《模擬電子技術(shù)》教學方法研究

摘要：《模擬電子技術(shù)》課程知識點多、內(nèi)容抽象，學習過程中困難大。傳統(tǒng)教學以理論分析講授為主，但是電路中信號的變化是一個抽象的過程，學生在學習階段難于理解。針對傳統(tǒng)模式存在的不足，將計算機仿真軟件Multisim應(yīng)用到現(xiàn)代教學過程中，采用多媒體教學與軟件仿真技術(shù)相結(jié)合的方法，有助于學生理解課程中抽象的內(nèi)容，激發(fā)學習興趣；合理設(shè)置教學過程環(huán)節(jié)，有助于培養(yǎng)學生解決實際問題的思維方法。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；教學方法；研究；多媒體；計算機仿真

《模擬電子技術(shù)》是電子、電氣類等工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門理論性和實踐性都很強的課程，它的課程性質(zhì)決定了該課程在教學過程中存在很多難點。一是非線性。模擬電路中構(gòu)成電路的基本元件均為非線性元件，因而分析和計算圍繞非線性電路進行。二是復(fù)雜性。模擬電路的工作情況往往交直流信號共存，它們相互影響，增加了分析問題的難度。三是工程實用性。模擬電路中影響電路工作狀態(tài)的因素往往很多、很復(fù)雜，電子器件的特點和參數(shù)的離散性較大。因此，在學習這門課程時，要求學生不斷適應(yīng)課程特點，采取新的學習方法，搞清電路的實質(zhì)，用工程的觀點進行估算分析。

一、目前教學過程中存在的問題

傳統(tǒng)的教學手段以板書為主、其他手段為輔，講述順序按照教學思路首先介紹電路的主要功能，分析電路組成及工作原理，給出電路模型，并對該模型進行分析計算，然后在實驗室進行驗證性實驗。這樣的教學過程，理論教學在教室講授，實驗教學在實驗室做，理論教學與實驗教學相分離。然而，對于該課程中放大電路部分很多抽象的概念，如靜態(tài)工作點、增益等概念，學生在學習時難于理解，其后果往往是：由于實驗教學與理論教學進度不一致，導(dǎo)致理論脫離實踐。采用這種教學方式教學效果差、學生學習積極性不高、考試通過率偏低。此外，為有效地達到較好的教學效果，教師往往要在課堂上繪制各種電路圖，這個過程要占用許多課堂時間，教師也無法同時與學生進行交流，很不利于組織教學。

二、多媒體技術(shù)加軟件仿真教學方法的構(gòu)建

多媒體技術(shù)就是運用計算機對文本、圖形、圖像、動畫和聲音多種媒體信息進行綜合處理與控制，使之變成圖、文、聲“三位一體”的集成，并可直接輸出的技術(shù)。對信息進行加工處理，顯示與重放；模擬、仿真與動畫技術(shù)的應(yīng)用可以使一些在普通條件下無法實現(xiàn)或無法觀察到的過程生動、形象地顯示出來，大大增強學生對模擬電子看不到、摸不著的抽象事物的理解和感受。制作《模擬電子技術(shù)》課件一般要經(jīng)過課程目標及內(nèi)容的分析與確定階段、課件方案設(shè)計階段、媒體信息的選擇與制作階段、評價與完善階段等過程。

計算機軟件仿真技術(shù)是分析解決問題的一個重要工具和方法。在現(xiàn)代教學過程中，將板書與多媒體相結(jié)合、理論分析與仿真技術(shù)相結(jié)合，可以大大激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率。在授課過程中，通過圖示法、邏輯分析法、對比法對電路進行分析，并且采用電路仿真分析軟件，使學生能夠清楚地觀察到電路內(nèi)部的變化情況，幫助學生理解并掌握課文的重點和難點知識。

圖示法。首先，通過對自給偏壓式共射極放大電路進行分析，搭建電路模型，對電路中電壓、電流參數(shù)及相互間的關(guān)系進行詳細分析。其次，通過計算機仿真軟件進行電路分析仿真，通過電路中信號波形的變化，使學生加深對電路作用的理解，加深理解靜態(tài)工作點對放大電路的重要作用。

邏輯分析法。在課堂教學中，從現(xiàn)實生活中的電路問題入手，提出問題、分析原因、拿出解決方法及仿真結(jié)果驗證等。通過這樣一個過程，讓學生鍛煉邏輯思維習慣，更重要的是通過該課程的學習培養(yǎng)學生處理電路實際問題的方法。

對比法。該課程在學習過程中有大量的電路圖，在進行電路分析時，通過將兩個或多個電路進行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)相互之間的異同，從而加深記憶、便于掌握。以放大電路中靜態(tài)工作點為例，在學習過程中，通過對自給偏壓式共射極放大電路和分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路進行對比分析，改變雙極型三極管的參數(shù)，觀察模擬電路受到外界溫度變化時電路內(nèi)部信號的變化情況，來對比分析兩個電路中信號的變化情況。

三、以培養(yǎng)學生解決問題的能力為目標組織教學

1.創(chuàng)設(shè)情境，從問題導(dǎo)入課程

為提高學生的學習興趣，將課程理論與實際聯(lián)系起來，需要創(chuàng)設(shè)一定的情境，把現(xiàn)實生活中的實際問題引入課堂教學中，讓學生更深刻地理解電路的實際意義。為了說明放大電路中靜態(tài)工作點問題，可以準備一個靜態(tài)工作點可調(diào)的基本放大電路板，輔助講解設(shè)置靜態(tài)工作點的意義。具體操作是：使用穩(wěn)壓直流源給電路供電，使用信號源向放大電路輸入一正弦信號，然后用示波器觀察輸入輸出信號波形。事先將電位器調(diào)成底部失真。接著對學生設(shè)置問題：造成底部失真的原因是什么？怎么才可以避免底部失真？然后調(diào)節(jié)電位器直到頂部失真，通過這一系列的提問和思考，學生自然會深刻掌握設(shè)置靜態(tài)工作點的意義，同時也掌握了調(diào)整靜態(tài)工作點的方法。通過設(shè)問，學生可以進行主動探索，進而順理成章地掌握知識點。在這個過程中，教師要盡可能給以提示，引導(dǎo)學生獨立思考、獨立解決問題。

2.分析原因并提出相應(yīng)解決方法

放大電路為什么會出現(xiàn)失真現(xiàn)象？通過激發(fā)學生內(nèi)心潛在的學習興趣，讓學生學會思考出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學生解決實際問題的方法。為了弄清楚為何會出現(xiàn)失真問題，需要首先對電路進行分析：引起靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的外因主要是由于環(huán)境溫度參數(shù)發(fā)生了變化；內(nèi)因主要是兩個方面，一是BJT三極管熱敏性，二是BJT三極管非線性特性。具體來講就是：一些電子設(shè)備在常溫下能夠正常工作，但是當外界環(huán)境溫度升高時，性能就可能不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是電子器件的參數(shù)受溫度影響而發(fā)生變化，靜態(tài)工作點受溫度變化而發(fā)生移動。讓學生通過上述對電路的分析理解可能出現(xiàn)靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的各種因素，從而為下一步解決問題做好準備。這是工科學生思維中的一個重要環(huán)節(jié)。對于放大電路出現(xiàn)的失真問題，可以從三個方面解決：一是保持放大電路的工作環(huán)境溫度恒定；二是選擇溫度系數(shù)良好的管子，如MOS管；三是改進放大電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電路自動調(diào)整。通過對以上電路進行分析，從第三種方法對電路進行有效改進是解決失真問題的主要措施。對上述原因進行綜合分析，于是采用分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路實現(xiàn)靜態(tài)工作點穩(wěn)定。

3.結(jié)果仿真分析

從理論分析角度得知分壓式的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路可以有效地實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定，但其具體的穩(wěn)定效果卻不得而知，學生如果僅從理論上得出結(jié)論，就體會不到其實際意義。在課程教學過程中，引入計算機仿真軟件Multisim對電路進行仿真驗證，觀察電路改進前后電路中信號的波形變化情況，首先搭建電路模型，當溫度發(fā)生變化，三極管的參數(shù)將隨之發(fā)生變化，通過Multisim仿真軟件模擬溫度升高時三極管參數(shù)發(fā)生變化，特別是三極管β值將增大，運行仿真軟件，通過虛擬示波器窗口觀察輸入輸出信號波形變化情況，同時測量BJT三極管基極發(fā)射極和集電極發(fā)射極的電壓情況。仿真結(jié)果表明，溫度變化時，分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路中三極管基極發(fā)射極電壓變化量、集電極發(fā)射極電壓變化量遠小于單管共射極放大電路，幾乎不變，無波形失真現(xiàn)象，實現(xiàn)靜態(tài)工作點穩(wěn)定。

四、結(jié)語

在傳統(tǒng)的《模擬電子技術(shù)》教學過程中，學生被動地接受知識，缺乏學習興趣。多媒體技術(shù)和計算機仿真技術(shù)是現(xiàn)代教學環(huán)節(jié)中兩個很重要的輔助工具，在多媒體教學的基礎(chǔ)上將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到教學過程中，是對傳統(tǒng)理論教學的一個補充，更重要的是通過計算機仿真可以讓學生意識到實際設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題，將理論教學與實踐結(jié)合起來，在教學過程中培養(yǎng)學生解決實際問題的思維方法，這對學生以后的工作具有重要的意義。

參考文獻：

[1]夏陸，張曉梅，趙琳.仿真實驗在模擬電子技術(shù)教學中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2010，(6).

[2]王樹斌，吳新華.計算機仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2008，(4).

[3]王峰.模擬電子技術(shù)教學的幾點思考[J].計算機教學與信息化，2010，(9).

責編：路童