“模擬電子技術實驗”課程的改革

王 波，張 巖，王美玲，劉 偉

(北京理工大學 自動化學院，北京100081)

0 引 言

模擬電子技術課程，是相關專業的核心基礎課之一，具有很強的實踐性［1-3］。因此，加強模擬電子技術實驗課程教學，培養學生的實踐與創新能力，是理工科大學生培養的重要環節［4-5］。

傳統的依附于理論課程的模擬電子實驗課程內容更新緩慢，不能滿足當今社會對大學生的培養要求［6-8］。

1 實驗教學模式的改革

模擬電子技術實驗課程改革的指導思想:實驗課不僅僅是傳授實驗技能和操作能力，更應定位于實驗科學與技能，乃至實踐與創新能力的系統傳授與學習訓練。實驗項目不能僅局限于對某些課程理論的認知與驗證，必須形成基礎認知、綜合設計、研究創新等環節有機結合的實驗教學課程體系［9］。主要采取的改革措施如下:

(1) 實驗獨立設課。改變以往的實驗課附屬于理論課的地位，使得模擬電子技術實驗可以根據實驗課的特點編寫實驗教材和教學大綱;根據學生的實際情況和多年的實驗教學經驗，靈活組織實驗內容;根據實驗教學的特點，使得相關實驗課程的教學內容體系化。

(2) 轉變實驗教學觀念。從傳統的“以教師為主”的模式轉變為“學生為主體、教師為主導”的模式。具體地說，就是在教師的指導下，學生自主實驗。在實驗過程中運用啟發式教學法，以引導和個別輔導為主，以學生為實驗主體，鼓勵學生獨立思考問題，并引導學生觀察問題、分析問題、解決問題。實驗結束后引導學生去思考實驗中碰到的各種問題。引導學生肯思考，會思考，并注意學生收斂性和發散性思維同步發展，逐步養成嚴謹的科學態度和科學的思維方式。

(3) 更好地培養每一名學生的實踐與創新能力。

在實驗課程的教學過程中嚴格采用一人一組的模式，保證對每一名學生的培養都能達到預期的目標。針對少數動手能力差，學習困難的學生，延長實驗室的開放時間，允許他們在正常的教學計劃之外到電子技術實驗室完成相關的實驗內容。

(4) 針對專職實驗教師人員不足的矛盾。打破傳統的理論教學與實驗教學隊伍的界限，理論課教師必須同時參與實驗教學，進行實驗項目的改進和實驗內容的更新。將理論教學與實驗教學隊伍有機地結合在一起，不僅可以保證實驗教學隊伍的穩定性，同時可以將許多教師在科研中的研究成果和碰到的新問題抽象出來，引入到實驗教學中來，大大提高實驗的教學水平。

2 實驗教學內容的改進

模擬電子技術實驗主要分為基礎型、設計型、系統型實驗。在保證基本的實驗技能和操作能力培養的前提下，適當減少基礎型實驗，增加設計型、系統型實驗的比例。目前，將基礎型實驗、設計型實驗、系統型實驗的比例大致設定為3∶ 4∶ 3。

2.1 精選精練基礎驗證型實驗

適當的基礎型實驗對于學生掌握基本的實驗技能和操作能力是必不可少的。扎扎實實做好基礎驗證型實驗，總結和積累了一定的經驗之后再作綜合設計型實驗。結合多年的實驗教學經驗，精選保留了單管放大電路、集成運放的基本應用等基礎驗證型實驗。

模擬電子技術相對較難，學生接受起來有一定的難度。因此在實驗教學過程中，要注意給學生及時地講解理論知識，用理論知識來解釋實驗現象，讓學生在做實驗時知其然及知其所以然，一定要避免學生“盲目”做實驗。比如對于單管放大電路中的飽和失真和截止失真的波形，指導教師及時講解相關理論知識就會起到事半功倍的效果。

2.2 改革綜合設計型實驗

為了激發學生對模擬電路的學習興趣，綜合設計性實驗的選題多采用與實際應用密切相關的負反饋放大電路、波形產生與變換電路、集成穩壓器的應用、集成功率放大器的應用、壓控函數發生器的設計等［10］。為了更好地發揮學生學習中的主觀能動性，激發學生創新意識，努力培養他們的創新實踐能力，鼓勵和引導學生在實驗過程中進行開創性的思維，實驗任務中只給出設計要求和設計的原理框圖，而不再給出詳細的設計電路圖。

學生在實驗項目提出的技術要求和原理方框圖的基礎上，通過廣泛檢索資料，確定實施方案，并根據各集成電路的功能實現設計要求。不同學生可以根據設計要求設計出不同的實施方案，從而大大提高了學生的自主設計能力。

例如壓控函數發生器是由電壓控制方波、三角波和正弦波產生的電路，改變控制電壓的大小，就可以改變這三種輸出波形的頻率。

設計的壓控函數發生器的技術指標為:①輸出三種波形的頻率在0.05 ～1.00 kHz;②方波的輸出幅度為±6 V;③三角波輸出幅度為±4 V;④正弦波輸出峰值大于2 V。

根據設計要求，壓控函數發生器的原理構成方框圖如圖1 所示。

圖1 壓控函數發生器方框圖

關于更為復雜的模擬系統的設計問題放在后續課程“電子技術課程設計”中進行，這里不再贅述。

2.3 跟蹤模擬電子技術的新發展

電子技術的發展日新月異，所以為了更好地跟蹤電子技術發展的前沿，同世界知名半導體器件公司美國美信公司建立聯合實驗室，每年邀請美信公司北京辦事處的技術工程師到學校介紹公司的最新技術和產品。每年舉行美信公司新技術的應用產品設計競賽，競賽設一等獎1 名，二等獎2 名，三等獎3 名。凡獲獎同學均可在聯合實驗室進行相關課題的深入研究。

在學生的課外科技活動中，也有意識地引導學生采用新技術、新器件，幫助學生申請各大公司的免費器件來完成自己的課題。為了便于學生更好地掌握新知識、新技術，提高對所學知識的應用能力，開設了相關的實驗選修課。目前已經開設的選修課有基于單片機系統的開發設計［11］。

2.4 組織和管理大學生科技創新項目的實施

為了更好地鼓勵優秀學生從事科學研究和科技創新活動，調動學生的積極性，采取了實驗室開放等環節，為學生提供優良的實驗條件和優秀的指導教師，鼓勵和支持他們積極申報學校、北京市以及全國大學生創新性實驗計劃。近年來，電子技術實驗室平均每年輔導國家級和北京市級的大學生創新性實驗計劃3 ～6 項，學校級大學生創新性實驗計劃30 ～40 項。

3 結合多元化的教學手段

為了更好地開展實驗教學，充分利用現代教育技術，將傳統的“板書”授課、多媒體教學課件(MCAI)、計算機仿真技術有機地結合起來，充分利用各種教學手段的優點，形成多元化的實驗教學模式。

3.1 MCAI 課件在實驗教學中的應用

MCAI 作為一種嶄新的教育形式受到教育界越來越多的重視與應用。其相對于傳統的黑板來說有著無法比擬的優勢。主要表現在:①MCAI 課件可以產生豐富多彩的內容，圖形、圖片、動畫、聲音都可以出現在課件演播中。②MCAI 課件具有良好的交互環境，能激發學生的學習興趣，調動學生積極參與。③MCAI課件具有豐富的信息資源，可以擴大學生的知識面，能夠很好地進行啟發式教學［12-13］。

目前實驗室結合多年的實驗教學的經驗，精心設計了實驗課程的MCAI 課件，將板書授課時不能很好講述的儀器儀表的使用等問題以圖片、動畫的形式給出，便于學生更好地掌握實驗內容。實驗任課教師可以根據實驗上課內容，靈活運用板書和MCAI 等多種形式，豐富了實驗課程的教學手段，改變了以往板書授課的單一模式，提高了實驗課程的教學水平。

3.2 引入EDA 教學環節

EDA 技術是現代電子技術的標志，是電子技術教學內容手段改革的必然趨勢［14］。把EDA 仿真技術引入到實驗課程的教學中，可以提高實驗效率，實驗水平，豐富實驗內容，引導和開發學生在課外學習、科技實踐創新活動中的自主學習的能力。

對于一些硬件調試難度較大的實驗，學生可先在EDA 軟件上進行仿真調試，設置電路參數，再進行實際硬件電路的安裝調試，這樣就使得學生在硬件實驗過程中思路清晰、針對性強。比如多級放大電路的靜態工作點的調整一直是學生硬件實驗過程中容易出錯的難點，由學生仿真的兩級放大電路的靜態工作點如圖2 所示。

圖2 兩級放大電路的靜態工作點

4 實驗考核機制的建立和完善

實驗考核制度是否合理直接關系到學生對實驗課的重視程度和實驗效果，所以要做到對每一個學生的成績進行公平、公正、合理的評定。改變以往實驗成績完全由平時成績給定的缺陷，在實驗考核機制中增加實驗考試環節。

4.1 增加實驗考試環節

為了充分調動學生動手實驗的積極性，準確把握實驗教學效果［15］，在實驗課程中增加實驗考試的環節。實驗考試的題目由教師自題庫中隨機抽取，重點是考察學生對模擬電路所用儀器儀表的掌握程度、對模擬電路原理的理解程度和設計與現場調試模擬電路的能力以及對實驗數據的測量和處理能力。

模擬實驗考試的題目一般由4 部分組成:①理論計算部分;②實驗操作部分;③數據分析與處理部分;④回答問題部分。各部分所占比重大致為20%，50%，15%和15%。

4.2 實驗課成績給定方法

實驗課程成績的給定由平時實驗成績、實驗報告成績和實驗考試成績三部分組成，其中平時實驗成績占總成績的40%，實驗報告成績占總成績的20%，實驗考試成績占總成績的40%。

平時成績給定依據是學生的預習情況，實驗電路的設計方案，儀器儀表的掌握程度，分析問題與解決問題的能力的表現，以及最終的實驗結果，而與學生完成實驗的時間長短沒有直接關系。實驗報告成績重在查看學生對實驗內容的總結情況，對實驗數據的處理與分析結果，實驗報告的規范程度以及回答問題的正確性。實驗考試成績重在查看學生對模擬電子技術實驗中常用儀器儀表的掌握程度，對模擬電路理論的理解程度，分析問題和解決問題的綜合能力，能否得到正確的實驗結果，以及數據分析與處理結果的正確性。

5 結 語

通過上述一系列實驗課程教學改革的實施，使得模擬電子技術理論教學和實驗教學融會貫通，有機結合，相互促進，相互補充。充分調動了學生學習的積極性和主動性，使他們在近幾年來的全國大學生電子設計競賽及其他各種全國性大賽中均取得了很好的成績。目前實驗室將在下一步實驗教學過程中建立實驗室的網絡化平臺，使得參加實驗學生的預習，答疑，資源下載以及日常管理都可以在網上進行，大大提高實驗室的管理水平。同時對前幾屆大學生的科技創新項目進行整理，在今后的模擬電子技術實驗教學過程中進行“項目驅動”實驗教學模式的探索。

［1］ 教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會.電子電氣基礎課程教學基本要求［M］. 北京:高等教育出版社，2011.

［2］ 翟文權，李書旗.電子技術實驗教學改革探索［J］.實驗技術與管理，2010，27(10):139-141.

［3］ 高文煥，張尊僑，徐振英，等. 電子技術實驗［M］. 北京:清華大學出版社，2004.

［4］ 李仰軍，郝曉劍，畢滿清. 深化電子技術課程改革，培養創新人才［J］.華北工學院學報(社科版)，2001(3):46-48.

［5］ 劉 艷，朱昌平，宋鳳琴，等.模擬電子技術實驗教學中的學生實踐能力培養［J］. 實驗技術與管理，2010，27(2):110-112.

［6］ 曾基石，張敬懷，閆亞龍.電子技術實驗教學中科學素質與創新能力的培養［J］. 電氣電子教學學報，2002，24(2):23-25.

［7］ 朱 紅，羅正祥.電子技術實驗教學中創新能力的培養［J］.實驗技術與管理，2000，17(6):1-4.

［8］ 梁 麗.電子技術課程實驗教學的改革與思考［J］.中國現代教育裝備，2009(6):73-75.

［9］ 王 波，張 巖，王美玲.電子技術實踐教學改革的探索［J］.實驗室研究與探索，2011，30(6):343-345.

［10］ 張玉平. 電子技術實驗［M］. 北京:北京理工大學出版社，2008.

［11］ 王美玲，郝艾芳，江澤民.通過實踐教學的改革提高大學生電子技術創新能力［J］. 北華航天工業學院學報，2010，20:49-51.

［12］ 凌 晟.利用多媒體課件輔助“電工學”教學［J］. 實驗室研究與探索，2002，21(8):41-42.

［13］ 化曉茜，王紫婷.改革電工電子實驗教學，培養學生的創新能力［J］.實驗室研究與探索，2011，30(6):151-153.

［14］ 楊慧敏.電子技術課程實踐環節的探索與改革［J］.實驗室研究與探索，2004，23(3):61-63.

［15］ 杜宇上. “模擬電子技術”實驗試卷設計的研究［J］.中國電力教育，2010(7):147-148.