段福斌， 朱建華

(浙江科技學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，杭州 310023)

模擬電子技術(shù)實驗項目化教學(xué)改革

段福斌， 朱建華

(浙江科技學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，杭州 310023)

針對模擬電子技術(shù)實驗的知識點繁雜、大多數(shù)知識點零散獨立、實驗中將其與具體應(yīng)用電路聯(lián)系起來比較困難等問題，根據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)”和工程教育專業(yè)認證的相關(guān)要求，探索以提升工程能力為目標、以項目教學(xué)為主線開展模擬電子技術(shù)實驗。以一個完整電子產(chǎn)品為主線開展模塊化、遞進式、項目化的實驗，將電子產(chǎn)品分解為若干個包含模擬電子技術(shù)課程關(guān)鍵知識點的實驗?zāi)K，以一個實驗?zāi)K為一個實驗單元，在完成所有實驗?zāi)K實驗后進行組裝聯(lián)調(diào)，最后制成該電子產(chǎn)品。以一個完整電子產(chǎn)品為主線開展實驗教學(xué)，對學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，增強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，初步訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力具有積極意義。

模擬電子技術(shù)實驗； 項目化教學(xué)； 實驗教學(xué)改革

0 引 言

模擬電子技術(shù)實驗作為模擬電子技術(shù)課程的實驗環(huán)節(jié)，是模擬電子技術(shù)課程的重要組成部分。該實驗內(nèi)容包括各種器件、電路形式、信號類型等概念理解與問題分析方法[1]，以及儀器儀表的使用等，涉及知識點多且相對獨立，并具有很強的實踐性。大學(xué)生通過模擬電子技術(shù)實驗各環(huán)節(jié)的實踐，既能鞏固模擬電子技術(shù)的理論知識，又能將抽象的、不易理解的模擬電子技術(shù)理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的感性認識，同時還可通過對所學(xué)知識的運用提高動手能力。因此，模擬電子技術(shù)實驗環(huán)節(jié)在培養(yǎng)電類相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的分析與解決問題的能力、工程意識和創(chuàng)新意識等方面具有重要作用，在提高學(xué)生的技能及綜合運用能力方面，也具有理論課堂教學(xué)所無法替代的作用[2]。

1 模擬電子技術(shù)實驗課程現(xiàn)狀分析

1.1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的不足

許多學(xué)校的模擬電子技術(shù)實驗都獨立設(shè)課，時數(shù)不等，一般為16～24學(xué)時。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式從屬于理論教學(xué)[3]，以驗證性實驗為主，實驗過程基本按照實驗教材所要求的操作步驟進行，因此，對大多數(shù)同學(xué)而言，實驗的效果僅僅是熟悉了儀器儀表的使用、熟悉了電路的連接和測試，因而無法達到實驗教學(xué)的目的[4]。近年來雖對該實驗課程進行了一些改革，增加了一些綜合性實驗及設(shè)計性實驗，改進了教學(xué)方法和手段，取得了一些成果，但仍然存在諸多不足，主要體現(xiàn)在以下4個方面：

(1) 未能將模擬電子技術(shù)實驗零散獨立的知識點與具體的應(yīng)用電路聯(lián)系起來。模擬電子技術(shù)實驗知識點涉及二極管、三極管、場效應(yīng)管、集成電路等半導(dǎo)體器件及電阻、電容等常用電子元器件，實驗中要使用電源、信號發(fā)生器、示波器等儀器儀表，實驗電路包含各種基本電路、功能電路、應(yīng)用電路且具有各種不同的分析方法，具有眾多的概念、參數(shù)和各種模型，涉及電路之間的互聯(lián)匹配[5]，知識點繁雜，且大多數(shù)知識點是零散獨立的，很難將眾多零散獨立的知識點用一個適宜的應(yīng)用電路串起來。

(2) 實驗中設(shè)計性實驗電路參數(shù)設(shè)計計算比較簡單，器件選擇的機會也較少，學(xué)生得到的訓(xùn)練不夠。例如，在集成運放組成的反相比例運算放大電路中，雖不同的實驗小組給定了不同的放大倍數(shù)，但學(xué)生只要按比例選擇反饋電阻即可。因此，學(xué)生在實驗過程中，還是較少有機會遇到器件選擇及電路設(shè)計的問題，也不知道單元實驗電路在電子產(chǎn)品的用途或者如何用在電子產(chǎn)品中，這種實驗方法顯然不利于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)[2-3]。

(3) 學(xué)生實驗前預(yù)習(xí)不夠，對實驗準備不足，實驗中很難達到預(yù)期的效果。預(yù)習(xí)資料比較缺乏，如果不去圖書館借閱資料或網(wǎng)上查找資料，只有實驗指導(dǎo)教材和理論教材，不利于學(xué)生系統(tǒng)地了解與實驗有關(guān)的工程案例、相關(guān)規(guī)范和標準、元器件參數(shù)等知識。

(4) 實驗報告的質(zhì)量低。工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求指標點對實驗報告的撰寫提出了明確的要求，這些要求包括：能對實驗結(jié)果進行分析、解釋數(shù)據(jù)；會采用信息綜合手段對實驗結(jié)果得出合理有效的結(jié)論；具有撰寫設(shè)計報告、技術(shù)總結(jié)報告及項目申請報告的能力。現(xiàn)學(xué)生撰寫的實驗報告的主要內(nèi)容為實驗原理(包括原理圖)、實驗內(nèi)容及步驟、實驗數(shù)據(jù)或波形記錄及簡單的結(jié)論，較少涉及實驗結(jié)果分析、數(shù)據(jù)解釋及推斷實驗結(jié)論等方面的內(nèi)容，對照畢業(yè)要求指標點要求尚有明顯差距。

1.2 OBE模式的教學(xué)改革要求

近年來，為了不斷提升專業(yè)水平和培養(yǎng)質(zhì)量，我校電氣工程及其自動化、化學(xué)工程與工藝、土木工程等專業(yè)實施了教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，并陸續(xù)完成了工程教育專業(yè)認證工作?！白吭接媱潯焙蛯I(yè)認證給模擬電子技術(shù)實驗提出了更高且非常明確的教學(xué)目標要求：①通過實驗幫助學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)理論、電子元器件、測量及調(diào)試等方面知識，能用于解決電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，從而提高學(xué)生設(shè)計開發(fā)能力；②通過設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)提高學(xué)生的研究能力。模擬電子技術(shù)實驗按照專業(yè)認證OBE(基于產(chǎn)出的教育模式，Outcomes-based Education)教學(xué)模式[6-7]，圍繞要達成的教學(xué)目標，開展了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的教學(xué)改革。

2 模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革思路

針對實驗教學(xué)中存在的問題和工程能力培養(yǎng)的目標要求，我們開展了以項目教學(xué)為主線，重新設(shè)計和編排教學(xué)內(nèi)容的改革。實驗課程以一個完整電子產(chǎn)品為主線開展模塊化、遞進式、項目化實驗，達到將一些零散孤立的知識點貫穿整個實驗過程的目的，通過這種方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解模擬電子技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，建立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生工程意識、動手能力和創(chuàng)新能力。整個實驗過程是一個電子產(chǎn)品的設(shè)計調(diào)試過程，調(diào)動了學(xué)生在實驗教學(xué)中的積極性，有助于其主體地位的發(fā)揮，從而提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

將模擬電子技術(shù)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容進行項目化設(shè)計[8]，關(guān)鍵是設(shè)計一個包含模擬電子技術(shù)課程關(guān)鍵知識點并具有實際應(yīng)用價值的電子工程項目(電子產(chǎn)品)。該電子工程項目應(yīng)包含基本放大電路、負反饋放大電路、集成運放構(gòu)成的運算放大電路、各種比較器、各種波形發(fā)生器及直流電源的關(guān)鍵知識點。實驗中，將該電子工程項目分解為6或7個單元模塊(單元電路)，并將實驗的關(guān)鍵知識點分配到單元電路；單元電路的設(shè)計要可以銜接并有一定梯度，一個單元電路為一個實驗項目；在完成各個單元電路實驗的基礎(chǔ)上，將相關(guān)單元電路進行組合聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)項目功能。

經(jīng)過項目化設(shè)計的實驗教學(xué)內(nèi)容包括：常用儀器儀表的使用模塊、項目功能單元模塊設(shè)計和制作模塊(6或7個)、電子工程項目安裝聯(lián)調(diào)模塊等。圖 1為模擬電子技術(shù)項目化實驗教學(xué)整體設(shè)計方案。

圖1 模擬電子技術(shù)項目化實驗教學(xué)整體設(shè)計方案

2.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

我們將理論課程、傳統(tǒng)的實驗項目及其他教學(xué)資源進行對比分析，選擇恒溫控制器設(shè)計制作、壓力控制器設(shè)計制作等電子工程項目作為實驗主體內(nèi)容，以恒溫控制器為例，將其分解為5個實驗?zāi)K，分別是：電壓跟隨器、運算放大電路、比較器、波形發(fā)生電路、直流穩(wěn)壓電源及繼電器驅(qū)動電路。其中的部分內(nèi)容并非恒溫控制器功能必須，而是為涵蓋課程重要知識點專門設(shè)計。例如：波形發(fā)生電路在實際恒溫控制器中并不需要，但因其是模擬電路中的一個關(guān)鍵知識點而刻意植入，其在電路中可完成一個超限報警功能。

實驗內(nèi)容確定后，分8次實驗課(每次3學(xué)時)實施，分別為：實驗1，常用儀器儀表的使用；實驗2，射極跟隨器及繼電器驅(qū)動電路(模塊1)；實驗3，晶體管構(gòu)成的負反饋放大電路；實驗4，集成運放構(gòu)成的運算放大電路(模塊2)；實驗5，集成運放構(gòu)成的比較器(模塊3)；實驗6，波形發(fā)生電路(模塊4)；實驗7，直流穩(wěn)壓電源(模塊5)；實驗8，恒溫控制器安裝聯(lián)調(diào)。實驗教學(xué)始終圍繞電子產(chǎn)品的設(shè)計制作進行，貫穿整個實驗過程。

3 模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)方法

本實驗中各實驗?zāi)K的設(shè)計是有梯度和分層次的[9]，可分為基礎(chǔ)層實驗(實驗1、2)、功能層實驗(實驗3～7)、應(yīng)用層實驗(實驗8)3個層次。在教學(xué)過程中，不同層次的實驗項目的教學(xué)方法和教學(xué)要求不同。

基礎(chǔ)層試驗的主要目的是為了讓學(xué)生熟悉相關(guān)實驗教學(xué)儀器設(shè)備的使用方法，掌握基本測量方法，通過驗證相關(guān)理論的真實性掌握相應(yīng)的知識點。具體做法是，使用毫伏表、示波器、信號發(fā)生器調(diào)整并測量給定的多組信號參數(shù)，通過反復(fù)調(diào)整測量達到熟悉儀器儀表使用的目的；在驗證性實驗部分，要求學(xué)生按照電路原理圖完成電路的連接，然后加上各種信號進行調(diào)試，一方面驗證了理論的真實性，另一方面也熟悉了相關(guān)電路的主要技術(shù)指標，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。

功能層實驗要求學(xué)生能夠完成某種電路功能的電路，例如比例運算放大電路，將小信號按要求進行放大。在這個實驗環(huán)節(jié)中，首先由教師講解電路原理，器件參數(shù)選擇一般原則，然后給出實驗要求(例如，放大倍數(shù)等)，學(xué)生根據(jù)理論計算結(jié)果結(jié)合器件參數(shù)選擇原則選擇部分器件(例如，反饋電阻等)，最后學(xué)生根據(jù)電路圖將已選器件和給定器件進行連接，電路連接后再進行通電調(diào)試。在實驗中，改革用統(tǒng)一的實驗器件連接實驗電路、測量數(shù)據(jù)、驗證理論計算就能完成實驗的做法[10]，鼓勵學(xué)生自己選擇實驗器件及其參數(shù)[11]，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、設(shè)計和綜合調(diào)試的能力。

應(yīng)用層實驗是在已完成基礎(chǔ)層實驗和功能層實驗的基礎(chǔ)上進行的。實驗中，將功能層實驗的各模塊進行組合，逐一安裝并連接各功能模塊，擬定聯(lián)調(diào)實驗方案，完成整體調(diào)試，實現(xiàn)恒溫控制器的所有設(shè)計功能。應(yīng)用層實驗注重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，提高學(xué)生分析問題解決復(fù)雜工程問題的能力。

4 實驗教學(xué)手段改革

實驗?zāi)芊襁_到預(yù)期目的，一定程度上取決于實驗前的準備工作是否充分[12]。在實驗前，要求學(xué)生對實驗內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)內(nèi)容主要包括：與實驗內(nèi)容相關(guān)電子工程案例、電路原理、參數(shù)設(shè)計、常用電子元器件參數(shù)。為了方便學(xué)生預(yù)習(xí)，使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是很好的教學(xué)手段。教學(xué)網(wǎng)站上模擬電子技術(shù)在線課程及模擬電子技術(shù)仿真實驗平臺對學(xué)生有很大的幫助，教師收集的電子工程案例資源、相關(guān)規(guī)范和標準、常用電子元器件參數(shù)、題庫資料等，也能為學(xué)生提供有力的支持。

實驗報告是學(xué)生通過實驗將原理、步驟、數(shù)據(jù)、波形等進行匯總的過程[13]，按工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求指標點[12]的要求強化數(shù)據(jù)分析及實驗結(jié)論部分，要求根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)果，結(jié)合理論知識解釋實驗數(shù)據(jù)，合理有效的推斷實驗結(jié)論。這部分內(nèi)容作為實驗報告評分的重要依據(jù)。

在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)大綱中，修訂了評分辦法及考核標準，采取更科學(xué)的實驗實習(xí)考核方法，客觀地反映學(xué)生的實際水平；重視預(yù)習(xí)成績，將網(wǎng)絡(luò)實驗預(yù)習(xí)成績納入考核[14-15]，網(wǎng)絡(luò)實驗預(yù)習(xí)成績的比例占15%以上；以實驗操作為主，重在學(xué)生實踐過程操作能力的考核。

5 改革效果

模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革取得了一定的成效，學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的興趣和積極性有所提高。改革前，學(xué)生一般只要按照實驗教材要求的操作步驟進行操作就可以完成實驗，實驗中主要的問題是設(shè)備和連線的問題，學(xué)生較少有機會涉及參數(shù)設(shè)計等問題，對實驗單元電路在具體產(chǎn)品中的作用也不了解，很多學(xué)生只是為了學(xué)分勉強完成實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣普遍不濃，教改后，讓學(xué)生參與到整個電子產(chǎn)品的設(shè)計制作過程，相當一部分學(xué)生對實驗表現(xiàn)出了不同程度的興趣，一些同學(xué)不僅按要求完成了實驗，還開動腦筋在原電路的基礎(chǔ)上進行一些拓展實驗，為了增加動手機會，不少學(xué)生還主動要求進實驗室參加各種科研活動，近年來，有32位同學(xué)申請進實驗室，通過選拔后目前有12位比較優(yōu)秀且有一定創(chuàng)新能力的同學(xué)留在實驗室進行各種科研活動，大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度變得更加積極主動，一些在課內(nèi)未完成實驗的同學(xué)主動要求在課余時間補做實驗，這是以前從未有過的。改革后模擬電子技術(shù)實驗為學(xué)生參加后續(xù)的各種科技競賽和科研活動打下了扎實基礎(chǔ)，學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和解決電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力有了明顯提高，近2年，參加過模擬電子實驗的學(xué)生獲電子設(shè)計大賽國家獎4項，省級一等獎5項、二等獎5項、三等獎13項。在實驗預(yù)習(xí)方面，改革前，較少有學(xué)生進行實驗預(yù)習(xí)，一些學(xué)生甚至不知道當天的實驗內(nèi)容。改革后，實驗預(yù)習(xí)情況明顯好轉(zhuǎn)，實驗前均能上交預(yù)習(xí)報告，模擬電子技術(shù)實驗在線課程及模擬電子技術(shù)實驗仿真實驗平臺的訪問量達到了2萬余人次。在實驗報告方面，改革前，實驗報告的主要內(nèi)容是實驗步驟、實驗原理及實驗數(shù)據(jù)，較少有學(xué)生進行實驗分析，改革后，強化了實驗數(shù)據(jù)分析及實驗結(jié)論部分，學(xué)生通過分析實驗數(shù)據(jù)推斷實驗結(jié)論，鍛煉了分析問題和總結(jié)歸納的能力。

6 結(jié) 語

基于教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”項目和電氣工程及其自動化等專業(yè)的工程教育專業(yè)認證(“華盛頓協(xié)議”)的要求，我校工程訓(xùn)練中心在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面對模擬電子技術(shù)實驗課程進行了系統(tǒng)的教學(xué)改革。該實驗課程選擇了一個完整電子產(chǎn)品為主線，開展模塊化、遞進式、項目化實驗教學(xué)。改革取得積極成效，學(xué)生做實驗的興趣和熱情有了較大提高，培養(yǎng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，提升了學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和解決電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力。當然，工程教育質(zhì)量的提高是一個持續(xù)改進的過程，本課程在教學(xué)內(nèi)容的進一步優(yōu)化，實驗方案設(shè)計中學(xué)生自主性的發(fā)揮方面仍有提升空間。

[1] 孟秀玲.《模擬電子技術(shù)》課教學(xué)難度的分析及對策[J]．裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報，2001，15(4)：74-75．

[2] 馮志江，張 利，王巧玲．電子技術(shù)實驗教學(xué)的思考[J]．實驗室研究與探索，2012，31(7)：330-332，345．

[3] 劉 艷，朱昌平，宋鳳琴．模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的學(xué)生實踐能力培養(yǎng)[J]．實驗技術(shù)與管理，2010，27(2)：110-112．

[4] 程春雨，吳雅楠，馬 馳．模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革與實踐[J]．實驗科學(xué)與技術(shù)，2014，12(6)：71-72．

[5] 康光華．電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M]．北京：高等教育出版社，2007：1-2．

[6] 顧佩華，胡文華，林 鵬．基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”(OBE)的工程教育模式[J]．高等工程教育研究，2014(1)：27-28

[7] 李志義，朱 泓，劉志軍．用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學(xué)改革[J]．高等工程教育研究，2014(2)：30-31

[8] 錢存陽．項目化教學(xué)培養(yǎng)大學(xué)生系統(tǒng)實踐能力[J]．高等工程教育研究，2015(2)：187-188．

[9] 蔡曉艷，肜 瑤，王照平． 模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的研究與探索[J]．實驗室科學(xué)，2013，16(3)：51-53．

[10] 晏 湧．模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J]．實驗技術(shù)與管理，2012，29(4)：288-290．

[11] 邢曉濬．“模擬電子技術(shù)實驗”教學(xué)的探索與實踐[J]．電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013，35(1)： 86-87．

[12] 陳媛媛．電工電子實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的控制[J]． 實驗技術(shù)與管理，2012，29(4)： 283-284．

[13] 馬銘杰．確保實驗報告質(zhì)量是提高實驗教學(xué)效果的重要措施[J]．實驗室研究與探索，2004，23(11)：64-65．

[14] 王世勇，董 瑋，鄭俊生． 基于工程教育專業(yè)認證標準的畢業(yè)生畢業(yè)要求達成度評估方法研究與實踐[J]．人才培養(yǎng)和機制創(chuàng)新，2016(3)：15-16．

[15] 張學(xué)文．電工電子實驗學(xué)生成績考核評價體系初探[J]．湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，30(4)：112-115．

[16] 祝秋文，黃振華，懷利兵，等．電工電子基礎(chǔ)實驗教學(xué)評價探索與實踐[J]．湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，31(1)：94-96．

The Reform and Practice in the Experiment of Analog Electronic Technology by Project Teaching

DUANFubin,ZHUJianhua

(The Engineering Training Center, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China)

For most of the complicated knowledge is scattered independently, so it’s difficult for students to associated them with a specific application circuit in analog electronic technology experiment. According to the requirements of “Cultivation of Outstanding Engineer” and the professional certification, the goal of engineering ability training is presented, based on project teaching method which projects are treated as the main line, to carry out analog electronic technology experiment. Focused on a complete electronic products, the modular, progressive and project oriented experiments are developed by dividing the electronic products into several experimental modules that contain the key knowledge points of analog electronic technology courses. And then the electronic products are made by assembling an experimental unit after the completion of all the experimental modules. A complete electronic products experimental teaching has positive significance for students establishing a system of concept, and developing the students' awareness of engineering, strengthening students' hands-on ability and innovation ability, and training students’ skills of solving complex engineering problem.

analog electronic technology experiment; project approach; experimental teaching reform

2016-10-13

浙江省高等教育課堂教學(xué)改革研究項目(KG2015269)

段福斌(1974-)，男，山東菏澤人，碩士，副教授，主要從事機電類實踐教學(xué)改革的研究和管理工作。

Tel.:0571-85070753；E-mail: dfb@zust.edu.cn

G 642.423;TN 01

A

1006-7167(2017)06-0223-04