模擬電子線路課程改革探索

摘 要 模擬電子線路是高等學(xué)校電類專業(yè)的必修課程，在整個課程體系中的地位至關(guān)重要。在 模擬電子線路教學(xué)的實(shí)施過程當(dāng)中，存在課程安排不合理、教材不能與學(xué)生認(rèn)知水平相適應(yīng)、理論與實(shí)際脫節(jié)等諸多問題。本文對以上幾個問題進(jìn)行討論并給出解決方案。經(jīng)過實(shí)際教學(xué)證明，模擬電子線路教學(xué)在進(jìn)行改進(jìn)后，能理順學(xué)生的知識體系結(jié)構(gòu)并取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 “模擬電子線路” 課程安排 課程設(shè)計

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Analog Electronic Circuits Curriculum Reform

ZENG Heqiong[1]， HU Jun[2]， XIONG Qiong[1]

（[1] Institute of Technology， Wuhan Yangtze Business University， Wuhan， Hubei 430065；

[2] Department of Computer Science， Hubei Vocational College of Bio-Technology， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract Analog Electronic Circuits is a required course in college electricity professional， its status is essential in the whole curriculum system. In the analog electronic circuits teaching implementation process， there are some problems such as unreasonable curriculum， teaching materials cannot be adapted to students' cognitive level， the theory of touch with reality， and many other issues. This paper are more than a few issues to discuss and give solutions. After the actual teaching certificate， after teaching reform of Analog Electronic Circuits， can straighten out the students' knowledge architecture and achieve better teaching results.

Key words \"Analog Electronic Circuits\"； curriculum； course design

1 現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案課程體系中“模擬電子線路”課程的安排問題

自長江工商學(xué)院電子信息工程專業(yè)創(chuàng)建以來，人才培養(yǎng)方案每年都會做相應(yīng)的修訂。其中的專業(yè)理論課的課程安排采用一種“自下而上”的方式，即：首先在大二上學(xué)期安排電路理論課程，然后在大二下學(xué)期學(xué)習(xí)模擬電子線路、數(shù)字邏輯電路等專業(yè)基礎(chǔ)課程，如表1所示。

表1 電子信息工程專業(yè)理論課程開課時間表

事實(shí)上大多數(shù)學(xué)校開設(shè)的電子信息工程專業(yè)的專業(yè)課程的開課順序也是如此。這樣開課的好處是：在經(jīng)過大一整個學(xué)期以及大二上學(xué)期部分課程（高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與數(shù)理統(tǒng)計、復(fù)變函數(shù)與積分變換、矢量分析與數(shù)理方程）訓(xùn)練以后，根據(jù)現(xiàn)實(shí)電路設(shè)計過程中抽象出來的電路理論課程需要用到的數(shù)學(xué)工具，學(xué)生比較熟悉，容易接受。第四學(xué)期開出的數(shù)字邏輯電路、模擬電子線路解決學(xué)生在設(shè)計電路的時候遇到的實(shí)際問題。最后在第四、第五學(xué)期開出的信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理兩門課程是解決由實(shí)際問題抽象到具體數(shù)學(xué)模型的問題。

這樣的開課順序固然有其優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也十分突出。因?yàn)閷?shí)際中工程師在設(shè)計電路的時候是按照表2所示的過程開展的。而目前采用的開課順序是不符合人的認(rèn)知規(guī)律的。

表2 工程師設(shè)計電路的工作步驟

通過觀察設(shè)計電路步驟表，可以發(fā)現(xiàn)電子信息工程的各個專業(yè)課程是解決在設(shè)計電路過程中不同階段遇到的不同問題。這種自上而下解決問題的方式的特點(diǎn)是：先提出整體方案，再關(guān)注細(xì)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。信號與系統(tǒng)課程解決的是整個過程中的第一到第四階段所遇到的問題。數(shù)字信號處理課程解決第五到第六階段的問題，電路理論解決第七階段的問題。數(shù)字邏輯電路、模擬電子線路解決第八到第十階段的問題。①②

表3 調(diào)整后的電子信息工程專業(yè)課程開課時間表

從人認(rèn)知的角度來講，以設(shè)計電路過程中這十個基本步驟為主線的開課方式肯定要比打亂認(rèn)知順序的開課方式更容易讓學(xué)生接受。所以筆者提出以信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理為電子信息工程專業(yè)的導(dǎo)入課程。具體調(diào)整課程順序如表3。

這樣調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)是：（1）依據(jù)先定義再實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知規(guī)律，有益于學(xué)生理解整個設(shè)計電路的過程，明晰信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理兩門課程在整個設(shè)計電路過程中的作用，利用模擬電子線路、數(shù)字邏輯電路完成電路設(shè)計、模擬仿真和具體電路實(shí)現(xiàn)功能。（2）掌握相關(guān)計算機(jī)軟件，在計算機(jī)上可以輕易地實(shí)現(xiàn)課程中的知識點(diǎn)，使學(xué)生從直觀上看到信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、模擬電子線路等課程的具體作用，能提高學(xué)生興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，促使他們對書上的內(nèi)容產(chǎn)生更深刻的理解。（3）電路理論能使得在設(shè)計過程中得到的關(guān)于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為關(guān)于電阻、電容、電感的電路方程，這樣電路理論課程本身的作用得以最佳體現(xiàn)。

2 “模擬電子線路”課程教學(xué)的新思路

針對人才培養(yǎng)方案中的問題，為了適應(yīng)電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需要，我們從優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)的總體要求出發(fā)，整合教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行模塊化設(shè)計，較好地解決基礎(chǔ)與應(yīng)用、理論與實(shí)踐、目前與發(fā)展、點(diǎn)線面之間的矛盾，使電子技術(shù)課程內(nèi)容體系具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、實(shí)用性。我們將該課程體系劃分為：理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、技能培訓(xùn)三部分，其中理論課程是模擬電子線路，實(shí)驗(yàn)課程是模擬電路實(shí)驗(yàn)，技能培訓(xùn)包括專業(yè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)、電子工藝實(shí)訓(xùn)和模擬電路課程設(shè)計。具體提出如下的解決方案：

2.1 積極引進(jìn)經(jīng)典教材或者由教師自編教材

由于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生相對于一本、二本的學(xué)生，在學(xué)習(xí)能力、自我約束、邏輯分析問題能力、學(xué)習(xí)主動性等方面有所欠缺，因而面對模擬電路課程更加容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。如何提升他們學(xué)習(xí)模擬電子線路的效率，提高其分析問題、解決問題、以及動手的能力，是擺在教師面前的一個難題。目前很多教材都不太適合獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生使用。所以應(yīng)該結(jié)合獨(dú)立學(xué)院的特點(diǎn)，教師自編教材，可以綜合經(jīng)典教材優(yōu)點(diǎn)和自身學(xué)生的特點(diǎn)，除了要符合人類思維習(xí)慣以外，還要穿插具體實(shí)例，先定義再實(shí)現(xiàn)，利于學(xué)生理解與學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革②③

（1）目前模擬電子線路的實(shí)驗(yàn)環(huán)境多數(shù)是使用實(shí)驗(yàn)箱，如果安排過多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，單純的插拔導(dǎo)線，機(jī)械的連接器件，使得實(shí)驗(yàn)課程枯燥乏味，難以提起學(xué)生興趣。結(jié)果是學(xué)生匆匆忙忙完成實(shí)驗(yàn)下課，實(shí)驗(yàn)背后的意義卻不能完全理解。所以適當(dāng)增加技能培訓(xùn)課程是十分必要的。

（2）考慮到大多數(shù)學(xué)生零基礎(chǔ)的客觀情況，開設(shè)專業(yè)實(shí)訓(xùn)和電子工藝課程，利用實(shí)驗(yàn)室提供的電路圖、PCB板以及裝配器件、電烙鐵、示波器等工具，制作一個收音機(jī)或者萬用表，專門用來訓(xùn)練學(xué)生的基本功。具體目標(biāo)是使學(xué)生從“冰冷”的書本知識回歸工作實(shí)際，讓他們對電路有感性認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)他們識圖、識器件的基本能力以及焊接技術(shù)。與此同時在裝配過程中教師可以講解PCB板的相關(guān)知識，拓寬學(xué)生的視野。

（3）完成了基礎(chǔ)模擬電路實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)訓(xùn)和電子工藝課程之后，開設(shè)1～2周的課程設(shè)計是非常必要的。課程設(shè)計的目的是讓學(xué)生通過動腦動手解決一兩個實(shí)際問題， 鞏固和應(yīng)用在本課程中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能。課程設(shè)計不僅能給學(xué)生提供一個理論聯(lián)系實(shí)際、提高動手能力的機(jī)會， 還可以讓學(xué)生利用這較短的時間，對所學(xué)的理論知識有一個充分、系統(tǒng)、全面的消化和吸收的過程。

課程設(shè)計過程安排如下：①教師結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，擬定綜合性的課程設(shè)計題目，給出設(shè)計任務(wù)書。②學(xué)生根據(jù)所擬課題查閱有關(guān)書籍、手冊，組織討論系統(tǒng)的總體規(guī)范和具體功能，并提出“粗”的系統(tǒng)框圖。其后，對于“細(xì)”的電路，通過教師引導(dǎo)和分析、比較設(shè)計電路方案，計算參數(shù)，選取元件，確保學(xué)生知道框圖中模塊使用什么電路適合。這樣做的好處就是能夠讓學(xué)生看到電路設(shè)計在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步激發(fā)他們的求知欲，這也符合“以問題為向?qū)А薄ⅰ耙匀蝿?wù)為導(dǎo)向”的教學(xué)思想。在這里以一個心電采集系統(tǒng)為例來進(jìn)行說明，具體框圖如圖1。這個采集系統(tǒng)前端經(jīng)過6個模塊之后，輸出的地方接入示波器可以看到漂亮的心電信號。在討論這幾個模塊電路的時候，教師應(yīng)該讓學(xué)生在書中找到相應(yīng)的章節(jié)：放大電路和濾波電路。有了理論支持，再對具體電路進(jìn)行討論，如何對書中電路圖進(jìn)行修改才能滿足系統(tǒng)需要。為了盡可能囊括模擬電路的知識點(diǎn)，所以添加模塊7到模塊10，作用是在無心電信號輸入時報警。③學(xué)生完成理論設(shè)計后，學(xué)生通過EWB、EDA、PROTEL等計算機(jī)輔助工作平臺仿真，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步利用PROTEL制作電子線路板。④根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步修改、完善電路，購置相關(guān)器件，首先學(xué)生通過面包板搭建電路，設(shè)計方案最終實(shí)現(xiàn)。最好一個模塊一個面包板，這樣不但可擴(kuò)展性好，還可以有效地檢錯。⑤整體電路焊接，并對電路進(jìn)行調(diào)試、分析、性能測試和故障排除等，完成設(shè)計，得到標(biāo)準(zhǔn)信號。⑥學(xué)生撰寫課程設(shè)計報告，必須參加答辯，對于分組中的同學(xué)，教師要分別就設(shè)計細(xì)節(jié)提問，確保無“寄生蟲”現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)學(xué)生回答問題的情況和課程設(shè)計完成情況，指導(dǎo)教師給出最后的成績。

圖1 心電信號采集系統(tǒng)框圖

（4）建立“電子開放實(shí)驗(yàn)室”，讓學(xué)生自主地利用業(yè)余時間在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計、調(diào)試自己的作品，為學(xué)生提供一個自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新制作的平臺，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性提供了條件保證。

3 結(jié)束語

在幾年的教學(xué)工作中，常常發(fā)現(xiàn)非常多的學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生迷茫，覺得學(xué)習(xí)的課程并不具有實(shí)用價值。面對這種困惑，本文梳理整個人才培養(yǎng)方案中專業(yè)課程之間的關(guān)系，指出從工作出發(fā)或者以實(shí)際問題出發(fā)的教學(xué)安排，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效率得以提高。

注釋

① 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2006.

② 曾鶴瓊，胡駿.“模擬電子電路”課程教學(xué)改革思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010（4）.

③ 賀付亮，聶秋玉.“電子技術(shù)課程設(shè)計”課程探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010（2）.