新形勢下的“電子技術基礎”課程建設與實踐

姚福安?徐向華?魏愛榮?高寧?蔣華軍

摘要：針對當前“電子技術基礎”課程教學中存在的問題，根據新的教學計劃要求，對“電子技術基礎”課程在理論教學、實踐教學、教材建設等方面進行了廣泛深入的探索，實踐證明改革方案正確，教學效果顯著，極大地提高了學生綜合應用電子技術的能力和創新能力。

關鍵詞：電子技術基礎；實驗教學；EDA技術；工程實踐能力

作者簡介：姚福安（1963-），男，山東巨野人，山東大學控制科學與工程學院，教授。（山東 濟南 250061）

基金項目：本文系2012年山東省高等學校教學改革立項項目（項目號：2012105）、山東大學物聯信息技術與系統工程國家實驗教學示范中心的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0065-02

“電子技術基礎”主要由“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“電子技術實驗”和“電子技術課程設計”系列課程組成。它是信息類所有專業的科學基礎平臺課程的必修課，是聯系公共基礎課和專業課的一個極其重要的橋梁。在山東大學（以下簡稱“我校”）啟動的新一輪本科生培養計劃中，將“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”兩門課程的理論學時分別減少到48學時，將兩門課程的實驗學時分別提高到了32學時，而“電子技術基礎課程設計”課程采用集中在1周內完成。

當前高等教育普遍存在“重理論”、“輕實踐”，“偏重仿真”、“輕視實驗”等現象。為此在新的形勢下，筆者本著強化基礎、開拓學術視野、培養創新思維的指導思想，大力開展研究型教學模式，注重學生的創新意識、創新方法和創新能力的培養，提高學生的自主學習能力，大力推進課外學習，對“電子技術基礎”課程進行了全面的改革和探索。

一、修訂了“電子技術基礎”課程的教學計劃

結合電子技術的發展趨勢，借鑒國外同類著名教材，參考國內同類高校“電子技術基礎”課程的教學安排，制訂了“保證基礎、重視實踐、體現先進”教學理念的教學計劃。

1.“電子技術基礎”課程內容突出了基礎性

“電子技術基礎”課程是信息類專業學生入門的一門技術基礎課，其教學目標是要求學生掌握基本的電子電路理論知識，培養學生獨立分析解決實際問題的能力。掌握扎實的“電子技術基礎”課程理論基礎知識，是培養學生創新能力的基礎。例如在“模擬電子技術基礎”課程中，晶體管“微變等效電路”的建立、晶體管“高頻等效模型”的分析及“數字電子技術基礎”課程中“邏輯代數”等內容仍給予了充分的保留。

2.“電子技術基礎”課程內容突出了實踐性

“電子技術基礎”課程的特點就是實踐性強，該課程內容應突出其應用特性，突出理論聯系實際性。例如在課程內容上適當減少分立元器件的內容（尤其是內部的工作機理），重點講解電子器件的外特性，增加了“集成電路”部分內容，加強了系統分析及實際工程應用案例等方面的內容。

3.“電子技術基礎”課程內容突出了先進性

電子技術是當今社會發展最快的技術之一，新器件、新工藝、新技術日新月異，其教學內容應與時代發展同步。例如在“數字電子技術基礎”中增加了“現代數字電路設計中”采用的“硬件描述語言（VHDL）”方面的內容，增加了“大規模可編程邏輯器件（CPLD/FPGA）”的知識。

二、修訂了“電子技術基礎”教材

教材是體現教學內容和教學要求的知識載體，是進行教學的基本工具，是提高教學質量的重要保證。培養具有國際化視野的一流人才，教材必須與國際知名大學相關教材接軌，編寫適合我國實際現狀、具有自己特色的教材。

1.引入先進的技術及設計工具

根據目前國外同類教材的發展，筆者修訂的教材強調實際工程上的分析方法和應用，重視對學生實際工作能力的培養；在教材中融入了使用軟件工具進行模擬、分析、設計問題的方法；增加了新的教學內容，將EDA（電子設計自動化）技術引入到教材中；增加新的模擬集成器件及分析方法，例如“電流型集成運算放大器及應用”等。

2.精簡內容，突出重點

“電子技術基礎”課程理論課時逐漸減少，而新工藝、新技術、新器件越來越多，精簡陳舊內容，優化教材結構，注重學科發展是教材編寫的主要問題。新修訂的教材采取的方法是：減少了分立元件內部工作機理的介紹，減少集成電路內部工作原理的分析，加強中大規模集成電路應用的內容；增加功能模塊法設計電子系統的內容，減少小規模集成電路設計電路的方法。

3.傳統與發展相融合，在融合中體現創新

根據信息類專業要求工程技術應用能力強的特點，教材應盡可能反應當前電子技術發展的最新動態，本教材在教學中融入實際工程應用能力的培養，增加了新技術、新方法的介紹，并配合實驗教學，使學生掌握分析、設計電子電路的新工具和新手段，同時該教材又注重了傳統知識的延續，保持了內容的聯慣性，使教材具有較強的可讀性。該教材既滿足了本科教學需要，又便于學生自學，同時還適合工程技術人員查閱資料。

三、全面改革“電子技術基礎”實驗教學

“電子技術基礎”課程的最大特點之一就是實踐性強，學生不僅要掌握電子技術相關的理論知識，更重要的是要通過諸多的實踐環節提高學生的應用能力。針對當前實驗教學內容陳舊、實驗手段單一、實驗設備落后、實驗項目擴展性不強等問題，筆者從實驗室硬件平臺建設、實驗課程體系、實驗教學內容、實驗教學方法及手段等方面，逐步實現與國際接軌。

1.搭建了具有國際水平的實驗教學硬件平臺

培養具有國際一流水平的本科生，實驗室必須具有國際水平的測試儀器、儀表。為此筆者將“電子技術基礎實驗室”全部配置了國際著名公司Aglent（安捷倫）生產的DSO-2002A數字存儲示波器、DDS信號發生器等國際一流的實驗儀器；“EDA（電子設計自動化）實驗室”安裝了正版的國際流行的最新電子電路計算機輔助軟件NI公司的Multisim12.0；“電子設計創新實驗室”與國際知名公司TI公司聯合成立了“山東大學—美國德州儀器大學生創新中心”，TI公司提供最新的DSP（數字信號處理）、單片機及模擬集成器件供學生參加科技創新制作、電子設計競賽等創新活動。

2.研制了訓練學生綜合素質及創新能力的實驗裝置

目前傳統的“電子技術實驗裝置”大多是功能簡單，實驗項目單一，綜合性差，難以完成對學生的設計能力、創新能力的訓練。為此筆者為“電子技術基礎實驗室”開發研制了“電子技術綜合實驗教學裝置”，該實驗平臺采用全開放式設計思路，在該實驗平臺上可以完成“基本實驗”、“綜合實驗”和“設計實驗”，為學生留有足夠多的資源，能更好地激發學生的創造思維能力；為“EDA（電子設計自動化）實驗室”開發研制了“FPGA現代數字系統設計裝置”，該實驗裝置采用Xilinx公司最新技術Spartan-6 FPGA開發的數字系統，在該系統上可以完成各種數字系統的設計，例如微控制器設計、多媒體數字信號編解碼器設計、嵌入式系統的開發等，全面訓練學生掌握國際最新技術進行設計數字系統的能力。為“電子設計創新實驗室”開發了“現代電子設計綜合訓練系統”。該系統由靈活的功能模塊組成，功能模塊包括：單片機最小系統模塊、CPLD/FPGA模塊、信號調理單元模塊、A/D和D/A模塊、輸入及輸出模塊、信號產生和變換模塊、功率放大模塊等。在進行電子設計教學中，首先將這些單元模塊讓學生焊接、調試成功，然后根據具體的設計任務，將多個功能模塊互相連接，即可實現整個系統的功能。該實驗裝置功能強大，擴展靈活，結構緊湊，可反復拆卸。這種完全開放式的教學裝置對培養學生的創新能力起到了非常好的效果。

3.建立“層次化”的實驗教學體系

根據“電子技術基礎”課程的要求，加強理論課與實驗課之間的聯系，精選了實驗教學內容，做到經典與現代的融合，將實驗教學分成四個層次。

第一，基礎層實驗：該部分是學生初次進入電子技術學習所做的基本實驗，包括常用電子元器件及集成電路性能測試，常用電子電路的測量。目的在于加深學生對電子技術基本理論的理解，培養學生對電子技術實驗的興趣。

第二，設計層實驗：該層次將驗證性實驗轉變為設計性實驗。教師將實驗項目及要求提出來，讓學生自己設計實驗電路、實驗步驟、實驗方法，最后到實驗室進行安裝、調試，寫出實驗報告。目的培養學生理論聯系實際的能力及書寫設計性實驗報告的能力。

第三，綜合設計層：該層次是要求學生利用新的器件，采用新的設計方法及手段設計完成綜合性較強的電子系統，要求學生熟練利用EDA（電子設計自動化）技術設計、分析電子電路，目的培養學生綜合運用電子技術的能力。

第四，創新研究層：對于理論知識扎實、動手能力強的學生，要鼓勵他們參加電子設計競賽及其他各類創新活動，教師可以給出適合不同專業方向的綜合性較強的課題（可以以歷屆全國大學生電子設計競賽題目作參考）共學生自由選擇，采用開放式教學方式，培養學生獨立進行科學研究的素養，培養學生的合作精神，培養學生撰寫科技論文的能力。

4.建立基于“全過程監控”式的考核方法

實驗課程的考核相對于理論課考核要復雜的多，不僅要考查實驗結果，更應該注重考核實驗過程。完成一個實驗的基本過程是“實驗預習→實驗設計→實驗操作→實驗故障排查→實驗結果分析→實驗報告撰寫”，所以只有采用“全過程”考核，才能對學生公平客觀的評價。要求對每個學生的每次實驗過程均有記錄，主要包括：學生出勤情況、實驗儀器操作情況、實驗測試情況、實驗報告的撰寫規范情況；對于2人以上完成的綜合實驗，對每個人采取“答辯”方式提問，詢問電路的設計思路、該電路存在的問題、電路安裝調試中出現的問題及解決辦法等。理論考試采用閉卷考試，主要考查學生的電子電路的測試方法、常用儀器儀表的使用、誤差分析及處理、電路測試理論及技術等。將全部實驗的平時成績和考試成績（各占50%）相加定為學生的最終成績。

四、結語

綜上所述，在新的形勢下筆者對“電子技術基礎”課程的各個教學環節進行了探索與嘗試，通過在控制科學與工程學院、電氣工程學院2011級14個班級中實施，總體效果顯著，學生普遍反映提高了學習電子技術的興趣，提高了動手能力，能熟練掌握常用的電子儀器，掌握了先進的電子設計方法，提高了學生參加各類科技競賽的熱情，并且在參加的各級科技競賽中，均取得了優異的成績。目前存在的最大問題是實驗室如何大面積、持續地對學生開放，如何提高教師投入教學的積極性，如何建立更加科學的管理體系等問題，以上這些問題還有待于進行更加深入細致的研究。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）