機(jī)制專業(yè)電類課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分享

劉紅梅

摘要：在“中國(guó)制造2025”背景下，傳統(tǒng)的機(jī)械制造已經(jīng)朝著智能制造方向發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程中電類課程的地位越來越重要，對(duì)該類課程的課程改革勢(shì)在必行。本文筆者針對(duì)模擬電子教學(xué)過程中遇到的困惑，從自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，分享了相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)制專業(yè)；模擬電子技術(shù)；課堂教學(xué)；經(jīng)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）07-0213-02

隨著“中國(guó)制造2025”規(guī)劃的提出，傳統(tǒng)的純機(jī)械制造已經(jīng)向智能制造方向發(fā)展。目前已出現(xiàn)的智能工業(yè)機(jī)器人、智能工廠和數(shù)字化車間、3D打印技術(shù)等，都屬于智能制造范疇。據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有196所高校開設(shè)有機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，該專業(yè)課程設(shè)置基本都可分為機(jī)類課程和電類課程兩大類，在“中國(guó)制造2025”大背景下，兩類課程的融合越來越密切。機(jī)類課程如果比作是機(jī)制專業(yè)課程的身體的話，那么電類課程就是機(jī)制專業(yè)課程的靈魂。在電類課程中電路分析、模擬電子技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“模電”）等作為電學(xué)基礎(chǔ)，很多高校已經(jīng)把模電當(dāng)作考研課程。但由于模電知識(shí)點(diǎn)煩瑣、分散，理論抽象，學(xué)時(shí)偏少等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍反映非常難學(xué)，課程通過率偏低。本文筆者從實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，提出了一些想法和建議，希望能對(duì)課程的教學(xué)水平提高有所幫助。

一、因地制宜，選擇合適教材，對(duì)教學(xué)內(nèi)容總體把握，理順授課各章節(jié)之間的聯(lián)系

教材是教師進(jìn)行教學(xué)、學(xué)生獲取系統(tǒng)知識(shí)的主要工具，因此教師要根據(jù)自己的授課內(nèi)容、學(xué)生的整體素質(zhì)來選擇教材。針對(duì)目前高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型和本校學(xué)生的具體情況，該課程選擇了一本項(xiàng)目式教學(xué)方法的教材。

模電課程的教學(xué)過程中首先要明白課程體系的構(gòu)建。整個(gè)模電課程的組成類似于蓋房子，電子課程中的二極管、三極管即為房子里的基本單元——一塊“磚”的地位。然后在用這些“磚”搭成了一面面各種功能的“墻”，即工程師應(yīng)該掌握的二十個(gè)模擬電子電路。在三極管部分，要掌握六面“墻”的構(gòu)造及使用方法，這六面“墻”分別為固定偏置單級(jí)共射放大電路、分壓式共射放大電路、共集電極放大電路、共基極放大電路、差分放大電路和功率放大電路。最后由這些墻構(gòu)成了一棟棟房子，即為集成運(yùn)放部分。接下來重點(diǎn)講述集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，即在線性區(qū)和非線性區(qū)的應(yīng)用。最后反饋部分可以認(rèn)為是這個(gè)房子的窗戶、門等部位。

對(duì)教學(xué)內(nèi)容總體把握，理順各章節(jié)之間的聯(lián)系，在授課時(shí)有的放矢，重點(diǎn)講述各種電路的作用和分析方法。對(duì)于各種元件的材質(zhì)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)理可以少講甚至不講，以免影響學(xué)生對(duì)該課程的興趣。

二、采用合理教學(xué)方法，增強(qiáng)教學(xué)效果

（一）授課過程中采用相似性比較，有助于學(xué)生對(duì)抽象的內(nèi)容理解

在講述二極管的單向?qū)щ娦詴r(shí)，可以把二極管的作用比作單向開的門，當(dāng)門從外開時(shí)，可以打開，風(fēng)可以進(jìn)來；但從里開時(shí)就打不開，風(fēng)就不會(huì)進(jìn)來。風(fēng)就相當(dāng)于電路中的電流。

集成運(yùn)放的內(nèi)部可以看成是直接耦合的多級(jí)放大電路組成，內(nèi)部放大電路的級(jí)數(shù)可以高達(dá)上千級(jí)。在進(jìn)行集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)講解時(shí)可以類比一個(gè)公司系統(tǒng)，第一部分輸入級(jí)的作用就相當(dāng)于公司中的銷售人員，他們的工作是盡可能多的從用戶那里得到訂單，差分放大電路具有輸入電阻大的特點(diǎn)，可以從信號(hào)源上獲得盡可能多的電壓。第二部分中間級(jí)的作用就是技術(shù)人員，主要進(jìn)行電壓放大。第三部分輸出級(jí)就是售后，給客戶提供最好的服務(wù)，功率放大電路可以給負(fù)載提供最大的輸出功率。

反饋是指將系統(tǒng)的輸出又返回到輸入端而影響輸入，從而對(duì)系統(tǒng)整體輸出作用。直接講理論，學(xué)生不容易理解，可通過舉例進(jìn)行講解。例如當(dāng)你遇到不開心的事時(shí)告訴你中獎(jiǎng)了，你就會(huì)瞬間開心起來；如果此時(shí)再雪上加霜，可能你就崩潰了。前者就是負(fù)反饋，使系統(tǒng)穩(wěn)定，后者就是正反饋?zhàn)屜到y(tǒng)趨于不穩(wěn)定。電子系統(tǒng)里的反饋大多就是負(fù)反饋，能讓系統(tǒng)穩(wěn)定下來。

（二）模電課程屬于工程類課程，授課中應(yīng)采用工程思想——近似的思想、理想化的模型概念

工程上常常采用近似的思想、理想化的模型來解決實(shí)際問題，主要原因是現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展還不能全面、精確地描述自然現(xiàn)象。通過近似的手段、理想化的模型，大大簡(jiǎn)化了步驟，節(jié)約了分析成本，當(dāng)然這種思想在滿足一定的前提下可以代替實(shí)際情況進(jìn)行理論分析。

在模電里所講述的二極管、三極管、集成運(yùn)放等從原理來看都為非線性元件，二極管在電路中可以近似為一個(gè)開關(guān)，三極管在微弱信號(hào)作用的前提時(shí)可以近似為一個(gè)受控電流源，集成運(yùn)放可以近似為一個(gè)增益無窮大、輸入電阻無窮大、輸出電阻為0的理想電壓放大器。這樣在對(duì)集成運(yùn)放特性分析時(shí)就可以用近似的方法、理想化的模型，引出模電中重要知識(shí)點(diǎn)“虛斷”和“虛短”的概念。

當(dāng)然在理論講解時(shí)結(jié)合這種近似的工程思想是為了便于分析，具體在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、實(shí)物搭建時(shí)還要考慮電路的工作環(huán)境，例如溫度、濕度、噪聲等。

（三）轉(zhuǎn)變授課方式，可以采用項(xiàng)目式、翻轉(zhuǎn)課堂式的授課模式

模電是一門實(shí)踐性、趣味性很強(qiáng)的課程。在生活中的LED照明，教師上課所用的擴(kuò)音器、收音機(jī)等都屬于模電的范疇。在授課過程中，傳統(tǒng)的滿堂灌的授課模式不適用該課程的講解，如果一味枯燥地講解知識(shí)點(diǎn)、大量的理論推導(dǎo)，必然讓學(xué)生寡然無味，應(yīng)讓學(xué)生帶著任務(wù)進(jìn)行理論學(xué)習(xí)。例如在學(xué)期之初引導(dǎo)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，確定課程目標(biāo)。在后續(xù)課程教學(xué)中可以適當(dāng)調(diào)整理論與實(shí)踐學(xué)時(shí)分布，增大學(xué)生自己練習(xí)課時(shí)。在課程教學(xué)過程中，根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度，給學(xué)生布置相應(yīng)的任務(wù)，加強(qiáng)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，深化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科研精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力。在綜合學(xué)生模電教學(xué)內(nèi)容、技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)和學(xué)生動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上可以給學(xué)生分組布置實(shí)踐任務(wù)。在實(shí)物制作過程中，讓學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)物進(jìn)行相關(guān)資料的查閱、理論的重構(gòu)，在課堂上讓學(xué)生結(jié)合實(shí)物對(duì)原理進(jìn)行講解。把課堂交給學(xué)生，教師主要起到答疑解惑、監(jiān)督、重難點(diǎn)綜述等作用。

三、重構(gòu)考核方式，注重過程考核

據(jù)調(diào)查，模電課程在大多數(shù)高校機(jī)制專業(yè)都設(shè)置為考試課，即期末要通過考試，期末成績(jī)來作為該課程通過的依據(jù)。考試的目的只是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程中重要知識(shí)點(diǎn)掌握的熟練程度，促進(jìn)學(xué)生查漏補(bǔ)缺。但對(duì)于模電這門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，僅僅靠期末的一張?jiān)嚲韥砗饬繉W(xué)生的能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生試卷分值高分，但在實(shí)物搭建時(shí)畏手畏腳的情況。所以，在對(duì)該課程考核方式進(jìn)行探索中總結(jié)出應(yīng)綜合學(xué)生期末試卷成績(jī)、平時(shí)練習(xí)成績(jī)和實(shí)物作品制作能力等進(jìn)行評(píng)價(jià)，形成模電課程考核評(píng)價(jià)的新方法。試卷和平時(shí)的練習(xí)能夠反映學(xué)生對(duì)課堂所講述的理論知識(shí)掌握程度；實(shí)物作品的制作反映的是學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，考查學(xué)生把理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力、分析問題和解決問題的能力。另外在實(shí)物制作一般是小組合作，培養(yǎng)了學(xué)生表達(dá)溝通能力和團(tuán)隊(duì)精神。