沈諒平　汪寶元　劉春雷　盧仕

[摘 要] “模擬電路”課程是電子信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，該課程既具有很強的理論性，也具有很強的實踐性。傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)嚴(yán)重影響了學(xué)生的積極性和主動性，因此，該文將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入“模擬電路”的課程教學(xué)中，進一步將電路仿真實踐和實驗實踐作為引導(dǎo)，以“器件單元電路多級電路集成電路簡單應(yīng)用電路綜合應(yīng)用電路”為知識主線，構(gòu)建實踐引導(dǎo)的“模擬電路”講授和學(xué)習(xí)體系，開啟全新的“教”和“學(xué)”體驗。

[關(guān)鍵詞] 實踐引導(dǎo);模擬電路;翻轉(zhuǎn);教學(xué)體系

[作者簡介] 沈諒平（1976—），男，湖北恩施人，工學(xué)博士，湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院教授，主要從事電子技術(shù)方面教學(xué)與研究。

[中圖分類號] G642? ?[文獻標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）06-0125-04? ? [收稿日期] 2020-08-12

一、引言

模擬電路發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛，“模擬電路”課程是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課，該課程具有理論深奧、實踐性強等特點，在構(gòu)建學(xué)生電子技術(shù)基礎(chǔ)理論、基本技能和創(chuàng)新能力方面起著重要作用。然而，該課程概念抽象、理論知識點繁雜、單元電路繁多、涉及面廣，學(xué)生普遍難以理解，常常被學(xué)生稱為“魔鬼電路”。傳統(tǒng)的“模擬電路”課程教學(xué)中，往往采用以教師為中心的教學(xué)方式，主要采用“面對面+板書+多媒體+固定時間與地點”的教學(xué)模式，并且將實驗實踐學(xué)習(xí)與理論學(xué)習(xí)分開。這種教學(xué)模式只關(guān)注教師的“教”，忽略了學(xué)生的“學(xué)”，難以發(fā)揮學(xué)生的主體作用;課堂上只關(guān)注知識的講解，而忽視了學(xué)生分析問題、解決問題和動手實踐等能力的培養(yǎng)，不能充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能;教師和學(xué)生之間缺乏互動，不能很好地因材施教，忽視了學(xué)生的個性差異[1]。

近年來，翻轉(zhuǎn)課堂廣泛運用于國內(nèi)外的各種教學(xué)活動中。在翻轉(zhuǎn)教學(xué)過程中，學(xué)生在課前利用教師分發(fā)的或者網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)字化電子資源進行自主學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)時教師與學(xué)生進行探究式互動，以學(xué)生為主體，以互動式學(xué)習(xí)為主線，改變了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)理念。目前，針對“模擬電路”課程的翻轉(zhuǎn)教學(xué)在國外已經(jīng)廣泛運用，如哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、賓夕法尼亞大學(xué)等在MOOC（慕課）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺上，構(gòu)建了成熟的“模擬電路”課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)體系。在國內(nèi)，華中科技大學(xué)、電子科技大學(xué)和西安電子科技大學(xué)等大學(xué)都建立了完整的“模擬電路”慕課資源，但是在“模擬電路”課程的教學(xué)中運用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式才剛剛起步，如南京航空航天大學(xué)[2]、山西師范大學(xué)[3]等針對模擬電路的理論教學(xué)進行了翻轉(zhuǎn)教學(xué)課堂的初步探索，探索結(jié)果表明，翻轉(zhuǎn)課堂能夠充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，有效地提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

基于此，本文將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入“模擬電路”的課程教學(xué)中，針對“模擬電路”課程實踐性強的特點，進一步將電路仿真實踐和實驗實踐作為引導(dǎo)，以“器件單元電路多級電路集成電路簡單應(yīng)用電路綜合應(yīng)用電路”為知識主線，構(gòu)建實踐引導(dǎo)的“模擬電路”講授和學(xué)習(xí)體系，開啟全新的“教”和“學(xué)”體驗。

二、實踐引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式構(gòu)建

如下圖所示為擬構(gòu)建的實踐引導(dǎo)模擬電路課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)體系。首先對模擬電路課程的主要內(nèi)容進行知識重構(gòu)，將器件、放大電路、集成放大電路、反饋放大電路等之間的聯(lián)系進行提煉，以“器件單元電路多級電路集成電路簡單應(yīng)用電路綜合應(yīng)用電路”為知識主線，將模擬電路的相關(guān)基本理論與實際器件和電路的性能參數(shù)測量分析聯(lián)系起來，理論聯(lián)系實際，并用實驗驗證理論。

在二極管（含普通二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管）、雙極性晶體管（含NPN型、PNP型硅管或鍺管）和場效應(yīng)晶體管（含NJFET或PJFET、NMOSFET或PMOSFET結(jié)型，增強型或耗盡型）等單個器件的教學(xué)中，教師首先從理論上對各種器件在不同外部電場情況下的載流子輸運過程及其規(guī)律進行講解，然后實踐引導(dǎo)老師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”，實驗過程中創(chuàng)建器件的外部電學(xué)條件使其工作在不同的狀態(tài)，主要從靜態(tài)的方法測試器件的工作參數(shù)，實驗引導(dǎo)學(xué)生掌握不同器件的工作原理及其外部電學(xué)條件。

在單極或多級放大教學(xué)電路中，主要從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面研究放大電路的工作原理和特點。靜態(tài)分析時，改變電路中的各種參數(shù)調(diào)整電路的靜態(tài)工作點，在實踐過程中讓學(xué)生掌握合適的靜態(tài)工作設(shè)置和調(diào)整方法。動態(tài)分析時，讓學(xué)生掌握小信號放大的放大過程，能夠用定性分析放大電路的放大倍數(shù)、輸入輸出電阻和工作頻帶等，并通過測試分析了解共射極、共集電極和共基極等三種放大電路的特點。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用雙口網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的方法，將小信號微變模型引入放大電路的定量理論計算中，并利用微變等效模型計算各種組態(tài)放大電路的動態(tài)性能，特別是重點討論靜態(tài)和動態(tài)的交接參數(shù)，讓學(xué)生深刻理解靜態(tài)工作點設(shè)置的重要性。

在集成放大器的教學(xué)中，首先教師從理論上引導(dǎo)學(xué)生掌握理想放大器對放大電路的輸入輸出電阻、放大倍數(shù)、工作帶寬、帶負(fù)載能力和穩(wěn)定性等方面的要求，進一步聯(lián)系各種組態(tài)放大電路的優(yōu)缺點，從穩(wěn)定性和共模抑制比出發(fā)引入差分放大電路，并從實驗和理論的方法研究差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的重要特點。為了進一步提高共模抑制比，引入電流源，研究電流源在放大電路中的作用。然后從帶負(fù)載能力出發(fā)，引入推拉式功率放大電路，引導(dǎo)學(xué)生從理論上計算功率放大電路的帶負(fù)載能力，利用實驗研究在波形不失真情況下的最大帶負(fù)載能力，并總結(jié)甲類、乙類和甲乙類等各種功率放大電路的特點和效率。在此基礎(chǔ)上，從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面測試集成放大電路的綜合性能，并把理論分析、計算和測試進行融合，讓學(xué)生充分掌握集成放大電路工作原理的基礎(chǔ)上，了解其設(shè)計和運用方法，并掌握集成放大電路關(guān)鍵參數(shù)衡量方法和影響因素。

在反饋放大電路的教學(xué)中，首先引導(dǎo)學(xué)生對反饋、正反饋和負(fù)反饋等基本概念的了解，然后在閉環(huán)負(fù)反饋放大電路的教學(xué)中，分別測試開環(huán)和閉環(huán)電路的放大倍數(shù)、輸入輸出電阻和工作的上限和下限截止頻率等，從實驗中總結(jié)閉環(huán)負(fù)反饋對放大電路各種參數(shù)的影響，并進一步將實驗測試和估算聯(lián)系起來，分析閉環(huán)負(fù)反饋對放大電路性能的影響機制，從而讓學(xué)生掌握四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路的特點。在此基礎(chǔ)上，對穩(wěn)定電壓源和電流源設(shè)計必須建立在電壓和電流負(fù)反饋基礎(chǔ)上進入直流穩(wěn)壓電壓，利用實驗研究直流穩(wěn)壓電壓的降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的四個過程，特別是分析線性穩(wěn)壓電壓和開關(guān)穩(wěn)壓電壓的電壓調(diào)節(jié)原理。在正反饋電路的教學(xué)中，首先從理論上引導(dǎo)正弦波振蕩器、比較器和波形發(fā)生器等電路中正反饋的作用，然后利用實驗驗證，正反饋電路中能夠引起周期性自激振蕩的原理。

總之，本文的宗旨就是構(gòu)建從簡單到復(fù)雜、由淺入深的教學(xué)體系，實踐引導(dǎo)理論知識的學(xué)習(xí)體系，不僅可以加強學(xué)生對基本知識和基本理論的理解，還可以提高學(xué)生的實踐動手能力，為學(xué)生綜合電子線路等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的理論和實踐基礎(chǔ)。

三、實踐引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計

模擬電路課程具有知識點多、理論復(fù)雜、實踐性強等特點。課程內(nèi)容中涉及的器件和電路都存在相對應(yīng)的實際器件或電路，實踐器件或電路的工作特性往往也能夠解釋課程涉及的相關(guān)理論。針對模擬電路課程課的翻轉(zhuǎn)課堂不可簡單借鑒現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)經(jīng)驗，基于此，本文構(gòu)建了實踐引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂，這種采用實踐引導(dǎo)理論學(xué)習(xí)，怎樣組織教學(xué)就顯得尤為關(guān)鍵，因此構(gòu)建了如圖2所示的課程教學(xué)設(shè)計。

（一）課前學(xué)習(xí)設(shè)計

在普通課堂教學(xué)中，老師是教學(xué)過程的主角，教師課前需要花費大量的時間認(rèn)真準(zhǔn)備教學(xué)講義和課件等，而對學(xué)生而言課前一般沒有硬性的要求。翻轉(zhuǎn)課堂不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的重要區(qū)別之一就是完全轉(zhuǎn)換了教師和學(xué)生的角色，變被動接受學(xué)習(xí)為主動探索學(xué)習(xí)，課前不僅是老師需要備課，還需要學(xué)生的主動參與，學(xué)生需要根據(jù)老師的課前設(shè)計進行有針對性的學(xué)習(xí)。因此，將翻轉(zhuǎn)課堂引入模擬電路課程的教學(xué)中，翻轉(zhuǎn)課堂首先要求教師對整個課程的組織形式、組織過程進行精心地設(shè)計，課前的學(xué)習(xí)設(shè)計好壞也會直接影響課程的教學(xué)進程和教學(xué)效果。

在實踐引導(dǎo)的模擬電路課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)中，教師在課前做好教學(xué)設(shè)計，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)重難點等。學(xué)生根據(jù)老師提出的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)，利用課程輔助網(wǎng)絡(luò)資源自我學(xué)習(xí)，并針對課程中的重點和難點通過網(wǎng)絡(luò)與老師或者同學(xué)互動討論，并在此基礎(chǔ)上對課堂上需要開展的實驗進行初步仿真，并將課前學(xué)習(xí)情況進行整理，做好互動課堂的準(zhǔn)備。特別是為了充分發(fā)揮模擬電路同時具有實踐性強的特點，學(xué)生課前需要對相關(guān)的實驗仿真軟件進行自我學(xué)習(xí)和熟練操作，需要掌握實驗的實驗內(nèi)容和實驗?zāi)康摹?/p>

（二）翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

在實踐引導(dǎo)的模擬電路課程翻轉(zhuǎn)教學(xué)中，老師需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進行自我角色轉(zhuǎn)換，課堂上全程灌輸式的枯燥教學(xué)已經(jīng)被摒棄，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計需要充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生在課堂上主動參與、主動探索。因此，翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計是整個翻轉(zhuǎn)教學(xué)的關(guān)鍵。

為了提高實踐引導(dǎo)的模擬電路課學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的“教”和“學(xué)”效率，需要對翻轉(zhuǎn)課堂進行精心設(shè)計，針對不同章節(jié)、不同內(nèi)容和不同學(xué)習(xí)階段進行針對性地設(shè)計。需要重點設(shè)計好學(xué)習(xí)任務(wù)目錄，準(zhǔn)備好啟發(fā)性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資源，設(shè)計好以學(xué)生為主體的課堂學(xué)習(xí)形式，特別是要設(shè)計好實驗實踐引導(dǎo)理論學(xué)習(xí)的循序漸進模式，將老師串講、學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況匯報、學(xué)生動手實驗和交流討論等貫穿始終。特別是實踐引導(dǎo)課程學(xué)習(xí)引入課堂教學(xué)后，教師的理論講解時間會大大地壓縮，學(xué)生的實驗操作、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果的討論需要花費較多的時間。但是，模擬電路課程的理論性比較強，沒有老師的引導(dǎo)和講解學(xué)生對實驗?zāi)康暮蛯嶒灁?shù)據(jù)往往也會一知半解?？傊?，所有教學(xué)活動的目的都是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，那么不管是老師的講解和學(xué)生的自我探索學(xué)習(xí)，都不能降低學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)要求，甚至是需要提出更高的要求。因此，實踐引導(dǎo)的模擬電路課程教學(xué)主要采用了從理論出發(fā)（理論串講仿真實驗討論理論總結(jié)），最后要回歸理論的閉環(huán)教學(xué)主線，達到時刻不讓學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)產(chǎn)生輕視的目的。

（三）課后學(xué)習(xí)設(shè)計

傳統(tǒng)課堂在課后學(xué)生主要是完成老師布置的作業(yè)，教師對作業(yè)進行批改并在后續(xù)課堂上進行有針對性地講解。這種單一的開環(huán)師生交流模式存在兩個問題：一是學(xué)生對知識的掌握程度是無法確定的。首先，學(xué)生是不是獨立完成作業(yè)是沒有辦法確定的，特別是在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，學(xué)生通過信息技術(shù)抄襲他人的作業(yè)或者借助互聯(lián)網(wǎng)不假思索的照搬，這些情況都時有發(fā)生。其次，學(xué)生在老師把作業(yè)中存在的問題進行講解之后，是否對相應(yīng)知識點的內(nèi)容進行針對性地鞏固也是未知的。二是，教師的教學(xué)效果也是無法確定的。教師教學(xué)效果的最直接最有效的評價方法就是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，因為學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不能實時跟蹤，所以教師的教學(xué)往往采用一成不變的教學(xué)方式，這樣會嚴(yán)重影響了教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”。

模擬電路翻轉(zhuǎn)教學(xué)課后提交課堂實驗測試分析報告、作業(yè)并進行交流互動以及探究性實驗等。其中，重點是根據(jù)學(xué)生的實踐測試分析報告和線上線下作業(yè)完成情況，了解學(xué)生對相關(guān)理論和知識的掌握程度。實踐引導(dǎo)的突出特點是每個學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)往往是有差異的，這種差異性會使得不同的學(xué)生進行不同的分析，老師也會從這些差異性的分析中了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并與不同學(xué)生進行不同的課后互動討論，形成“教”和“學(xué)”的閉環(huán)，從而可以實時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，反過來促進教師的課前學(xué)習(xí)設(shè)計和課堂學(xué)習(xí)設(shè)計的優(yōu)化，并有效促進課程的教學(xué)質(zhì)量。

總之，實踐引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂不僅可以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，還可以理論聯(lián)系實際，強化學(xué)生的基本知識和基本理論學(xué)習(xí)的同時，也提高了學(xué)生的實踐能力。

四、結(jié)論及展望

“模擬電路”課程是電類專業(yè)最重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，它對專業(yè)課程起著承前啟后的重要作用。通過對課程中常用器件、單元模擬電路和綜合模擬電路的分析和實踐的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以獲得模擬電子技術(shù)方面的基本知識、基本理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子線路相關(guān)課程打下基礎(chǔ)。本課程是集難教、難學(xué)、難懂于一體而又是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生對模擬電子技術(shù)課程的掌握情況直接關(guān)系到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。因此，本文研究的基于實踐引導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)體系將理論課和實驗課進行整合，構(gòu)建了實踐引導(dǎo)理論的教學(xué)體系，并與基于移動“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)云課堂這種現(xiàn)代教育技術(shù)結(jié)合起來，從而從根本上改變了學(xué)生的被動學(xué)習(xí)、依賴性學(xué)習(xí)等不良習(xí)慣。

參考文獻

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Abstract： The course of Analog Circuit is one of the core basic courses of electronic information majors， which is both theoretical and practical. The traditional teacher-centered teaching model has seriously affected the students' enthusiasm and initiative. Therefore， a flipped teaching model is introduced into the teaching of Analog Circuit， which is guided by the practice of circuit simulation and experiment and based on a knowledge mainline of single device， multiple amplifier， Integrated Circuit（IC） and complicated analog circuit. This study aims to build a practical teaching and learning system of Analog Circuit， and provides a new experience for both teaching and learning.

Key words：guided by practice; Analog Circuit; flipped; teaching system