于海雁，李曉游，龐 杰，湯永華，薛 丹

（沈陽工業(yè)大學 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽 110870）

以工程技能培訓的思路編寫電子技術(shù)實驗教材的體會

于海雁，李曉游，龐 杰，湯永華，薛 丹

（沈陽工業(yè)大學 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽 110870）

該文以應用型本科院校電子技術(shù)實驗教材編寫為例，分析了實驗教材建設的必要性，指出了目前實驗教材中存在的問題，提出了改進措施。結(jié)合編寫的《電子技術(shù)實驗教程》教材，介紹了以工程技能培訓的模式編寫實驗教材的思路。學生的實驗過程不再是按著實驗指導書的程式化操作，而是理論知識的加強和實驗技能的提升。如何通過基礎課程的實驗教學，培養(yǎng)學生積累工程實踐技能，啟發(fā)學生萌芽的創(chuàng)新意識，通過教材中的范例，給出了一些觀點和經(jīng)驗。

電子技術(shù)實驗；實驗教材；技能培訓；創(chuàng)新意識

實踐教學是理工科人才培養(yǎng)非常重要的教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生動手能力的重要途徑。不論是“工程教育專業(yè)認證”還是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”都明確指出，要著力提高大學生解決實際問題的實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。隨著國家高等教育改革計劃的實施，應用型本科院校、專業(yè)逐年增加，實踐教學的重要性不言而喻［1－3］。

電類專業(yè)學生入學后接觸的第一門在實際中經(jīng)常用到的技術(shù)基礎課就是電子技術(shù)，電子技術(shù)實驗是培養(yǎng)學生實踐能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識的“起點”。在實踐教學中，實驗教材的質(zhì)量是影響教學的關(guān)鍵因素。鑒于各實驗教材即要有配套的實驗設備，又要結(jié)合本校學生的實際情況，因此電子技術(shù)實驗教材大多還是各自為政，各具自己的特色［4－5］。在“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”成為國家戰(zhàn)略的大背景下，以工程技能培訓的思路，沈陽工業(yè)大學電子技術(shù)教學團隊編寫了《電子技術(shù)實驗教程》一書。

1 實驗教材存在的問題

大部分傳統(tǒng)實驗指導教材對每個實驗均按照實驗目的、實驗原理、實驗設備、實驗步驟、實驗注意事項等程式化的實驗教學方案編寫，學生只要按照指導書的步驟操作、填好記錄數(shù)據(jù)表格即可。因按部就班的實驗教學模式不利于工程技能的培訓和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，編寫模式需要做出適當?shù)恼{(diào)整。如何通過指導學生實驗的過程，使學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到有效啟蒙、積累和培育，是編寫實驗教材的重要改革趨勢［6－7］。

2 改進實驗教材的措施

實驗教學中技能培訓要達到的目標是：能夠引導和啟發(fā)學生通過實驗，在項目選擇、方案設計、儀器選擇、實驗數(shù)據(jù)記錄和報告總結(jié)等過程的訓練，提高分析問題和解決問題的能力，提高理論和實踐關(guān)聯(lián)的認識，通過分級實驗來培訓實驗技能［8－9］。這種技能培訓模式，不純是理論教學的輔助和簡單驗證，也不再是程式化履行實驗操作流程，而是加深了理論知識的理解，同時也是實驗技能的擴充與延伸。實驗教材重點放在實驗過程的設計、電路和方法描述及引導，避免將實驗的步驟描述得清清楚楚，學生只注重實驗結(jié)果，而不去探索實驗的方法、手段、過程及相關(guān)知識的應用。

新編實驗教材詳細介紹了實驗要求和實驗原理，其中包括設計實例；而沒有包含設計要求所需的現(xiàn)成電路，也沒用詳細的操作步驟，學生需要查閱相關(guān)資料，通過自學設計好實驗方案，教師在課堂上進行有針對性的指導，即使是驗證性實驗也采用這種方式。實驗中的思考題都是學生易犯的錯誤和多年教學經(jīng)驗的積累。實踐表明，實驗教材的這一編寫理念，改變了學生對實驗教材的過度依賴，對知識的掌握更加深刻，學習效果明顯提高。

3 新教材范例及說明

3.1 新教材范例

下面給出《電子技術(shù)實驗教程》一書中“集成運算放大器的基本運算電路”實驗的編寫范例［10］。

集成運算放大器是實現(xiàn)電子系統(tǒng)小信號放大功能的重要器件，是模擬電子技術(shù)課程理論教學與實驗教學的重點內(nèi)容。通過實驗深入理解集成運放的線性區(qū)工作條件、深度負反饋、虛短和虛斷、疊加定理、集成運放限幅值、零點漂移等。在實驗前要認真預習和理解，由此擬定出自己的實驗方案。通過全過程的訓練，提高分析問題和解決問題的能力，包括具有一定的故障排查能力。實驗電路包括了反相比例運算、同相比例運算、電壓跟隨器、反相加法和差分運算。以下為該實驗的節(jié)選內(nèi)容，主要針對“反相比例運算”。

實驗六 集成運算放大器的基本運算電路

一、實驗目的

1）掌握集成運算放大器正確的使用方法；

2）掌握常用單元電路的設計和調(diào)試方法；

3）了解集成運放在實際應用時應注意的問題。

二、預習要求

1）復習集成運算放大器線性應用部分內(nèi)容；

2）自擬實驗步驟及數(shù)據(jù)記錄表格；

3）按實驗要求設計電路，有完整的設計過程；

4）從理論上分析得出實驗數(shù)據(jù)及輸出波形；

5）根據(jù)電路的具體功能和參數(shù)，確定合適的輸入信號；

三、設計任務與要求

1）反相比例運算電路：Au＝－10、輸入電阻Ri≥10 k；

……

四、實驗原理與設計實例

圖1為反相比例運算電路。為了減小輸入端偏置電流引起的運算誤差，在同相端應接入平衡電阻R＝R∥R，由虛短和虛斷可推導出，即21f式中，u與u反相位，改變R與R的oI1f阻值，可以改變電壓放大倍數(shù)Au。放大倍數(shù)Au可以大于1，也可以小于1。若R1＝Rf，則uo＝－ui，稱為反相器。

學生長期以來的發(fā)散思維方式就是一題多解，而一般情況下，多種解法的答案都一樣，這道題目與現(xiàn)實生活非常接近，只要分配方案合理，答案不是唯一的。我希望學生能思考出更多合理的分配方案，真正的打開思路，拓展思維。

反相比例運算電路的輸入電阻Ri≈R1。反饋電阻Rf不能取得太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般為幾十千歐至幾百千歐，R1的取值應遠大于信號源的內(nèi)阻。

圖1 反相比例運算電路

五、實驗設備與器件

（略）

六、實驗步驟

1）集成運算放大器的調(diào)零

此部分給出調(diào)零電路及具體的調(diào)試方法。（略）

2）反相比例運算電路

（1）輸入端加入直流電壓信號，大小自定。用萬用表的直流電壓擋或示波器測量輸出電壓，將數(shù)據(jù)填入表1中。

表1 反相比例運算的實驗數(shù)據(jù)

（2）輸入端加入正弦信號，頻率與幅值自定。觀察并記錄輸入和輸出的電壓波形，測量幅值關(guān)系、相位關(guān)系。

（3）測量最大不失真輸出電壓Uom。輸入正弦信號頻率不變，幅值增加，找到輸出電壓uo幅值最大且不失真的波形。

七、實驗報告與要求

1）畫出完整的電路圖，說明參數(shù)的設計過程；

2）以表格形式列出經(jīng)整理歸納后的實驗數(shù)據(jù)，用坐標紙畫出有關(guān)實驗波形；

3）對比實驗數(shù)據(jù)，分析誤差大小及產(chǎn)生的原因；

4）對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進行分析，并說明產(chǎn)生的原因及解決的措施。

八、思考題

1）在測試各運算電路中，輸出始終為一接近電源值的較大電壓，電路可能發(fā)生了什么問題？如何解決？

2）在測試各運算電路中，若輸入端對地短路，輸出電路uo≠0說明電路存在什么問題？應如何處理？

3.2 新教材說明

首先，改變了傳統(tǒng)實驗教材程式化格式。在實驗原理中將集成運放線性區(qū)應用知識與實驗點相結(jié)合，在實驗目的中包含實驗技能要求。通過實驗目的、預習要求、設計任務與要求，把具體一個實驗的技能培訓過程變得一目了然。其次，通過實驗原理與設計實例，學生有章可循，有例可仿，不至于無從下手。下面以反向比例運算電路為例進行說明。

在反相比例運算電路中，設計任務與要求是“Au＝－10、輸入電阻Ri≥10 k”，學生通過設計實例講解分析得出的結(jié)論A＝R≈R，

ui1以及電阻的取值范圍，即可得出R1、R2、Rf的阻值，完成電路的參數(shù)設計。在“實驗步驟”中，表1給出了直流輸入時，記錄數(shù)據(jù)的表格樣式及測量工具，可以作為交流輸入時的參考。無論直流輸入還是交流輸入，都沒有給出信號的大小。信號太小，不利于觀測；信號太大，導致輸出達到集成運放的限幅，輸出失真。學生需通過觀測波形和數(shù)據(jù)，確定合適的輸入信號大小，這樣可以充分理解集成運放的線性區(qū)、限幅值等概念，為“測量最大不失真輸出電壓Uom”指出了測量方法。在預習要求中的“自擬實驗步驟”就是要將所給的實驗步驟具體化，包括所加輸入信號的大小、種類、參數(shù)，以及能夠清晰記錄數(shù)據(jù)的表格等。實驗教材的這種編排模式，體現(xiàn)了重視學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓教師和學生都有充分發(fā)揮的空間，使思維得以發(fā)散。

其次，采用這種實驗內(nèi)容安排模式，也考慮到與傳統(tǒng)實驗教材的延續(xù)。學生的能力不同，專業(yè)不同對電子技術(shù)實驗能力的要求也不同。如非電類專業(yè)學生可參考實驗原理和設計實例及實驗步驟，再加上教師的指導，也可以完成實驗操作的全過程，即所謂的驗證性實驗。

3.3 技能培訓過程介紹

實驗前教師明確哪些技能需要培訓和掌握，主要注意事項是什么。比如，反相加法和差分運算交直流共同作用時，采用PPT方式講解如何讀取關(guān)鍵點的數(shù)據(jù)等。再比如，反相比例運算電路Au＝－10，指導書中只給出確定合適的輸入信號并沒有明確信號的大小和種類，有的同學輸入信號為1 V，結(jié)果輸出失真為方波信號，查找原因排除多種可能：電路連接錯誤、連接導線不通、反饋斷開了、集成運放損壞等等。學生在教師的提示下，深刻理解了輸入信號太大，使輸出增大，集成運放進入非線性區(qū)，輸出為限幅值。隨著問題的出現(xiàn)和解決，學生的實驗技能、動手能力自然得到了提高，反過來也加深了理論知識的理解。

為了提高學生電子技術(shù)的綜合應用能力，培訓工程素質(zhì)和技能，實驗教材中設置了電子技術(shù)綜合性實驗一章。每個綜合實驗按照設計任務與要求、預習要求、設計指導進行編排，其中設計指導包括參考設計方案和部分參考設計電路，使學生有足夠的發(fā)揮空間。目前在電子系統(tǒng)設計制作中，除了規(guī)模較小的單元電路，大部分都需要先通過仿真來確定參數(shù)，實驗教材最后一章為Multisim仿真實驗，通過仿真實例講解，掌握現(xiàn)代電子電路的設計方法。

4 成效與思考

實驗技能培訓式的實驗教學模式，使很多學生有了獨立自主做實驗的感覺，不再是按部就班被動做實驗，自己設計的實驗方案獲得認可并得出正確的結(jié)論，有了成就感，這種小創(chuàng)新的積累就是工程技能與素質(zhì)的提高，有效地實現(xiàn)了實驗教學的目的。

該教材得到了同行的一致好評。2008年正式出版，2010年被評為校教材成果一等獎，2013年被評為首批遼寧省“十二五”普通高等教育本科省級規(guī)劃教材。2014年修訂出版了第二版，將校級電子技術(shù)基本技能大賽的優(yōu)秀作品經(jīng)整理編入到綜合設計性實驗。采用實驗技能培訓模式來編寫實驗教材，用于基礎課實驗教學中，有利于學生積累和培育工程素養(yǎng)，激勵創(chuàng)新意識，為后續(xù)實踐環(huán)節(jié)打下基礎。

5 結(jié)束語

由于電子技術(shù)課程既是基礎知識又是技能知識，所以電子技術(shù)實驗對培養(yǎng)工程素質(zhì)、提高動手能力顯得至關(guān)重要。沈陽工業(yè)大學電子技術(shù)教學團隊為省級教學團隊，實驗教材的編寫是團隊教師多年教學經(jīng)驗的成果性總結(jié)。以工程技能培訓過程的思路編寫實驗教材，激發(fā)了學生的主動性和探索性，對應用型本科院校理工科實驗教材的編寫有一定的借鑒作用。

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［10］于海雁，張欣，李曉游.電子技術(shù)實驗教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

Understanding Obtained from Com piling Experiment Teaching M aterial about Electronic Technology w ith Engineering Skills Training Process

YU Haiyan，LIXiaoyou，PANG Jie，TANG Yonghua，XUE Dan
（School of Information and Science Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China）

This paper takes the electronic technology experimental teaching material in application－oriented universities as an example.It analyzes the necessity of the experimental teachingmaterial construction，points out the problems existing in the teaching material，and puts forward the improvementmeasures.Combined with the“Electronic Technology Experimental Course”teachingmate rials，this paper introduced the engineering skills trainingmode，wrote the experimental teaching ideas.Students experimental process is no longer based on the experimental instruction of the stylized operation，but the strengthening of theoretical knowledge and the im provement of experimental skills..The author gives some ideas and experiences of how to cultivate students accumulated engineering practice skills，to inspire students creative consciousness of budding.

experiment in electronic technology；experimental teachingmaterials；skills training process；innovative conscious ness

G423.3

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.017

2016－03－21；修改日期：2016－05－23

遼寧省教育廳基金項目（UPRP20140711）。

于海雁（1965－），女，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)方面的教學與科研工作。