“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的研究型教學(xué)改革

摘要：創(chuàng)建高水平大學(xué)對“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的研究型教學(xué)提出了新的需求。為了培養(yǎng)順應(yīng)時代要求的創(chuàng)新型人才，結(jié)合課程特點及信息學(xué)院的實際情況，從教改思路、內(nèi)容體系、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)等方面探討了研究型教學(xué)改革的措施與實踐。這些改革措施有效地整合了理論教學(xué)和實踐教學(xué)、課內(nèi)教學(xué)和課外教學(xué)，學(xué)生在教學(xué)活動中發(fā)揮了主體作用，有利于培養(yǎng)電類學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)；研究型教學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力；教學(xué)輔助軟件

作者簡介：劉浩（1977-），男，四川達州人，東華大學(xué)信息學(xué)院，副教授；任立紅（1966-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，東華大學(xué)信息學(xué)院，副教授。（上海 201620）

基金項目：本文系2012年度上海市教委重點課程項目（項目編號：901-07-010155）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）35-0052-02

以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為基本出發(fā)點，研究型教學(xué)是與國家創(chuàng)新體系和高等教育改革高度契合的一種現(xiàn)代教學(xué)模式。實施研究型教學(xué)是我國創(chuàng)建高水平大學(xué)的重要路徑和改革方向。[1]創(chuàng)新能力是不僅關(guān)注知識結(jié)論本身，還要探究其背景、概念、方法、局限性等，善于發(fā)現(xiàn)問題、研究問題，注重逆向思辨的綜合能力。[2]研究型教學(xué)模式已成為當(dāng)前重點高校教學(xué)改革亟待解決的深層次問題。“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”是電類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課的前提，在電類學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中具有承上啟下的重要作用。[3]近年來，在學(xué)校“穩(wěn)量提質(zhì)”的新目標(biāo)下，筆者結(jié)合“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程特點及我校信息學(xué)院的實際情況，從教改思路、內(nèi)容體系、教學(xué)方法、實踐環(huán)節(jié)等方面對研究型教學(xué)改革進行了有益的探索和實踐，取得了一定的成果。

一、教改的基本思路

一方面，“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程具有較強的工程性和實踐性。這一特點打破了學(xué)生習(xí)慣于數(shù)學(xué)分析的思維模式，教師應(yīng)通過啟發(fā)式和討論式教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生面向應(yīng)用的創(chuàng)新意識。另一方面，電子學(xué)科發(fā)展迅速，該課程應(yīng)與現(xiàn)代教育技術(shù)充分結(jié)合，從發(fā)展的角度更新課程內(nèi)容體系，并適當(dāng)通過雙語教學(xué)吸收國外先進的教學(xué)成果。因此，該課程確立了“夯實經(jīng)典，面向發(fā)展，注重實踐，促進創(chuàng)新”的教改思路，堅持理論性、工程性和前沿性并重的原則，在教學(xué)中實現(xiàn)線性與非線性、理論解析與工程方法、基礎(chǔ)理論與前沿應(yīng)用、元件與系統(tǒng)的辯證統(tǒng)一，并推進以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的多元化考核方式。教師以“元器件→基礎(chǔ)電路→電路系統(tǒng)”為主線，從設(shè)計的角度講授某一電路的獲得過程，引導(dǎo)學(xué)生站在系統(tǒng)的高度解析電路及其局限性，并獲得重新構(gòu)造電路的思路。課程教學(xué)將發(fā)現(xiàn)問題放在更重要的地位，并用研究的方法解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。

二、課程內(nèi)容體系的更新

“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程需要在有限的學(xué)時內(nèi)（理論教學(xué)64學(xué)時，實驗20學(xué)時）使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。新修訂的課程內(nèi)容體系更加注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)的銜接，在保證經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上重點講授集成運放組成的各種信號運算、信號處理和信號產(chǎn)生電路，并延伸到模擬集成電路和模數(shù)混合系統(tǒng)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)級的分析與設(shè)計能力。理論教學(xué)應(yīng)簡化器件內(nèi)部機理的介紹，弱化缺乏工程背景的解題技巧及公式記憶，強化器件的組合應(yīng)用與接口擴展機制，加強主流新技術(shù)的探討；實踐教學(xué)應(yīng)重點引入研究型和設(shè)計型實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，為此出版了課程配套的“十一五”規(guī)劃實驗教材《電子技術(shù)實驗與模擬電子技術(shù)課程設(shè)計》。目前，多媒體教學(xué)和電子設(shè)計自動化（EDA）的發(fā)展使得教學(xué)輔助軟件能夠融入課堂，為學(xué)生豐富的探索和實踐提供了現(xiàn)代化手段。適用于該課程的研究型教學(xué)輔助軟件包括EDA仿真軟件Multisim、Proteus和工程計算軟件Matlab、MathCAD。[4]在此基礎(chǔ)上，筆者將EDA仿真作為理論課的工具及學(xué)生進行硬件實驗的前提，建立了“理論·仿真·硬件”相互融合的教學(xué)模式，以保證研究型教學(xué)落到實處。

三、教學(xué)方法與教學(xué)手段的改進

1.通過網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺完善課程體系

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，世界各國高校都在大力開展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)應(yīng)用，然而海量的數(shù)字化資源會使學(xué)生感到無所適從。為此，筆者通過網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺給學(xué)生提供少而精的數(shù)字化資源，與課堂教學(xué)相輔相成。除了教學(xué)大綱、教學(xué)日歷和教學(xué)課件，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺提供的數(shù)字化教學(xué)資源還包括教學(xué)輔助軟件、往屆試卷及答案詳解、國家級電子技術(shù)精品課程和國際一流大學(xué)電子技術(shù)課程的網(wǎng)址，方便學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺還提供與課程相關(guān)的在線輔導(dǎo)答疑，并通過微博、QQ群、飛信群等網(wǎng)絡(luò)互動方式開展憶阻器、在系統(tǒng)可編程模擬器件、新型傳感器等前沿技術(shù)的專題討論，并讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查模擬電子技術(shù)的相關(guān)專利與應(yīng)用，撰寫調(diào)研報告，促進學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)。

2.將EDA仿真演示融入理論教學(xué)

EDA技術(shù)是電子設(shè)計領(lǐng)域的一場革命，改變了以變量估算和硬件實驗為基礎(chǔ)的電路設(shè)計方法。在理論教學(xué)中引入重點內(nèi)容的EDA仿真演示，有利于快捷地將理論性和應(yīng)用性融于一體，實現(xiàn)理論教學(xué)的拓展，并為實踐教學(xué)打下基礎(chǔ)。由于學(xué)時與場所限制，教師需要在備課時充分考慮課堂投影演示與本機顯示的不同，精心設(shè)計演示范例與互動環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考，由學(xué)生得出結(jié)論，并事先做好演示范例的中間版本以便重點演示關(guān)鍵步驟。例如，筆者在課堂上利用EDA仿真軟件邊演示邊講解電路引入負反饋前后各種參數(shù)、輸入輸出信號波形、頻率響應(yīng)特性的異同，學(xué)生通過直觀的比較加深了對負反饋作用的理解。此外，筆者在布置書面作業(yè)時還鼓勵學(xué)生對作業(yè)中的疑難問題進行仿真，并在作業(yè)本上寫出心得體會。

3.強化“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維

現(xiàn)行的理論教學(xué)往往只講器件和基礎(chǔ)電路，很少涉及如何由各種元器件通過某種聯(lián)結(jié)組成一個實用系統(tǒng)。筆者在緒論課中就結(jié)合實際闡明電路系統(tǒng)的組成及各部分的作用，并給出簡圖；之后課程中每一個新內(nèi)容都會回到系統(tǒng)簡圖上來，逐漸深化、細化，并引導(dǎo)學(xué)生尋找反例，這樣不但使學(xué)生建立了系統(tǒng)的概念，而且能夠舉一反三。在EDA的輔助下，學(xué)生對各種電路無須精確的理論計算，但要掌握近似估算的方法，弄清楚電路系統(tǒng)的設(shè)計思路及其局限性、性能指標(biāo)的折衷考慮。要注意各章節(jié)之間的相互配合和銜接，堅持培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維，強化以集成運放為基礎(chǔ)的知識體系，使學(xué)生建立系統(tǒng)觀念、工程觀念，學(xué)會定性分析與辯證的思維方法。

四、多層次的實踐教學(xué)

1.利用Multisim軟件開展虛擬實驗

研究型教學(xué)是理論和實踐有機結(jié)合的一種教學(xué)方式。然而由于學(xué)時、實驗條件的限制，課內(nèi)實驗的教學(xué)效果難以達到預(yù)期目標(biāo)，利用EDA軟件開展虛擬實驗?zāi)軌驈浹a當(dāng)前課內(nèi)實驗的不足。目前EDA軟件的種類很多，其中Multisim軟件提供了多種常用的虛擬電子儀器與元器件，特別適合于模擬電路系統(tǒng)的虛擬實驗。[5]學(xué)生可以通過這些儀器觀察電路的運行狀態(tài)，查看電路的仿真結(jié)果，許多設(shè)置、使用和讀數(shù)與實際的測量儀器類似。因此，課內(nèi)實驗是首先在EDA實驗室安排了一節(jié)課的Multisim認識實習(xí)，隨后按教學(xué)日歷分為基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、課程設(shè)計三個階段。各階段都增加了相應(yīng)的仿真設(shè)計內(nèi)容。在課內(nèi)實驗之前，筆者要求學(xué)生預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容并進行Multisim仿真及課外研究，再進入實驗室通過儀器設(shè)備進行實際的硬件操作。虛擬實驗和硬件實驗不可重此輕彼，而應(yīng)軟硬結(jié)合。筆者通過實驗課件的演示減少講解時間，讓學(xué)生有更多的時間用于實際操作與硬件調(diào)試。這種“理論·仿真·硬件”相互融合的教學(xué)模式將仿真考核和課外研究作為實驗成績的重要部分，增強了學(xué)生對理論知識的理解與掌握，提高了學(xué)生的仿真能力、設(shè)計能力和系統(tǒng)調(diào)試能力。

2.重視綜合實驗和課程設(shè)計

研究型教學(xué)需要一種類似科學(xué)研究的氛圍以及一對一的師生互動。綜合實驗和課程設(shè)計能夠較好地彌補理論教學(xué)大班授課的不足。有限的學(xué)時在一定程度上制約了實踐教學(xué)的深入開展，為此筆者壓縮了前期驗證型基礎(chǔ)實驗的次數(shù)，在實驗課程的后期安排了三次融合整學(xué)期知識點的綜合實驗，幫助學(xué)生強化“系統(tǒng)化模擬電路”的定性思維。期末的課程設(shè)計則由指導(dǎo)教師布置若干難度適中的研究課題，要求學(xué)生從查閱資料開始自主進行電路設(shè)計，對設(shè)計的電路進行仿真分析，經(jīng)教師審查后方可選購器件，安裝調(diào)試電路，測量各種參數(shù)，進行實驗分析，提出改進意見，并根據(jù)規(guī)范格式書寫課程設(shè)計報告，完成一次較完整的工程研究訓(xùn)練。鼓勵學(xué)生進一步拓展課程設(shè)計內(nèi)容并發(fā)表科技小論文，在課程設(shè)計中表現(xiàn)突出的學(xué)生將被選拔參加各種課外科技活動和競賽。

五、結(jié)束語

研究型教學(xué)是面向創(chuàng)新型國家建設(shè)的新型教學(xué)實踐活動，也是創(chuàng)建高水平大學(xué)的重要途徑。本文以“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程為例，從教改思路、內(nèi)容體系、教學(xué)方法及實踐環(huán)節(jié)等多個方面探討了研究型教學(xué)改革的具體措施和方法，建立了學(xué)生為主體、教師為向?qū)У慕虒W(xué)模式。教學(xué)實踐表明，這些改革措施有效地調(diào)動了學(xué)生探索學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了電類本科生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]唐朝京，涂瑞斌，庫錫樹.電子信息類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系建設(shè)研究[J].高等教育研究學(xué)報，2009，（2）：88-90.

[2]丁國強，郭凌云，崔光照.“電子技術(shù)”課程研究性教學(xué)模式應(yīng)用研究[J].中國電力教育，2012，（14）：73-74.

[3]華成英，王紅，葉朝輝.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程研究型教學(xué)模式的探索與實踐[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011，（4）：41-43.

[4]周東明.高等學(xué)校工科研究型教學(xué)輔助軟件介紹[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，（B10）：107-109.

[5]劉貴棟，王淑娟.應(yīng)用Multisim的“電子技術(shù)基礎(chǔ)”研究性教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，（5）：60-61.

（責(zé)任編輯：王祝萍）