非線性電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討與實(shí)踐

張芬 楊楊

摘要： 非線性電子線路實(shí)驗(yàn)課程是電子和通信專業(yè)一門重要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課。針對(duì)傳統(tǒng)非線性電子線路實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的特點(diǎn)和不足，提出優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用EDA軟件Multisim與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以及利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行研究和探索，不僅可以加深學(xué)生對(duì)基本概念和專業(yè)理論知識(shí)的理解，而且也能激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新的積極性，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：非線性電子線路 Multisim 教學(xué)內(nèi)容 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

一、引言

非線性電子線路課程是電子信息類專業(yè)的主要基礎(chǔ)課，其內(nèi)容具有概念多、電路類型多和分析方法多等特點(diǎn)。與之相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，不僅要求學(xué)生在掌握好相應(yīng)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際電路各項(xiàng)性能參數(shù)的分析、調(diào)試與測(cè)量，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和分析問題中提高自己解決實(shí)際非線性電路問題的能力，而且要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不斷理解鞏固課程理論。因此，對(duì)于非線性電子線路實(shí)驗(yàn)課程的教師來說，不斷探索和改革教學(xué)模式，達(dá)到最好的教學(xué)效果，是擺在面前的新課題。

二、非線性電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

與線性電子線路相比，非線性電子線路設(shè)計(jì)復(fù)雜的多，實(shí)驗(yàn)中很容易受到干擾。現(xiàn)有非線性電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍采用非線性電子線路整機(jī)實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)箱中主要是設(shè)計(jì)好的模塊電路，包括多個(gè)為配合理論課程而設(shè)計(jì)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的任務(wù)只是連接電路、測(cè)量輸入輸出，對(duì)所學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證。因此目前的教學(xué)存在以下問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容過于單一，教學(xué)手段簡(jiǎn)單。

（2）實(shí)驗(yàn)易受周圍環(huán)境中電磁波干擾，數(shù)據(jù)誤差較大，難以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生普遍反映這門課程非常難學(xué)。

因此，針對(duì)上述問題，提出了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段等教學(xué)措施。

三、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

非線性電子線路是一門技術(shù)性課程，通過其實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)可以加深對(duì)理論內(nèi)容的理解，提高分析問題、解決問題的能力。目前我院的非線性電子線路實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，利用整機(jī)實(shí)驗(yàn)箱完成，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中只需簡(jiǎn)單的連線即可觀察結(jié)果。由于電路板是整體的，不方便改動(dòng)，有時(shí)學(xué)生無法觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻不便調(diào)試，學(xué)生整體缺乏學(xué)習(xí)的積極性。因此首先對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，將24課時(shí)的實(shí)驗(yàn)分成兩部分，由12個(gè)學(xué)時(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和12個(gè)學(xué)時(shí)綜合性實(shí)驗(yàn)組成。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)書，通過連接電路，測(cè)量輸入輸出，對(duì)所學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證，加深對(duì)理論內(nèi)容的理解。以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，由指導(dǎo)老師根據(jù)所學(xué)各單元的內(nèi)容給出參考題目，或者學(xué)生提出感興趣的題目，將學(xué)生分成小組，每組4～5人，以小組為單位完成設(shè)計(jì)題目。各小組首先確定成員，選擇題目，明確成員分工，討論設(shè)計(jì)方案，并通過軟件仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確性。在軟件仿真正確的前提下，學(xué)生可選擇硬件設(shè)計(jì)所需的元器件，由指導(dǎo)老師統(tǒng)一發(fā)放電路板和元器件，學(xué)生根據(jù)實(shí)際電路組裝調(diào)試。最后，組織學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)過程答辯，并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。通過教學(xué)內(nèi)容的改革，取得了很好的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力得到很大提高。

四、豐富教學(xué)手段

在過去的教學(xué)中，教師的通常根據(jù)PPT講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟按部就班的完成實(shí)驗(yàn)，沒有更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。因此，從兩個(gè)方面著手豐富教學(xué)手段。

1.硬件實(shí)驗(yàn)和EDA軟件仿真相結(jié)合

各種EDA軟件的出現(xiàn)，為非線性電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的元素。教師在實(shí)驗(yàn)開始之前可以將各種EDA設(shè)計(jì)軟件介紹給學(xué)生。學(xué)生在做硬件實(shí)驗(yàn)之前，先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、測(cè)試方法，并利用仿真軟件設(shè)計(jì)電路，用虛擬儀器測(cè)試電路的參數(shù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過這個(gè)過程，學(xué)生對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)已有充分的了解，可以快速地完成硬件實(shí)驗(yàn)，尤其是對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以節(jié)省大量的器件選擇的時(shí)間。

Multisim軟件是常用的電路設(shè)計(jì)和仿真軟件，具有直觀友好的圖形界面、強(qiáng)大的虛擬儀器功能，能提供直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析等完備的分析手段，可以方便地進(jìn)行非線性電子線路輔助教學(xué)。

以非線性電子線路實(shí)驗(yàn)中的調(diào)制與解調(diào)電路為例。在實(shí)驗(yàn)開始前，學(xué)生可以給出設(shè)計(jì)方案和原理圖，利用Multisim軟件畫出原理圖電路，并用虛擬儀器雙蹤示波器分別觀測(cè)輸入調(diào)制信號(hào)波形、已調(diào)波波形和解調(diào)信號(hào)波形。學(xué)生可以觀察各參量對(duì)仿真結(jié)果的影響，也可以改變交直流負(fù)載參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“對(duì)角線切割失真”與“負(fù)峰切割失真”現(xiàn)象。這調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的積極性。Multisim軟件仿真作為模擬教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的橋梁，對(duì)解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)這一難題起到至關(guān)重要的作用。

2.利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的局限性。非線性電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用到大量專業(yè)儀器，如頻譜分析儀等，學(xué)生普遍反映不易掌握。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，教師可以通過網(wǎng)絡(luò)提供相關(guān)儀器的專業(yè)知識(shí)，發(fā)布關(guān)于非線性電子線路方面的最新進(jìn)展等信息，使學(xué)生更全面的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，由于學(xué)生人數(shù)較多，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)不能完全掌握所學(xué)的內(nèi)容，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，學(xué)生可以及時(shí)與教師互動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)解決自己的疑惑，并通過同學(xué)們的交流和討論，加深對(duì)問題的理解。

五、結(jié)束語

盡管非線性電子線路實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法改革取得了一定成績(jī)，但是在接下來的教學(xué)過程中還會(huì)遇到各種各樣的問題，唯有不斷充實(shí)自己，認(rèn)真進(jìn)行教學(xué)反思，繼續(xù)進(jìn)行教學(xué)探索和改革，才能進(jìn)一步地提高教學(xué)效率。

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安徽大學(xué)校級(jí)“本科教學(xué)工程”教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目JYXM201339和JYXM201341資助。