提高非電類專業(yè)電子技術(shù)課程教學(xué)效果的研究與實施

夏仁江，王可，李良榮

（1.貴州大學(xué)電子科學(xué)系，貴州，貴陽，550025 2.北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2008級本科生，北京100876 3.遵義醫(yī)學(xué)院物理學(xué)教研室，貴州,遵義，563000）

提高非電類專業(yè)電子技術(shù)課程教學(xué)效果的研究與實施

夏仁江1，3，王可2，李良榮1

（1.貴州大學(xué)電子科學(xué)系，貴州，貴陽，550025 2.北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2008級本科生，北京100876 3.遵義醫(yī)學(xué)院物理學(xué)教研室，貴州,遵義，563000）

電子技術(shù)；仿真；教學(xué)質(zhì)量

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)嵌入到人類生活的各個方面。這使得學(xué)科界限越來越模糊，“寬口徑人才培養(yǎng)模式”已經(jīng)成為目前各高校建設(shè)和發(fā)展的特點。電子技術(shù)課程教學(xué)已經(jīng)被列入很多非電類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)計劃之中，如何提高教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)以致用，就逐漸被提到了教學(xué)研究的層面。

傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗主要以實物為主，元件與儀器設(shè)備都存在數(shù)量有限、分散、電路連線較多等問題。當(dāng)學(xué)生對電路不熟悉或者操作不當(dāng)時，極易造成儀器設(shè)備和元器件的損壞。如今，隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)實驗大多可以通過仿真軟件來完成，再輔以實踐就可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效率大為提高。現(xiàn)結(jié)合傳統(tǒng)電子技術(shù)實驗和仿真技術(shù)實驗，以實例分析為基礎(chǔ)闡述非電類專業(yè)電子技術(shù)教學(xué)改革的必要性及提高教學(xué)質(zhì)量的有效方法。

1 目前實驗的現(xiàn)狀

在電子技術(shù)課程教學(xué)中，很多知識點如果有實驗輔助手段，學(xué)生將很容易理解、接受并掌握。但是有很多院校，特別是欠發(fā)達(dá)地區(qū)院校，電子技術(shù)實驗的教學(xué)矛盾日益突出，其具體表現(xiàn)為：①教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時偏少；②實驗室能提供的實驗儀器設(shè)備有限，每組實驗人數(shù)偏多；③學(xué)生對非專業(yè)課程的學(xué)習(xí)不夠重視，缺乏積極性；④教學(xué)模式程式化，教學(xué)手段單一。

學(xué)生有受良好教育的權(quán)利，學(xué)校及授課教師有改善教學(xué)條件、改善教學(xué)方法的義務(wù)，引進(jìn)新的教學(xué)手段提高課程教學(xué)質(zhì)量已經(jīng)勢在必行。

2 采用仿真測試技術(shù)改善電路教學(xué)環(huán)境[1]

隨著我國教學(xué)體制的改革，本科教育已從“精英教育”轉(zhuǎn)向“大眾教育”，招生人數(shù)不斷增加，用傳統(tǒng)的實驗方法教學(xué)，勢必增加設(shè)備和房屋等投資，而且隨科技發(fā)展實驗設(shè)備也需要不斷更新，這給實驗室建設(shè)帶來了巨大的壓力，對欠發(fā)達(dá)地區(qū)高校來說，以較少的投入獲取高質(zhì)量的教育效果是最佳選擇。

用仿真技術(shù)對電路進(jìn)行模擬是一種新型的實驗方法，它以計算機為載體占用資源較少，用軟件模型方式完成絕大多數(shù)電路理論的驗證，并可靈活設(shè)計電子電路。雖然硬件實驗設(shè)備不斷更新升級，而仿真技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善，相比之下仿真實驗系統(tǒng)減少了實驗投資。另外，用仿真軟件做實驗，實驗環(huán)境是一個虛擬環(huán)境，元器件及實驗設(shè)備齊全，實驗過程中沒有元器件損壞、接觸不良、儀器損壞等現(xiàn)象（可以模擬元器件等的損壞現(xiàn)象）。做實驗時學(xué)生問題減少，教師指導(dǎo)學(xué)生的人數(shù)可以增多，每個實驗需要的時間會大幅度縮短，在相同的時間內(nèi)實驗人機數(shù)可以大大增加。實驗過程中仿真結(jié)論（圖表）直觀明了、有聲有色猶如做游戲，學(xué)生可以依據(jù)自己的理解任意修改電路參數(shù)、連接等再仿真，于是獲得更多的時間和空間進(jìn)行創(chuàng)新。

3 實例分析

3.1 傳統(tǒng)實驗方法如圖1所示電路為分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定放大器電路。電路通常是在實驗板或?qū)嶒炏渖线M(jìn)行搭接，它的偏置電路采用（RP+R1）與R2組成的分壓電路，并在發(fā)射極接有R4，以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。當(dāng)靜態(tài)工作點設(shè)置合適，在輸入端加上信號ui后，電路的輸出端就可以得到一個被放大了的相位相反的信號u0。

圖1 單管放大電路

3.2 仿真實驗方法EDA軟件很多，本文以Multisim應(yīng)用為例簡單闡述仿真測試技術(shù)提高電路課程教學(xué)效果。在Multisim設(shè)計窗口中創(chuàng)建如圖1所示電路圖，并根據(jù)實驗項目添加適當(dāng)?shù)臏y試儀表（示波器、波特圖示儀等，在實驗過程中要注意，不要把需要的設(shè)備一次全添加上去，它會占用計算機資源）。典型分析如下。

3.2.1 直流工作點分析直流工作點分析就是在輸出不失真的情況下分析恒定激勵電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)[3]。運行“Simulate/Analyses/DC Operating Point…”命令，選擇仿真變量，仿真圖表如圖2所示，其中V(2)、V(3)、V(5)分別為晶體管b、e、c的直流電位(圖1中節(jié)點名可隱藏，用萬用電表直接測量結(jié)果與直流分析的結(jié)果完全吻合)。

3.2.2 瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是分析電路的時域響應(yīng)。在進(jìn)行瞬態(tài)分析時，直流電源保持常數(shù)，交流信號源隨時間而改變。實驗中使用示波器其實就是調(diào)用瞬態(tài)分析，但操作更加直觀形象，如圖3所示。圖中可以看到輸入、輸出信號反相位，其與理論分析結(jié)論是一致的，電路的放大倍數(shù)（調(diào)整圖1所示電路中的RP，使輸出最大且不失真）

圖2 直流工作點分析結(jié)果

圖3 輸入、輸出信號波形圖

圖4 失真度測量

3.2.3 失真度分析由于晶體管的非線性，以及阻容元件等影響，失真是不可避免的，示波器往往不便觀察，這時可用失真度測量儀來進(jìn)行測定（圖1中的XDA1，也可用失真度分析命令），分析結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)頻帶寬度的測試原理，移動測試指針，使幅度下降3dB[4]，如圖5所示。此時放大器的頻帶寬度為：fH=5.089MHz，fL=63.096Hz，頻帶寬度：fW=fH-fL= 5.089MHz

圖5 用測試指針確定放大器帶寬的上、下限

3.3 優(yōu)缺點比較通過以上分析可以看出，傳統(tǒng)實驗教學(xué)鍛煉了學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，但傳統(tǒng)儀器設(shè)備更新周期長，維護(hù)工作艱難，功能固定，可操作性、可擴展性差；實驗室管理缺乏靈活性，資源浪費現(xiàn)象嚴(yán)重；在開展綜合性、研究性實驗的時候，就往往感覺功能不能滿足需求。仿真測試技術(shù)功能較強、可操作性強，元器件、儀器設(shè)備齊全，其開放性、靈活性、安全性及可靠性等等技術(shù)特征都比傳統(tǒng)實驗儀器更有優(yōu)勢。

但硬件實驗方法也必不可少，仿真實驗僅能從理論上說明設(shè)計的可能性，具體是否可行必須進(jìn)行實踐檢驗，要做到仿真與實踐相結(jié)合，方能讓學(xué)生學(xué)以致用。

綜上所述，在教學(xué)過程中，利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢和傳統(tǒng)實物教學(xué)相結(jié)合，取長補短，能很好的解決教學(xué)中資金投入不足、學(xué)時緊張、教學(xué)手段單一、學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性等突出矛盾。這對于欠發(fā)達(dá)地區(qū)電子技術(shù)實驗室建設(shè)相對滯后的院校豐富教學(xué)手段、提高教學(xué)質(zhì)量和課程建設(shè)具有重要意義。

[1]李良榮.采用EDA實驗教學(xué)改善電路教學(xué)環(huán)境[J].貴州大學(xué)學(xué)報，2002，（8）：280-283.

[2]高翠霞.醫(yī)學(xué)電子學(xué)基礎(chǔ)[M].人民衛(wèi)生出版社,2000，（11）：40.

[3]聶典，丁偉.Multisim10計算機仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[4]李良榮.EWB9電子設(shè)計技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2007.

[責(zé)任編輯：王福軍]

C42[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1000-2715（2010）04-0409-03

2010-06-27

貴州大學(xué)第二批實踐教學(xué)改革項目（41）“現(xiàn)代電子技術(shù)創(chuàng)新實訓(xùn)基地的建設(shè)與探索”

李良榮（1963—），男，副教授，貴州大學(xué)理學(xué)院電子科學(xué)系。研究方向：電路與系統(tǒng)、EDA技術(shù)。