于海雁，李曉游，龐 杰，湯永華，薛 丹

（沈陽工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

以工程技能培訓(xùn)的思路編寫電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

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

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教材；技能培訓(xùn)；創(chuàng)新意識

實(shí)踐教學(xué)是理工科人才培養(yǎng)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的重要途徑。不論是“工程教育專業(yè)認(rèn)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(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)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(shí)施，應(yīng)用型本科院校、專業(yè)逐年增加，實(shí)踐教學(xué)的重要性不言而喻［1－3］。

電類專業(yè)學(xué)生入學(xué)后接觸的第一門在實(shí)際中經(jīng)常用到的技術(shù)基礎(chǔ)課就是電子技術(shù)，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識的“起點(diǎn)”。在實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教材的質(zhì)量是影響教學(xué)的關(guān)鍵因素。鑒于各實(shí)驗(yàn)教材即要有配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，又要結(jié)合本校學(xué)生的實(shí)際情況，因此電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(xùn)的思路，沈陽工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊編寫了《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程》一書。

1 實(shí)驗(yàn)教材存在的問題

大部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材對每個實(shí)驗(yàn)均按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等程式化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案編寫，學(xué)生只要按照指導(dǎo)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(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于工程技能的培訓(xùn)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，編寫模式需要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如何通過指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程，使學(xué)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(shí)驗(yàn)教材的重要改革趨勢［6－7］。

2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教材的措施

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中技能培訓(xùn)要達(dá)到的目標(biāo)是：能夠引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，在項(xiàng)目選擇、方案設(shè)計、儀器選擇、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和報告總結(jié)等過程的訓(xùn)練，提高分析問題和解決問題的能力，提高理論和實(shí)踐關(guān)聯(lián)的認(rèn)識，通過分級實(shí)驗(yàn)來培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)技能［8－9］。這種技能培訓(xùn)模式，不純是理論教學(xué)的輔助和簡單驗(yàn)證，也不再是程式化履行實(shí)驗(yàn)操作流程，而是加深了理論知識的理解，同時也是實(shí)驗(yàn)技能的擴(kuò)充與延伸。實(shí)驗(yàn)教材重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計、電路和方法描述及引導(dǎo)，避免將實(shí)驗(yàn)的步驟描述得清清楚楚，學(xué)生只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而不去探索實(shí)驗(yàn)的方法、手段、過程及相關(guān)知識的應(yīng)用。

新編實(shí)驗(yàn)教材詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)原理，其中包括設(shè)計實(shí)例；而沒有包含設(shè)計要求所需的現(xiàn)成電路，也沒用詳細(xì)的操作步驟，學(xué)生需要查閱相關(guān)資料，通過自學(xué)設(shè)計好實(shí)驗(yàn)方案，教師在課堂上進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)，即使是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也采用這種方式。實(shí)驗(yàn)中的思考題都是學(xué)生易犯的錯誤和多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累。實(shí)踐表明，實(shí)驗(yàn)教材的這一編寫理念，改變了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教材的過度依賴，對知識的掌握更加深刻，學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)教程》一書中“集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路”實(shí)驗(yàn)的編寫范例［10］。

集成運(yùn)算放大器是實(shí)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(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)深入理解集成運(yùn)放的線性區(qū)工作條件、深度負(fù)反饋、虛短和虛斷、疊加定理、集成運(yùn)放限幅值、零點(diǎn)漂移等。在實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)和理解，由此擬定出自己的實(shí)驗(yàn)方案。通過全過程的訓(xùn)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(shí)驗(yàn)電路包括了反相比例運(yùn)算、同相比例運(yùn)算、電壓跟隨器、反相加法和差分運(yùn)算。以下為該實(shí)驗(yàn)的節(jié)選內(nèi)容，主要針對“反相比例運(yùn)算”。

實(shí)驗(yàn)六 集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）掌握集成運(yùn)算放大器正確的使用方法；

2）掌握常用單元電路的設(shè)計和調(diào)試方法；

3）了解集成運(yùn)放在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)注意的問題。

二、預(yù)習(xí)要求

1）復(fù)習(xí)集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用部分內(nèi)容；

2）自擬實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄表格；

3）按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計電路，有完整的設(shè)計過程；

4）從理論上分析得出實(shí)驗(yàn)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(shè)計任務(wù)與要求

1）反相比例運(yùn)算電路：Au＝－10、輸入電阻Ri≥10 k；

……

四、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計實(shí)例

圖1為反相比例運(yùn)算電路。為了減小輸入端偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相端應(yīng)接入平衡電阻R＝R∥R，由虛短和虛斷可推導(dǎo)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(xué)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(shí)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(xué)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(yùn)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(yīng)遠(yuǎn)大于信號源的內(nèi)阻。

圖1 反相比例運(yùn)算電路

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件

（略）

六、實(shí)驗(yàn)步驟

1）集成運(yùn)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(yùn)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(yùn)算的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報告與要求

1）畫出完整的電路圖，說明參數(shù)的設(shè)計過程；

2）以表格形式列出經(jīng)整理歸納后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用坐標(biāo)紙畫出有關(guān)實(shí)驗(yàn)波形；

3）對比實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(yīng)如何處理？

3.2 新教材說明

首先，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材程式化格式。在實(shí)驗(yàn)原理中將集成運(yùn)放線性區(qū)應(yīng)用知識與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹邪瑢?shí)驗(yàn)技能要求。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、預(yù)習(xí)要求、設(shè)計任務(wù)與要求，把具體一個實(shí)驗(yàn)的技能培訓(xùn)過程變得一目了然。其次，通過實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計實(shí)例，學(xué)生有章可循，有例可仿，不至于無從下手。下面以反向比例運(yùn)算電路為例進(jìn)行說明。

在反相比例運(yùn)算電路中，設(shè)計任務(wù)與要求是“Au＝－10、輸入電阻Ri≥10 k”，學(xué)生通過設(shè)計實(shí)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(shè)計。在“實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致輸出達(dá)到集成運(yùn)放的限幅，輸出失真。學(xué)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(yùn)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(yù)習(xí)要求中的“自擬實(shí)驗(yàn)步驟”就是要將所給的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教材的這種編排模式，體現(xiàn)了重視學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓教師和學(xué)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排模式，也考慮到與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材的延續(xù)。學(xué)生的能力不同，專業(yè)不同對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笠膊煌?。如非電類專業(yè)學(xué)生可參考實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計實(shí)例及實(shí)驗(yàn)步驟，再加上教師的指導(dǎo)，也可以完成實(shí)驗(yàn)操作的全過程，即所謂的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

3.3 技能培訓(xùn)過程介紹

實(shí)驗(yàn)前教師明確哪些技能需要培訓(xùn)和掌握，主要注意事項(xiàng)是什么。比如，反相加法和差分運(yùn)算交直流共同作用時，采用PPT方式講解如何讀取關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)等。再比如，反相比例運(yùn)算電路Au＝－10，指導(dǎo)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(xué)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(dǎo)線不通、反饋斷開了、集成運(yùn)放損壞等等。學(xué)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(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)，輸出為限幅值。隨著問題的出現(xiàn)和解決，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(xué)生電子技術(shù)的綜合應(yīng)用能力，培訓(xùn)工程素質(zhì)和技能，實(shí)驗(yàn)教材中設(shè)置了電子技術(shù)綜合性實(shí)驗(yàn)一章。每個綜合實(shí)驗(yàn)按照設(shè)計任務(wù)與要求、預(yù)習(xí)要求、設(shè)計指導(dǎo)進(jìn)行編排，其中設(shè)計指導(dǎo)包括參考設(shè)計方案和部分參考設(shè)計電路，使學(xué)生有足夠的發(fā)揮空間。目前在電子系統(tǒng)設(shè)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(shí)驗(yàn)教材最后一章為Multisim仿真實(shí)驗(yàn)，通過仿真實(shí)例講解，掌握現(xiàn)代電子電路的設(shè)計方法。

4 成效與思考

實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使很多學(xué)生有了獨(dú)立自主做實(shí)驗(yàn)的感覺，不再是按部就班被動做實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案獲得認(rèn)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(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shè)計性實(shí)驗(yàn)。采用實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)模式來編寫實(shí)驗(yàn)教材，用于基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有利于學(xué)生積累和培育工程素養(yǎng)，激勵創(chuàng)新意識，為后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

由于電子技術(shù)課程既是基礎(chǔ)知識又是技能知識，所以電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(xué)電子技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊為省級教學(xué)團(tuán)隊，實(shí)驗(yàn)教材的編寫是團(tuán)隊教師多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的成果性總結(jié)。以工程技能培訓(xùn)過程的思路編寫實(shí)驗(yàn)教材，激發(fā)了學(xué)生的主動性和探索性，對應(yīng)用型本科院校理工科實(shí)驗(yàn)教材的編寫有一定的借鑒作用。

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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(xiàng)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(xué)與科研工作。