模擬電子技術(shù)課程實踐教學(xué)改革的探索

劉曉潔 李 翀 唐莉萍東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院數(shù)字化紡織服裝技術(shù)教育部工程研究中心 上海 201620

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模擬電子技術(shù)課程實踐教學(xué)改革的探索

劉曉潔 李 翀 唐莉萍
東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院數(shù)字化紡織服裝技術(shù)教育部工程研究中心 上海 201620

摘 要：基于“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求，結(jié)合卓越班學(xué)生的特點，進(jìn)行了模擬電子技術(shù)課程實踐教學(xué)改革的探索：以基礎(chǔ)實驗為鋪墊，新增“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”實踐環(huán)節(jié)。教學(xué)結(jié)果表明，此實踐環(huán)節(jié)有助于培養(yǎng)學(xué)生工程意識、實踐技能和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：實踐能力；模擬電子技術(shù)；教學(xué)改革

1 電子信息工程專業(yè)本科生“卓越計劃”實施的意義

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是教育部為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020 年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020 年)》的重大改革項目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措。“卓越計劃”的核心與關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，而這正是多年來我們實踐教學(xué)體系的一個薄弱環(huán)節(jié)。工科大學(xué)生培養(yǎng)的根本在于實踐，而實踐能力的培養(yǎng)又依賴于實踐教學(xué)體系。即實踐教學(xué)體系是否科學(xué)、合理，切合實際，將直接影響工科大學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力的高低。然而，現(xiàn)有的實踐教學(xué)體系存在諸多問題，制約了工科大學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。當(dāng)務(wù)之急是高校應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)實踐教學(xué)體系改革。

為實現(xiàn)國家的“卓越計劃”，培養(yǎng)符合國家和社會需要的卓越工程師，結(jié)合我校電子信息工程專業(yè)本科生的特點，以電子信息工程專業(yè)學(xué)生的模擬電子技術(shù)課程為例，為加強(qiáng)模擬電子技術(shù)實踐教學(xué)，采用新增的“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”環(huán)節(jié)培養(yǎng)該專業(yè)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)結(jié)果表明，該實踐環(huán)節(jié)取得了積極的成果。

2 “模擬電子技術(shù)大作業(yè)”的實施與課程改革

模擬電子技術(shù)是電氣信息類專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其理論性和實踐性都很強(qiáng)，學(xué)生普遍反映掌握好這門課程有一定的難度。因此，配套的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的科學(xué)合理性顯得尤為重要。新增的“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”能夠加深學(xué)生對模擬電子技術(shù)理論知識的理解，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力，為培養(yǎng)適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的卓越工程師奠定基礎(chǔ)。實踐能力和創(chuàng)新能力是卓越工程師必須具備的工程素質(zhì)，“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”的組織與實施旨在對學(xué)生的實踐能力進(jìn)行訓(xùn)練，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)展。有關(guān)“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”的實施與模擬電子技術(shù)這門課程的一些改革，如以下幾方面所述：

2.1 實踐教學(xué)內(nèi)容改革

傳統(tǒng)的模電電子技術(shù)實驗內(nèi)容，多是針對極個別的知識點進(jìn)行分立實驗，如共射極單管交流放大電路，僅僅是整個系統(tǒng)中的一個模塊。學(xué)生很難從全局的高度來理解和掌握整個電路系統(tǒng)的構(gòu)成，模塊之間的銜接，不同器件的匹配方法等問題。因此，“系統(tǒng)化”這個理念引導(dǎo)著我們在模擬電子技術(shù)實踐教學(xué)內(nèi)容方面做出改革。希望學(xué)生通過相應(yīng)的實踐，建立工程中“系統(tǒng)”的概念，將所學(xué)的各知識點融會貫通。為此，在原有的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課程基礎(chǔ)上，新增了“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”的實踐教學(xué)內(nèi)容采用：中小規(guī)模電路系統(tǒng)設(shè)計——抗干擾紅外發(fā)射接收器。要求學(xué)生制作一套以紅外發(fā)射管和接收管為核心器件的發(fā)射-接收裝置，能夠在一定距離內(nèi)實現(xiàn)發(fā)射器對接收器上電燈的開關(guān)控制，并且這套裝置能避免環(huán)境燈光、電源噪聲及其他發(fā)射器的信號等干擾對控制信號的影響。發(fā)射器采用555多諧振蕩器調(diào)制開關(guān)信號，以紅外光的形式將調(diào)制信號發(fā)射出去，接收器接收到光信號后經(jīng)過濾波、整流、閾值比較、觸發(fā)、驅(qū)動繼電器，以控制電燈負(fù)載工作。在動手實踐過程中，加強(qiáng)學(xué)生對模擬電子技術(shù)知識的領(lǐng)悟，既學(xué)習(xí)鞏固了各知識點，又培養(yǎng)了工程實踐意識和能力。

2.2 授課方式改革

傳統(tǒng)的面上教育的實驗教學(xué)授課方式以教師為主，學(xué)生被動地接受知識。常常是教師進(jìn)行“實時”指導(dǎo)，學(xué)生做的也是驗證性實驗居多。教師給學(xué)生提供完整電路圖，包含經(jīng)多次驗證的元件參數(shù)，正確的連接方式，由學(xué)生依葫蘆畫瓢，按照電路圖連接元件和導(dǎo)線，再觀察波形，測試并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。課堂上學(xué)生一遇到問題，不會主動思考，不懂得如何排故，而是馬上找教師解決，無形中形成了一種依賴思想。

“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”致力于改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)授課方式，秉承“學(xué)生為主體，教師為輔導(dǎo)”的理念，大作業(yè)內(nèi)容在開學(xué)時由教師布置給學(xué)生，僅提出整個系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)要求，告知學(xué)生自行設(shè)計電路，采用Multisim軟件仿真電路中各模塊的功能，并整合出完整的系統(tǒng)電路，然后合理安排時間獨立去實驗室制作，學(xué)期末提交實驗作品，由老師驗收評分。另外，教師提供部分與大作業(yè)相關(guān)的全英文版技術(shù)資料，使學(xué)生逐漸學(xué)會查閱外文文獻(xiàn)，積累專業(yè)英語詞匯，為今后從事科學(xué)研究打下扎實的基礎(chǔ)。

“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”屬于設(shè)計性實驗，要求學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康模O(shè)計并選取合理的電路方案，選擇實驗器材，搭建實驗電路，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)實驗現(xiàn)象，甚至提出改進(jìn)意見。驗證性實驗向設(shè)計性實驗的轉(zhuǎn)變，對于學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一次本質(zhì)上的飛躍。教師在傳授理論知識的同時，讓學(xué)生逐步深入探索實踐，使學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，理論與實踐相結(jié)合，通過學(xué)習(xí)的點滴深入，解決大作業(yè)中的技術(shù)問題，提高學(xué)生的自學(xué)能力和獨立解決問題的能力。

2.3 實驗元件認(rèn)知提升

傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗采用九孔板平臺、表面標(biāo)示著元件符號和標(biāo)稱值的元器件裝置(元器件的實體被廠家在安裝在內(nèi)部)，以及插拔式帶絕緣層導(dǎo)線搭建電路。部分學(xué)生在實驗結(jié)束后仍然不清楚自己使用過的元器件有什么特征，比如一個電解電容，除了標(biāo)稱電容值以外，使用前還應(yīng)考慮最大耐壓值、實測電容值、工作頻率等主要參數(shù)，還應(yīng)正確判別電容極性。如此一來，學(xué)生在實驗中的收獲甚少，與教學(xué)實踐的初衷是脫節(jié)的。

為了讓學(xué)生對真實的元器件有進(jìn)一步的認(rèn)知，在“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”實踐環(huán)節(jié)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生去大型電子市場實際調(diào)研，了解常見器件選型與市場供應(yīng)的關(guān)系，培養(yǎng)成本意識。讓學(xué)生了解到：完成同一個電路系統(tǒng)，在符合性能指標(biāo)的前提下，如何選擇合適的、高性價比的元器件也同樣重要。

2.4 實驗平臺改革

在“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”實踐環(huán)節(jié)中，另一個重要的改革元素是實驗平臺的選擇。實驗室常用的電路測試平臺有面包板，萬用板，PCB(印制電路板)等。面包板連線簡單，不需焊接，雖可循環(huán)使用，但是導(dǎo)線易松，電氣連接不緊密，且面包板的空間利用率低，不適合制作中、大規(guī)模的測試電路；萬用板的集成度較高，元件固定牢固，電氣連接緊密，但是布線和焊裝較煩瑣，基本不能循環(huán)使用，容易導(dǎo)致大量元件的浪費；而工程中常用的PCB板制作而成的電路性能優(yōu)良，集成度高，但相應(yīng)的成本也高，不能循環(huán)使用，具有單一性，不適合學(xué)生搭建試驗電路。

綜合考慮以上因素，在“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”中給學(xué)生使用的是由本系教師自行設(shè)計開發(fā)的鉚釘板。鉚釘板是以環(huán)氧樹脂板作為基板，以銅鉚釘作為電路節(jié)點，經(jīng)過布線，打孔，固定銅鉚釘，打磨焊盤，鍍上焊錫，安裝支架等步驟處理，可作為電路測試板使用。根據(jù)實驗電路規(guī)模，將常用封裝形式的引腳配上對應(yīng)底座，進(jìn)行合理布局后，設(shè)計的每塊鉚釘板尺寸為225 mm×210 mm，包含330個鉚釘節(jié)點。這些節(jié)點都涂有焊錫，只要加少許焊錫加速導(dǎo)熱，很容易將元件焊上去。因為是外露的節(jié)點，所以拆卸元件也十分方便，只需加熱節(jié)點上的焊錫即可融化焊錫取下元件。因此修改電路非常便捷易操作，不會浪費過多的測試板和元件。另外，鉚釘板上所有節(jié)點都標(biāo)有規(guī)則排列的序號，學(xué)生可在焊接元件前先在紙上畫出元件布局草圖，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維。

2.5 考核方式改革

由于傳統(tǒng)的實驗總成績=出勤成績+平時表現(xiàn)+實驗報告成績，實驗成績平均，難以激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。此次考核方式改革中，添加了“大作業(yè)”成績，包含：電路外觀設(shè)計+電路指標(biāo)完成率+實驗報告心得體會+創(chuàng)新成績。“創(chuàng)新成績”是指該學(xué)生的電路設(shè)計不是采用常規(guī)方法設(shè)計，而是經(jīng)過思索設(shè)計出能夠完成電路指標(biāo)的新穎設(shè)計(該設(shè)計不一定是最簡潔的，但只要是原創(chuàng)或再次創(chuàng)造都鑒定為創(chuàng)新)。

2.6 實驗室智能管理系統(tǒng)

作為試點實驗室，本系的實驗室正試行我校教務(wù)處推出的“實驗室智能管理系統(tǒng)”，采用實驗室門禁系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和學(xué)生刷卡考勤系統(tǒng)，使得實驗室全天候為學(xué)生開放成為可能。“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”實踐環(huán)節(jié)也是在這樣一種嶄新的開放式實驗室中實施，學(xué)生通過網(wǎng)上預(yù)約，由各實驗室負(fù)責(zé)教師審批通過后，該學(xué)生可在預(yù)約時間內(nèi)通過校園一卡通刷卡進(jìn)入實驗室做實驗。開放實驗室為學(xué)生提供了更寬裕的時間和實驗場所，在培養(yǎng)學(xué)生實踐探索精神的同時，也提高了實驗室的利用率。在不久的將來，我校還將增加“智能電源”的開放實驗室功能，學(xué)生在預(yù)約實驗房間外，還需要預(yù)約實驗時需要用到的設(shè)備，得到教師網(wǎng)上批準(zhǔn)后，被預(yù)約的儀器才可以供電，以培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)劃意識和節(jié)能意識。

3 結(jié)論與思考

以“模擬電子技術(shù)大作業(yè)”為主線進(jìn)行的模擬電子技術(shù)實踐教學(xué)改革探索之路，使學(xué)生加深了對模擬電子技術(shù)課程的理解，掌握了模擬電路的常規(guī)設(shè)計方法，增強(qiáng)了電路調(diào)試與焊裝的實踐能力，獲得了基本電路調(diào)試經(jīng)驗，提高了專業(yè)課學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了科研創(chuàng)新能力。學(xué)生通過“動中學(xué)，學(xué)中思”逐步提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。實踐教學(xué)表明，“模擬電子技術(shù)”實踐教學(xué)的改革進(jìn)一步豐富了該課程的實踐教學(xué)體系，并取得了良好的教學(xué)實踐效果和成果。近些年，工科學(xué)生畢業(yè)就職面臨的最直接問題是工作“上手慢”，缺乏實踐創(chuàng)新能力，為積極響應(yīng)教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的有效實施，高校一線教師應(yīng)以學(xué)生為本，努力開拓進(jìn)取，用心培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實、專業(yè)知識寬厚，具有很強(qiáng)的工程實踐、創(chuàng)新性思維和系統(tǒng)性思維的能力，有理想抱負(fù)、有社會責(zé)任感和團(tuán)隊合作精神的卓越人才。

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Exploration of Analog Electronic Technique Reform in Practical Teaching

Liu Xiaojie, Li Chong, Tang Liping
Engineering Research Center of Digitized Textile & Apparel Technology, College of Information Science and Technology, Donghua University, Shanghai, 201620, China

Abstract:In this paper, it describes an exploration of Analog Electronic Technology practice teaching reform. This reform in teaching is based on the requirements for Excellent engineer training program, also itcombines thecharacteristics of excellent class students.It increases the practicestep of Analog Electronic Technology assignment on the basis of basic experiment. The teaching result shows that this reform in practice helps students obtain engineering consciousness, practical skills and innovation ability.

Key words:practical ability; analog electronics technique; reform in teaching

基金項目：東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院“電子信息工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃”教改項目(編號：104-03-0031011)；東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院卓越計劃“電學(xué)基礎(chǔ)實踐實驗課程組”教改項目(編號：104-03-0007053)。

作者簡介：劉曉潔，碩士，實驗師，實驗中心副主任。李翀，本科在讀學(xué)生。唐莉萍，碩士，副教授。

收稿日期：2015-08-25