劉曉娣　張靜　孫艷麗　汪興海

[摘 要]模擬電子技術(shù)是高等院校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性。為加強(qiáng)學(xué)生電子實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，基于認(rèn)知學(xué)習(xí)理論，課題組設(shè)計(jì)了“工程實(shí)例—便攜實(shí)物—虛實(shí)實(shí)驗(yàn)—項(xiàng)目實(shí)作”層進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系，將實(shí)踐與理論教學(xué)有機(jī)融合、貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)模擬電路知識(shí)的認(rèn)知、理解、應(yīng)用、綜合、創(chuàng)新，循序漸進(jìn)地激發(fā)學(xué)生的興趣與能動(dòng)性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)踐證明此實(shí)踐教學(xué)模式效果良好。

[關(guān)鍵詞]模擬電子技術(shù);實(shí)踐教學(xué);層進(jìn)式;認(rèn)知學(xué)習(xí)理論

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2021）08-0076-03

模擬電子技術(shù)是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性[1]。在傳統(tǒng)的教學(xué)中重理論輕實(shí)踐、實(shí)踐與理論教學(xué)結(jié)合不緊密、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)多研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少等現(xiàn)象不同程度地存在。

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化電子實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是多年來(lái)國(guó)內(nèi)外高校電子類(lèi)課程教學(xué)改革的共同點(diǎn)[2]。美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)通過(guò)專(zhuān)題講座、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)三個(gè)層次培養(yǎng)本科生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[3]。美國(guó)的麻省理工學(xué)院采用“實(shí)踐—理論—實(shí)踐”的模式強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)[4]。國(guó)內(nèi)也有很多院校對(duì)模擬電子技術(shù)（或電子技術(shù)）課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，如采用項(xiàng)目化教學(xué)[5-6]、研究性教學(xué)模式[7]，綜合論文的方式[8]和虛實(shí)結(jié)合的形式[9-10]等，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到了一定的效果。

在已有教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，基于認(rèn)知學(xué)習(xí)理論，課題組設(shè)計(jì)了模擬電子技術(shù)層進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系，將實(shí)踐與理論教學(xué)有機(jī)融合，破解課程理論抽象難懂的問(wèn)題，同時(shí)使學(xué)生在實(shí)踐中循序漸進(jìn)地激發(fā)興趣與主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)踐證明此實(shí)踐教學(xué)模式效果良好。

一、認(rèn)知學(xué)習(xí)理論視角下的實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論[11-12]認(rèn)為人作為學(xué)習(xí)的主體對(duì)外界的信息進(jìn)行感知、注意和理解，是具有主動(dòng)選擇性的，因此學(xué)習(xí)的質(zhì)量取決于選擇的主動(dòng)程度。要提高模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，關(guān)鍵是激發(fā)學(xué)生興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。深入分析模擬電子技術(shù)的內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，雖然課程的理論性強(qiáng)，涉及的概念、電路和分析方法多且抽象，但是這些理論是在一定的工程背景和應(yīng)用需求下經(jīng)過(guò)實(shí)踐得到的?；诖耍鶕?jù)認(rèn)知的一般規(guī)律，課題組構(gòu)建了“工程實(shí)例—便攜實(shí)物—虛實(shí)實(shí)驗(yàn)—項(xiàng)目實(shí)作”層進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系（如圖1所示），將實(shí)踐貫穿于課程的整個(gè)教學(xué)過(guò)程，結(jié)合實(shí)踐知識(shí)學(xué)習(xí)器件、電路與分析方法，并通過(guò)實(shí)踐綜合運(yùn)用。

在該實(shí)踐教學(xué)體系中，首先用工程實(shí)例使學(xué)生了解概念與電路，建立“用”的意識(shí)，拉近與電路的距離，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣;其次通過(guò)便攜實(shí)物，使書(shū)本中的器件、電路、現(xiàn)象看得見(jiàn)、摸得著，增強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)知與理解;然后由虛實(shí)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)原理的理解，提高應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力;最后通過(guò)項(xiàng)目實(shí)作，將理論知識(shí)與技能綜合應(yīng)用于實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。其中工程實(shí)例、便攜實(shí)物以及虛實(shí)實(shí)驗(yàn)部分融入課堂教學(xué)，硬件電路實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)作部分在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體、虛實(shí)結(jié)合。

二、實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施

根據(jù)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，課題組從“工程實(shí)例—便攜實(shí)物—虛實(shí)實(shí)驗(yàn)—項(xiàng)目實(shí)作”四個(gè)層次逐步開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生在實(shí)踐中完成模擬電路知識(shí)的了解、認(rèn)知、理解、應(yīng)用、綜合、創(chuàng)新。

（一）從工程實(shí)例中了解電路

模擬電子技術(shù)介紹模擬電路的概念、電路和分析方法，如放大電路、濾波電路、運(yùn)算電路等，輸入信號(hào)往往以電壓源或電流源符號(hào)描述，輸出信號(hào)往往以負(fù)載電阻來(lái)描述。如果教學(xué)中僅限于這些符號(hào)電路，學(xué)生并不知道這些器件電路有什么用，這會(huì)讓學(xué)生感到枯燥乏味。因此，應(yīng)借助工程應(yīng)用背景講授概念與電路，為每個(gè)知識(shí)模塊選取典型工程實(shí)例，建立案例庫(kù)。例如教學(xué)基本放大電路部分選取飛機(jī)語(yǔ)音通信系統(tǒng)、校園廣播系統(tǒng)等案例，教學(xué)放大電路中的反饋部分選取飛行控制系統(tǒng)、智能避障小車(chē)等案例，教學(xué)信號(hào)運(yùn)算部分選取氣壓計(jì)、空調(diào)智能溫度控制等案例，教學(xué)電壓比較器部分選取煙霧報(bào)警器、無(wú)線電高度表高度告警等案例，教學(xué)直流穩(wěn)壓電源部分選取手機(jī)充電器、飛機(jī)電源系統(tǒng)等案例。

在教學(xué)實(shí)施中，可由工程實(shí)例開(kāi)啟課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例拋出問(wèn)題，觸發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如在講解基本放大電路時(shí)，首先通過(guò)校園廣播系統(tǒng)這一應(yīng)用實(shí)例，讓學(xué)生切身感受放大電路的作用，并且認(rèn)識(shí)到放大電路就在我們身邊，與我們的生活息息相關(guān)。然后在實(shí)例分析過(guò)程中拋出問(wèn)題：放大電路是怎樣組成的？如何進(jìn)行放大的？如何分析放大電路？帶著這些問(wèn)題開(kāi)啟基本放大電路的學(xué)習(xí)，學(xué)生興趣濃厚。

（二）從便攜實(shí)物中認(rèn)知電路

學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)元器件、電路時(shí)，見(jiàn)到的僅是符號(hào)或是文字描述，非常抽象。為搭建學(xué)生對(duì)電路符號(hào)和實(shí)物之間的認(rèn)知橋梁，課題組研制元器件認(rèn)知板、功能電路板等便攜式實(shí)物配發(fā)給學(xué)生。在課堂教學(xué)中，教師結(jié)合便攜式電路實(shí)物，講解器件與電路知識(shí)，使學(xué)生直觀看到器件的樣子，感受到電路的作用，使書(shū)本上的符號(hào)與實(shí)物相對(duì)應(yīng)，所學(xué)即所見(jiàn)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電路的直觀認(rèn)知，提高了學(xué)習(xí)效果。例如，在二極管學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生僅從符號(hào)、圖片難以形成器件的完整認(rèn)知，對(duì)于二極管的單向?qū)щ娦砸彩浅橄笥洃?。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了二極管認(rèn)知電路模塊（如圖2所示），使學(xué)生在學(xué)習(xí)二極管符號(hào)的同時(shí)能直觀看到實(shí)物，建立直觀認(rèn)知：由Ⅰ區(qū)的半導(dǎo)體數(shù)碼管使學(xué)生看到二極管的應(yīng)用，進(jìn)而聯(lián)想到電子表、電子廣告屏等應(yīng)用場(chǎng)景;由Ⅲ區(qū)的紅綠藍(lán)三色發(fā)光二極管，學(xué)生很快能聯(lián)想到日用的LED燈、五顏六色的節(jié)日彩燈等;運(yùn)用Ⅱ區(qū)的電路可分析二極管的單向?qū)щ娦?，電路中兩個(gè)蜂鳴器分別正反連接兩個(gè)二極管，通電后一個(gè)蜂鳴器發(fā)聲，另一個(gè)不發(fā)聲，使學(xué)生理解二極管在外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通、外加反向電壓時(shí)截止，同時(shí)觀察普通二極管外殼上陰陽(yáng)兩極的差異，從而使學(xué)生學(xué)會(huì)通過(guò)外形識(shí)別二極管的極性。再如介紹基本放大電路時(shí)，學(xué)生很難想象放大電路的樣子、電信號(hào)被放大的效果。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易音頻放大電路（如圖3所示），使學(xué)生直觀看到由三極管、電阻、電容組成的放大電路;然后教師將手機(jī)連接至音頻輸入端，給放大電路輸入信號(hào)，在輸出端連接小音箱，作為放大電路的負(fù)載，播放一段音樂(lè)，使學(xué)生直觀體驗(yàn)放大電路的作用。

（三）在虛實(shí)實(shí)驗(yàn)中理解應(yīng)用

模擬電子技術(shù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要分為基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計(jì)性三類(lèi)。傳統(tǒng)的硬件電路實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)際，能有效鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐技能，但受設(shè)備損耗、時(shí)間和空間條件限制;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)便捷高效、不受空間限制，但脫離真實(shí)操作環(huán)境，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。綜合考慮條件約束與教學(xué)效果，我們?cè)谀M電子技術(shù)教學(xué)中采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式，充分發(fā)揮虛擬仿真和硬件電路實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既有充足的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)配合理論教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解吸收，又有合適的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以虛擬仿真為主、硬件電路為輔。虛擬仿真平臺(tái)讓實(shí)驗(yàn)進(jìn)入教室成為現(xiàn)實(shí)。針對(duì)課程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，課題組設(shè)計(jì)了20個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，例如二極管應(yīng)用電路分析、基本共射放大電路的工作原理分析、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響分析、頻率對(duì)放大電路性能的影響等。在課堂教學(xué)中，我們運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行仿真、計(jì)算分析，完成電路演示和理論驗(yàn)證，化解理論抽象難懂的問(wèn)題。為彌補(bǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的不足，我們?cè)O(shè)置了1～2個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，用硬件電路完成，使學(xué)生熟悉基本儀器儀表的使用，掌握基本的電子線路實(shí)驗(yàn)操作方法。虛擬仿真與硬件電路相結(jié)合，可以較好地達(dá)成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以硬件電路為主、虛擬仿真為輔。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)往往需要知識(shí)的綜合應(yīng)用和一定的分析設(shè)計(jì)才能完成，如果直接進(jìn)行實(shí)物電路操作，需要實(shí)驗(yàn)環(huán)境、器材保障，而且費(fèi)時(shí)，很多學(xué)生在一次實(shí)驗(yàn)課內(nèi)很難完成。為此，可將實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：課下利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試、課上完成硬件電路的搭建和調(diào)試。借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)調(diào)整、器件參數(shù)調(diào)節(jié)等，可使操作便捷，而且減少了元器件、實(shí)驗(yàn)箱的損耗;可讓學(xué)生在硬件電路實(shí)驗(yàn)中將更多的精力投入真實(shí)環(huán)境中的故障診斷和誤差分析。

（四）在項(xiàng)目實(shí)作中綜合創(chuàng)新

模擬電子技術(shù)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置且相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生在學(xué)習(xí)完本門(mén)課程之后難以建立電子系統(tǒng)的整體框架，形成系統(tǒng)概念。為加強(qiáng)課程的系統(tǒng)性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)，課題組在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)置了課外實(shí)作項(xiàng)目——設(shè)計(jì)制作一個(gè)電子系統(tǒng)，如音頻放大器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、煙霧報(bào)警器等。項(xiàng)目實(shí)作分組實(shí)施，每組根據(jù)興趣特長(zhǎng)自主設(shè)定實(shí)作項(xiàng)目和內(nèi)容，從方案選定、電路設(shè)計(jì)、電路焊接以及調(diào)試都由小組成員集體完成，最后進(jìn)行作品展示和匯報(bào)答辯。以設(shè)計(jì)制作音頻放大器為例，具體教學(xué)實(shí)施過(guò)程如下：

在方案選定階段，學(xué)生查找音頻放大器的相關(guān)資料，包括差分放大器、共射放大器、功率放大器、NE5532集成運(yùn)放、LM386集成運(yùn)放等，然后進(jìn)行組內(nèi)討論、分析論證，選定要采用的方案。在該階段，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需求運(yùn)用已有基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行資料收集分析，提高了綜合分析的能力。

在電路設(shè)計(jì)階段，學(xué)生設(shè)計(jì)電路原理圖，選定合適的器件參數(shù)，并利用Multisim軟件進(jìn)行仿真測(cè)試與參數(shù)調(diào)整。教師對(duì)原理電路、仿真電路及測(cè)試結(jié)果進(jìn)行核查，確保設(shè)計(jì)的合理性。在該階段，學(xué)生自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

在電路焊接調(diào)試階段，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，列出元器件清單，設(shè)計(jì)元器件布局，然后在面包板上搭建測(cè)試電路，測(cè)量實(shí)際電路性能并調(diào)試，最后在萬(wàn)用板上進(jìn)行焊接、調(diào)整和測(cè)量。在該階段，學(xué)生自主制作，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在匯報(bào)展示階段，學(xué)生首先匯報(bào)作品的設(shè)計(jì)思路、電路性能、設(shè)計(jì)制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決辦法以及個(gè)人感悟，然后展示作品并現(xiàn)場(chǎng)回答教師和同學(xué)的提問(wèn)，最后由教師和學(xué)生雙方進(jìn)行評(píng)價(jià)。在該階段，學(xué)生對(duì)整個(gè)項(xiàng)目制作進(jìn)行總結(jié)展示，鍛煉了學(xué)生的邏輯思維和表達(dá)能力。

在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)作過(guò)程中，學(xué)生發(fā)揮主體作用，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)綜合創(chuàng)新、學(xué)以致用。

三、改革效果

模擬電子技術(shù)課程層進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)改革取得了一定的成效，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與個(gè)人能力都有了較大提高。改革前，很多學(xué)生反映模擬電子技術(shù)課程枯燥乏味、理論抽象難懂、課堂氣氛沉悶，在實(shí)驗(yàn)課中基本是按照操作步驟操作完成實(shí)驗(yàn)，遇到的問(wèn)題主要涉及設(shè)備和連線，對(duì)于各個(gè)單元電路的作用也不了解。改革后，理論教學(xué)中融入工程背景與實(shí)際案例，學(xué)生興趣濃厚;理論講解與電路實(shí)物、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，激發(fā)越來(lái)越多的學(xué)生在隨堂實(shí)踐中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、討論交流，課堂氣氛活躍;課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)作的結(jié)合，使學(xué)生經(jīng)歷從基本單元電路實(shí)驗(yàn)到電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作，獲得極大的成就感，提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。以我校2017級(jí)導(dǎo)航工程專(zhuān)業(yè)和電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生為對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，從調(diào)查問(wèn)卷和后續(xù)課程反饋意見(jiàn)來(lái)看，85%的學(xué)生認(rèn)為模擬電子技術(shù)課程有吸引力、愿意學(xué)，80%的學(xué)生認(rèn)為自己的實(shí)踐創(chuàng)新能力得到了較大提高。而且后續(xù)課程反饋：學(xué)生對(duì)模擬電子線路的基本理論掌握較為扎實(shí)，電路分析能力較強(qiáng)，能夠熟練運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真，動(dòng)手實(shí)踐能力較強(qiáng)。

四、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐教學(xué)是模擬電子技術(shù)課程教學(xué)的重要部分，應(yīng)貫穿于整個(gè)課程的始終。課題組開(kāi)展“工程實(shí)例—便攜實(shí)物—虛實(shí)實(shí)驗(yàn)—項(xiàng)目實(shí)作”的層進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)改革，使學(xué)生在實(shí)踐中完成模擬電路知識(shí)的了解、認(rèn)知、理解、應(yīng)用、綜合、創(chuàng)新。模擬電子技術(shù)課程改革取得了顯著成效，提高了學(xué)生對(duì)本課程的興趣和學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]