王 彤 高 楠

（蘭州城市學院電子與信息工程學院，甘肅 蘭州 730070）

信息通信技術推動了人工智能、物聯網、大數據、5G等技術的崛起，加快了人類進入智能化時代的步伐，同時也帶來了很多的機遇與挑戰(zhàn)，國家信息化進程也對ICT產業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。為了適應環(huán)境對人才需求的變化，各高校響應教育部的號召，積極建設與發(fā)展“新工科”，順應新技術、新業(yè)態(tài)、新產業(yè)的形勢，注重學科間的交叉融合，深化工程教育改革[1]。

模擬電子技術課程作為通信類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，具有很強的理論性、實踐性和工程性，在“新工科”人才培養(yǎng)方案中具有承上啟下的重要地位。而模擬電路的設計除了需要學生有扎實的電路理論基礎，更重要的是學生的分析能力和工程實踐素養(yǎng)。學生在實際教學過程中往往缺乏搭建電路實物的能力，通常會出現分析能力與手動能力不匹配的情況，也有很多學生會因為畏難情緒失去對該課程的學習興趣。因此，如何使用合理的教學模式，將課程的理論教學環(huán)節(jié)與實踐技能訓練進行有機地整合，既調動學生的學習興趣，增加理論教學的效果，又有效地鍛煉和提升學生的工程應用與實踐創(chuàng)新能力，是教師在模擬電子技術課程教學改革過程中亟待思考和解決的問題。

1 現階段教學中存在的問題

新工科教育改革創(chuàng)新的關鍵在于教育教學質量培養(yǎng)體系的構建與實踐，現階段模擬電子技術課程在教學中存在以下4個方面的問題：1）學生被動式學習現象嚴重。各高校模擬電子技術課程授課學時數均有所壓縮，原教學體系中涉及的知識內容繁多，從而使傳統授課內容與學時數壓縮之間產生沖突。課程內容沒有很好地與專業(yè)背景結合，也缺乏與日常社會生活的聯系，學生被動式學習，目標性不強，對課程知識的參與度低，缺乏工程應用能力的鍛煉以及對創(chuàng)新思想的啟迪。2）實驗課機械式照搬嚴重。模擬電子技術大多配有實驗課程，補充理論教學內容。但由于實踐教學資源、教學場地的限制，設備單一且固定，很多實驗器具都是模塊化的電路板。在做實驗時，學生往往機械式照搬實驗指導書預定的步驟和參數去進行數據的測量，所做的實驗大部分是驗證性實驗，限制了學生在實踐過程中技能訓練和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使抽象難以理解的模擬電路理論知識得不到有效地拓展和延伸。3）考核模式粗放單一。傳統的應試模式注重對理論知識點的考核，學生較容易在考前押題式復習，造成學習中存有僥幸心理從而懈怠平時的學習過程，得不到持久的學習興趣與動力，對電路的知識點也是不求甚解，難以融會貫通。4）課程思政深度不夠。傳統教學模式沒有很好地與思政教育相結合，專業(yè)知識與核心價值觀、立德樹人、工匠精神等珍貴的科學人文素養(yǎng)之間沒有得到很好的融合，缺乏對學生個人理想與社會責任感的激發(fā)，在專業(yè)知識能力與思想道德水平同時提升的過程中缺少緊密聯系。

2 課程教學改革思路

模擬電子技術課程的教學改革中，以教師授課為主體的傳統教學方式應逐步被轉變，課程改革方案具備多元化、多思路、多模式等特點。該文從教學內容及教學模式2個層面進行改革研討。

2.1 教學內容的改革

2.1.1 教學內容模塊化

現有教材大多注重經典理論的講解，應用型本科教學注重產業(yè)的發(fā)展與人才需求間的不斷變化，模塊化教學的目的也是為了使學生具備日后與工作需求相對應的能力，能夠對課程所涉及的問題具體應對、深入思考，不斷開拓學生的思維及提高學生實踐能力。將教學內容進行分類并實現模塊化，從而推動教學的優(yōu)化過程。在設計教學模塊時，把模塊化的理念體現在教學的準備、實施、考核和反饋的所有階段。根據知識點之間的共性有效地進行系統性設計，既考慮教學模塊間的獨立性，也要保持它們之間密切的聯系。課程內容將分為4個模塊，如圖1所示。

圖1 模擬電子技術課程結構

2.1.2 融入課程思政

為提高學生的科學素養(yǎng)，在教授的過程中結合課程思政內容。如模塊一教學內容的先后次序揭示了部分與整體的關系，半導體器件是構成模擬電路的基礎元素，它們相互依存，以對方的存在作為前提。它們互相影響，部分元件的狀態(tài)和變化會影響到整體的性能及變化（例如溫度對半導體器件參數的影響會改變模擬電路的工作性能）。分立元器件構成的基本放大電路體積大、功耗高、處理速度慢，不適合電子器件小型化、響應速度快、結構復雜、功能更強的發(fā)展方向，事物的內部矛盾推動了模擬電路的發(fā)展，電路參數不斷積累的量變過程決定了質變的飛躍，電路產生改變，集成電路誕生。而放大電路中雖然器件繁多，但影響電路放大倍數的僅由幾個元器件決定，在分析問題時須分清主要矛盾和次要矛盾，抓牢主要矛盾。在教學過程中，關注人文科學的培養(yǎng)，可以加深對模擬電路理論的理解，在更高層次上把握科學問題的辯證關系[2]。

2.1.3 項目式教學

模擬電路具有很強的實踐性，實踐項目的穿插有利于增強學生學習的主觀能動性。模塊三為信號的處理與發(fā)生電路，正弦波振蕩電路、非正弦波發(fā)生電路、有源濾波電路可以與實踐項目函數信號發(fā)生器很好地結合起來。函數信號發(fā)生器是實驗室中經常使用的實驗儀器，對常見物體的原理進行探究，通常會增加學生學習的動力。有源濾波電路對通信專業(yè)背景的學生來說是重點也是難點，是后續(xù)課程知識的基礎。這部分知識可以與專業(yè)知識相結合，增加一些專業(yè)延伸內容，使學生及時了解一些專業(yè)新技術的發(fā)展。也可以做一些音箱分頻器、心電信號放大器等實踐項目，使學生加深對這部分內容的理解[3]。

2.2 教學模式的改革

將線下課程教學環(huán)節(jié)與線上資源共享途徑有機整合，為學生提供靈活而廣泛的學習空間。通過網絡教學平臺與學生加強實時互動，把學生對知識點的掌握情況及時反饋于教學過程，后臺生成的統計報表也計入課程的過程考核成績中。

構建虛擬仿真實驗環(huán)境，進行工程實踐改革。Multisim是美國國家虛擬儀器（NI）公司推出的基于Windows平臺的仿真工具，操作過程簡單直觀[4]。使用Multisim電路開發(fā)和仿真工具，可將實踐教學項目中電路原理圖的輸入、仿真和分析緊密結合。綜合利用虛擬儀器儀表，使學生更好地觀察在不同參數下電路性能的變化，幫助學生構建知識結構和實踐之間的聯系，促使學生會看、能算與會調等綜合能力的提升。通過實踐環(huán)節(jié)的改革，鍛煉學生能夠綜合考慮多種因素，在設計環(huán)節(jié)中掌握基本的創(chuàng)新方法。

參與學科競賽，豐富教學資源。每兩年一屆的全國大學生電子設計競賽與模擬電子技術課程內容密切貼合。根據大賽提供的資源，結合課堂教學目標，構建工程案例，布置、指導學生完成題目的設計思路和仿真，包括對方案的論證與比較、理論分析和估算、電路制作和調試、設計報告的撰寫等。

3 虛擬仿真環(huán)境下的工程實踐教學示例

在原有教學過程中加入Multisim虛擬仿真環(huán)節(jié)，有效地促進了理論與實踐的有機結合，可以降低虛擬環(huán)節(jié)與實體實驗匹配的誤差。下面以矩形波發(fā)生電路作為示例，介紹Multisim虛擬仿真環(huán)境下的工程實踐教學舉措。

占空比可調的矩形波發(fā)生電路仿真如圖2所示，電路右下方是限流電阻R4和穩(wěn)壓管DZ限幅輸出的反相輸入滯回電壓比較器，輸出只有2種暫態(tài)，即高電平+UZ和低電平-UZ。電路中將電阻R1和電阻R2組成的正反饋環(huán)節(jié)，作為輸出從某一暫態(tài)翻轉為另一暫態(tài)的條件。輸出電壓極性由電容電壓uc和UT的比較結果決定。電阻R3、R5和電容C1構成具有定時作用的充放電回路，控制暫態(tài)維持的時間，決定矩形波的振蕩頻率f為1/（2R3+R5）C1ln（1+2R1/R2）。矩形波在高電平持續(xù)的時間與振蕩周期的比值稱為占空比[5]。電路中利用二極管D1、D2引導電流流經不同的通路，使充放電回路參數不同，通過調節(jié)電位器滑動端使輸出電阻R6改變電容的充、放電時間常數可以改變占空比，占空比為（R3+R6）/（2R3+R5）。為了擁有一個比較寬的占空比調節(jié)范圍，通常R3的選值比R5的選值小一些。在電路仿真過程中，應先調整R2與R1選擇出合適的振蕩周期，再調整R5選擇占空比，輸出波形如圖3所示。觀察波形輸出過程與理論分析完全一致。

圖2 矩形波發(fā)生電路仿真圖

圖3 占空比可調矩形波發(fā)生電路輸出波形圖

為增強學生動手能力，用實際元器件取代Multisim的仿真元件，搭建好的實物電路如圖4所示。以UA741為核心的簡單波形產生電路，在頻段的最小值或最大值附近（可調電位器的邊緣地帶）出現較大誤差，其余指標符合參數要求。在電路設計過程中，可以借助軟件實現技術參數的模擬，也要通過搭建實際電路對理論和實際進行對比，分析結果重新反饋于仿真設計模型，就會加強仿真結果的真實性。最終撰寫報告，利用課余時間，也可自主開展一些研究型實驗。

圖4 實物電路測試圖

4 結語

傳統的模擬電子技術課程對學生來說是以被知識灌輸為主要目的，教學方式主要以教師課堂講授形式為主體，這種填鴨式教學法讓教師教得辛苦且效果不盡人意，學生學得無趣并且費力，由此，該校模擬電子技術課程的教學改革一直持續(xù)進行。為了適應“新工科”背景下的人才需求，模擬電子技術教學的改革以學生工程實踐能力和科學人文素養(yǎng)的培養(yǎng)為核心，根據工程教育認證的要求尋求適合通信工程專業(yè)特點的教學方法和教學模式，將教學與多途徑實踐融合，把線上線下的“互聯網+”形式帶入課堂。通過混合式教學方法讓學生對自主學習和終身學習有正確的認識，能夠識別、描述和分析復雜工程問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、工程能力和個性化發(fā)展，實現課程教學改革的目標。