場操作成績。一個小組由2名同學(xué)組成，為了避免有的同學(xué)只是記錄實驗數(shù)據(jù)而不動手實際操作，要求一個小組中的兩個同學(xué)都要獨立動手操作，分別給出各自的操作成績，在對實驗報告的評判中注意對比不同小組的實驗數(shù)據(jù)，防止同學(xué)之間互相抄襲實驗數(shù)據(jù)的情況發(fā)生。

在課堂教學(xué)中我們引入了電路仿真軟件的應(yīng)用，這樣可以讓同學(xué)們除了可以計算出電路的數(shù)值外還可以看到電路的變化波形，特別是對一些動態(tài)的過程可以做到一目了然。電路仿真軟件的應(yīng)用還可以讓學(xué)生提前在實驗課開始之前預(yù)先準(zhǔn)備實驗課的內(nèi)容[4]，因為是仿真結(jié)果必定和實際電路測量出來的數(shù)據(jù)有所不同，這也可以啟發(fā)學(xué)生去思考產(chǎn)生這種結(jié)果的原因，讓學(xué)生養(yǎng)成一個良好的習(xí)慣，即在電路分析和設(shè)計時利用仿真但是不完全相信仿真，實際的結(jié)果只能以最后做出的電路輸出為準(zhǔn)。

全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽是我系學(xué)生參加最多的大賽之一，它是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競賽，是由大學(xué)生參加的群眾性科技活動，其目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。電子設(shè)計大賽的開展有助于高等學(xué)校實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的實踐創(chuàng)新意識與基本能力，參加大賽有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)，通過大賽的鍛煉可以提高學(xué)生針對實際問題進(jìn)行電子設(shè)計制作的能力。無疑電子設(shè)計大賽對電路與模擬電子技術(shù)的教學(xué)提出了更高的要求，筆者通過分析找出本課程和大賽有關(guān)的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行專題輔導(dǎo)，針對性的加強(qiáng)訓(xùn)練，先挑出部分基礎(chǔ)好，有興趣的同學(xué)進(jìn)行培養(yǎng)，然后通過這些同學(xué)的帶頭示范作用逐漸擴(kuò)大影響，使更多的同學(xué)加入進(jìn)來。在本課程中，半導(dǎo)體二極管和晶體管、基本放大器、信號產(chǎn)生電路、信號運算與處理電路和直流穩(wěn)壓電源這些章節(jié)的內(nèi)容與大賽直接相關(guān)，在理論教學(xué)和實驗課上這些都作為重點內(nèi)容進(jìn)行講解。形成了學(xué)生參加電子設(shè)計大賽和電路與模擬電子技術(shù)的教學(xué)相互促進(jìn)，良性互動的局面。

6 結(jié)論

通過近5年的教學(xué)實踐，新整合后形成的課程《電路與模擬電子技術(shù)》在我系的教學(xué)效果良好，原來兩門課的課時都為51，總課時為102，整合后的課時為68，課時只是原來的2/3，課時量減少了，但是教學(xué)效果反而有所提高。這得益于新課程更加精煉，知識點更加集中。在教學(xué)中更多的引入了新的技術(shù)和手段，注重學(xué)生興趣和能力的培養(yǎng)。課程改革上更注重前后內(nèi)容的連貫性和統(tǒng)一性，使學(xué)生的綜合能力得以提升。

［1］廖曉梅.《電路與模擬電子技術(shù)》教學(xué)方法的探討［J］.電大理工，2017，（1）:33-35.

［2］高玉良.電路與模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革的實踐［J］.長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，5（3）: 335-336.

［3］陸超.“電路與模擬電子技術(shù)”課程考核方式改革探索與實踐［J］.中國電子教育，2016，（1）:25-29.

［4］郎佳紅，李紹銘.模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革研究與實踐［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，27（4）:110-111.

TP391.9

A

1673-2014（2017）05-0071-03

山西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題（GH-16111）；長治學(xué)院“電路與模擬電子技術(shù)”優(yōu)秀課程，長治學(xué)院教改項目（JC201701）

2017—05—16

上官晉太（1964— ），男，山西陽城人，博士，副教授，主要從事數(shù)字圖像處理教學(xué)與研究。

（責(zé)任編輯 張劍妹）