前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇電子電路基礎學習范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
關鍵詞:CDIO;電子電路技術與實驗;改革;實踐
作者簡介:周童(1981-),男,江蘇南通人,南通大學電子信息學院,講師;周晶(1976-),女,江蘇南通人,南通大學電子信息學院,講師。(江蘇 南通 226019)
基金項目:本文系南通大學教學研究課題(課題編號:2011B43)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)27-0117-02
CDIO(Conceive Design Implement Operate)[1]教育理念近年來在國際工程教育界十分流行,它的基本方法是以工程產品的研發到實際產品運行這一過程為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO的培養大綱將工程畢業生應具備的能力按工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力這四個層面加以劃分,大綱要求通過綜合培養的方式使學生在這四個層面上均衡地達到預定培養目標。
自2003年,周立功教授在江西理工大學首次以3+1教育模式率先開展了CDIO性質的教育試點以來,已經過去十個年頭了。其間,中國教育部多次組織會議與國內外著名高校的專家學者討論了中國進行工程教育改革的緊迫性與必要性,并制訂了一些工程教育改革方案。迄今為止,國內已有近四十所高校先后被定為CDIO教育模式的研究與實踐試點單位,并均已獲得不同程度的教育成果。
一、關于“電子電路技術與實驗”
1.課程的基本設置
“電子電路技術與實驗”是南通大學(以下簡稱“我?!保┯嬎銠C科學與技術學院下計算機科學與技術、軟件工程和網絡工程專業的一門十分重要的專業基礎課,由電路基礎和模擬電子技術綜合而成。原先的課程設置與課時分配如下:電路基礎部分共10章40學時,模擬電子技術部分共10章40學時,實驗部分共4次試驗16學時,總共96學時,其中實驗部分安排在期末進行。教材的使用情況為:電路部分使用普通高等教育“十五”國家級規劃教材《電路》第5版,模擬電子技術部分使用面向21世紀課程教材《電子技術基礎——模擬部分(第五版)》。
學生的期末總評成績按平時表現30%,期末考試70%的比例計算,期末考試為閉卷筆試,實驗部分不計入最終的總評成績評定。
2.課程存在的問題
從前幾輪的教學情況來看,筆者認為我校該課程在改革前存在以下問題:
(1)教材選取并不十分合適?!峨娐贰泛汀峨娮蛹夹g基礎——模擬部分》這兩本教材內容廣泛、講解詳盡、思維縝密,對于電類專業的學生而言十分合適。但是,對于總共只有80學時的“電子電路技術與實驗”而言,這兩本教材的內容顯然太多、太細、太深,結果只能是某些大章被舍棄不講,而保留的大章中也要對其中的小節有所取舍。即便如此,每一大章所能分得的平均學時數也只有4個學時,老師講解得很匆忙,學生聽起來也吃力。如此大量地削減書本中原有的知識點,會給學生的自學增加難度,多數有課前預習和課后復習習慣的學生都反映因知識不連貫造成了理解上的困難。
(2)電路基礎部分的講授過程過于抽象。電路基礎部分是“電子電路技術與實驗”課程中最先講解的部分,從電路模型開始講到頻率響應,前后涉及10個大章。其中絕大部分都是在做電路的等效變換和相關的數學計算,講授過程也是按傳統的順序講解。對于電類的學生而言,他們有整個學期的時間去不斷實踐和強化相關的知識。然而,對于憧憬著自己未來成為計算機硬、軟件或者網絡技術方面人才的計算機專業的學生而言,大學里第一門專業基礎課就如此抽象、枯燥,而且里面的知識似乎也跟計算機沒什么太大聯系,多數的學生都表現出了反感和厭學的情緒,從而直接影響了后續的模電部分的學習。
(3)模擬電子技術部分的講授內容過多。從現有教學大綱來看,《電子技術基礎——模擬部分》教材中除了最后一章SPICE輔助分析設計不講以外,其余大章基本一個不落。這些內容雖然都有實際的器件和實用電路作為支撐,但由于電路結構多變,設計參數眾多,計算過程繁瑣,對于之前已經對該課程產生了厭惡情緒的學生來說,更繁更難的模電內容無疑是雪上加霜。而對于有較好學習方法的學生,要在短時間內掌握如此多的內容,也是不小的挑戰。
(4)實驗部分安排不合理。實驗課安排在學期末進行,時間上跟理論課脫節,往往是做實驗的時候,相關的理論知識已經遺忘殆盡了;同時,實驗部分不計入最終的總評成績評定,這就使得實踐環節的重要性再次降低,學生根本不認真對待。
(5)考核方式與工程教育的理念不相符合。傳統的閉卷筆試,以各自獨立的分析計算題為主,配以選擇、填空題。學生為了通過考試而海量做題,整個課程學完,學生說不出學過什么,學的知識有什么用,當然也就無法應用于實際的工程實踐。
二、基于CDIO的課程改革構想
對“電子電路技術與實驗”課程引入CDIO教育模式進行改革,主要是為了增強學生電子電路技術的興趣度、認知度和實踐能力。從電路的宏觀功能入手,對項目的組成模塊逐一分解,各個擊破,讓學生從“做中學”。筆者在研究了相關課程[2,3]的改革思想之后,針對本課程的CDIO模式改革提出了以下構想:
1.選用更合適的教材
針對之前的教材理論性強、內容多的問題,我校反復比較,仔細斟酌,選擇了“十一五”國家教材《電路與模擬電子技術(第二版)》一書。該書專門針對計算機專業的學生編寫,壓縮了傳統教材中電路基礎部分,重新整合了模電部分,更加適合計算機專業這樣既需要較熟練地掌握電工電子技術的方法而又不要求作深入研究的學生使用。
2.適當改變授課順序
以往的授課順序都是自下而上,這樣雖然起步時較為輕松,但對于現學的知識在整個課程體系中的作用,學生幾乎都是一頭霧水。建議可以從一個具有綜合性但又不太復雜的實際系統入手,反過來自上而下地講解相關知識點。例如通過單相小功率直流穩壓電源,用圖1的講解方式逐漸引出各個相關的知識點。
3.弱化電路基礎與模擬電子技術之間的課程界線
采用圖1的講解方式之后,電路基礎和模電中各自的知識點不再涇渭分明,而是需要什么就講什么。實際器件、電路和抽象的定理、方法互相穿插,相互支撐,可以降低學生學習的疲勞度,激發學習的興趣和信心。
4.實驗課程的改革
增加實驗課的課時量,將實驗課平行于理論課進行,甚至可以直接進入理論課的教學環節。實驗內容的選取須緊密結合理論課內容,借助EWB或者SPICE仿真軟件,在理論課堂上就可以直接向學生展示電路的仿真原理圖和結果。同樣,某些理論課上的知識點也可以在實驗課上通過實驗的方式提出并呈現給學生。另一方面,實驗課不能局限于軟件仿真,應該在條件允許的情況下多進行實物實驗,通過在面包板上搭建實物電路并運行,不僅鍛煉了學生個人操作能力,還能培養其人際團隊合作能力。
5.考核方式的改革
純粹的理論閉卷筆試必須被理論結合實踐的考核方式所替代。建議只把最基本的理論分析和計算作為筆試內容,如電阻電路的基本分析方法和定理,基本共射極放大電路的計算等。實踐考試則以在規定時間內,按小組劃分,完成隨機抽取的項目設計題的方式進行。實踐考試中允許翻閱相關資料或在組內互相討論。實踐部分的評分方式可以參考模糊層次分析法,[4,5]按成果、口試和團隊三個方面綜合評分。最終的考核成績中,理論筆試占50%,實踐考試占40%,平時表現占10%。
三、已實施的改革步驟
由于得到我校教學研究課題的基金支持,“電子電路技術與實驗”課程的CDIO模式改革已經初見成效:
第一,在更換教材的同時,重新分配了電路基礎與模電部分所占的課時比例,增加了實驗課的課時量。電路基礎調整為28學時,模擬電子技術為36學時,實驗32學時??紤]到原先的課后作業多有抄襲現象發生,現將平時作業從課后作業改為課堂練習,題目也精選極具代表性的題型。
第二,理論課內容進一步精簡。新教材的理論內容已經較原來的教材有所壓縮,但由于課時所限,有些知識點在實際授課時必須做弱化處理。例如二極管、三極管和運算放大器只強調外特性而不細究內部工作原理,交流電路只涉及單相正弦穩態電路的一般分析而對三相電路和相量圖分析法不做要求。
第三,實驗課不再放到學期末進行,而是有機地穿插在理論課當中。在某些理論課的授課過程中加入SPICE軟件的仿真演示,很好地提高了學生對抽象知識點的認知度,提高了學習積極性,降低了思維疲勞度。在實驗機房中完成的實驗課,則讓學生自愿組合成固定的實驗小組,一般3至5人一組,每個人選取大項目中不同子項目進行設計與實驗。
第四,期末考核方式由原先的閉卷筆試改為筆試和實踐相結合。筆試部分只占總評成績的50%,主要是考查學生最基本的概念和基礎的分析與計算。實踐能力考核占總評的40%,考核時依然以平時實驗課的實驗小組為單位,完成當場抽取的設計項目,最終按子項目的難易程度與完成度評出個人能力成績,按大項目的完成度及優劣評出人際團隊能力成績。平時表現占10%,包括理論課上課堂練習完成的情況和實驗課上口頭問答的情況。
四、結束語
CDIO是一種先進的教育模式,本文將CDIO理念引入到“電子電路技術與實驗”課程中,在教學理念、教學手段和考核方式等方面提出了改革構想,并在校教學研究課題基金的支持下完成了部分改革,取得了一定的效果。同時,也為近電類專業中的電類課程的改革提供了新的思路。
參考文獻:
[1]Edward Crawley,Johan Malmqvist,Soren Ostlund,等.Rethinking Engi-
neering Education:The CDIO Approach [M].Berlin:Springer-Verlag,2007.
[2]張國平,付貴陽,馬永力.基于CDIO教育模式的電路課程教學研究與實踐[J].中國電力教育,2010,(22):93-94.
[3]王照平,李文方,王玉巧,等.基于CDIO模式的《模擬電子技術》課程改革與實踐[J].電子測試,2013,(3):198-199.
[4]唐有文.模糊層次分析法[J].青海師范大學學報(自然科學版),
關鍵詞:電子信息;專業課程;模擬電子技術
1 模擬電子技術基礎課程的特點
模擬電子技術基礎,又稱為電子技術基礎模擬部分,與數字電子技術一起統稱為電子技術基礎。是面向電子信息學科的專業基礎必修課。該課程的特點包括:重要性,模擬電子技術是現代化重中之重的技術;非線性,電子放大器是一種非線性元件,需要用非線性分析方法(圖解法、微變等效近似等);工程性,在足夠精確的情況下,為了計算方便,常用近似來化簡;微觀性,深入到原子電子級分析問題;實踐性很強,動手性很強,需要很好的實踐,不實踐學不好;復雜性,易受多種因素影響,如溫度,隨機性,光照等等影響,參數宜變,參數分散等增加了該課程內容的復雜程度;基礎性,是后續電子類課程的基礎,也是電子信息類專業考研的課程之一;主干性,是電子信息類本科專業的主干專業課程。本課核心是電子放大器,該課程主要就是講放大。
模擬電子技術基礎課程的基本概念、基本分析方法已經滲透到了各行各業各個領域。包括廣播通信:發射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機等;互聯網絡:路由器、ATM交換機、收發器、調制解調器等;工業領域:鋼鐵、石油化工、機加工、數控機床等;交通方面:飛機、火車、輪船、汽車等;軍事領域:雷達、電子導航等;航空航天領域:衛星定位、監測;醫學領域:γ刀、CT、B超、微創手術等;消費類電子領域:家電(空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表)、電子玩具、各類報警器、保安系統等。電子技術的發展,推動計算機技術的發展,使之“無孔不入”,應用廣泛。
模擬電子技術基礎課程的學習使學生牢固掌握模擬電子電路系統的分析能力和集成電路的創新設計能力,掌握模擬電子信號和系統的基本原理及基本分析方法,深入理解模擬電子電路系統的各個組成部分的基本原理,掌握應用所學典型模擬電子系統解決信號分析問題的方法,掌握集成電路的設計原理和實現方法。為學生進一步學習有關信息、通信方面的課程和今后的科研工作打下良好的理論基礎。
2 模擬電子技術基礎課程的先修課程
模擬電子技術基礎課程的先修課程有《高等數學》、《大學物理》和《電路分析基礎》,其中最重要的也是銜接最緊密的一門課程就是――《電路分析基礎》。簡單來說可以將電路分析基礎和模擬電子技術基礎歸為同一類專業課程,從內容上看,《電路分析基礎》主要讓學生掌握電子電路分析的基本能力,而《模擬電子技術基礎》課程則是學習對模擬信號的處理分析,從模擬電子系統的各個組成部分出發,分別學習各種典型的模擬電子電路,給學生建立起模擬系統的基本構架,為后續深入學習信號與系統的分析能力打好基礎。
模擬電子技術基礎課程在《電路分析基礎》學習的基礎上,分別從微觀和宏觀探討模擬電子電路系統的各個方面。微觀深入到電子原子級,討論半導體材料的神奇,進而分析二極管、三極管和場效應管在微觀領域,內部載流子運動的情況,從而讓學生深入體會半導體器件的奇妙之處。宏觀上從集成電路出發,理解集成電路的奧妙,小到微觀電子原子級,大到模擬系統及大型集成電路的設計。學習模擬電子技術基礎課程之后,學生有了系統的概念,信號處理的概念,在此基礎上再進行數字電子技術的學習,學生更能理解和接受,電路分析基礎和模擬電子技術基礎兩門課雖然內容不同,各有側重點,但很多分析方法、理論公式都環環相扣,所以可以進行對比學習,提高學習效率。
3 模擬電子技術基礎課程設置知識要求
模擬電子技術基礎課程是電子信息專業本科生的專業基礎主干必修課程,它具有自身的體系,是理論性、實踐性都很強的課程,是學習很多后續專業課的基礎。為今后深入學習電子技術在專業中的應用(例如在《信號與系統》、《數字信號處理》、《通信與系統》、《通信原理》、《嵌入式系統理論及實踐》等后續專業課程中的應用)打好基礎,為學生建立系統分析的概念,培養學生自主分析問題和解決問題的能力,幫助學生成功的從中學階段對電壓電流的具體求解,過渡到本科階段自主進行信號與系統的分析能力的培養。
4 模擬電子技術基礎課程設置能力要求
模擬電子技術基礎課程設置能力要求以理論基礎和實踐操作相結合,既保證嚴謹的理論體系,又結合工程實踐的特點。通過模擬電子技術基礎課程的學習,應能具備模擬電子電路的系統分析能力、大型集成電路系統的分析計算能力、簡單的集成電路設計能力,以及電子技術系統相關專業知識的自學能力。
5 模擬電子技術基礎課程達成目標要求
通過模擬電子技術基礎課程的學習,掌握模擬電子系統的各個部分,包括電子電路系統與信號、半導體二極管及其基本電路、半導體三極管及放大電路基礎、場效應管放大電路及其應用、功率放大電路、集成電路的組成原則、集成電路運算放大器、反饋放大電路、信號的運算與處理電路、信號產生電路、直流穩壓電源等典型模擬電子電路系統的分析計算能力及基本集成電路系統的設計能力,培養學生分析問題和解決問題的自主學習能力;學會用所學的典型模擬電子電路系統自主創新設計完整的模擬集成電路系統,輔助實現模擬電子電路系統的各種基本功能;能借助實際電子電路實驗箱和軟件模擬仿真,實現不同類型模擬電路系統的功能,通過實驗環節操作訓練具備處理實際工作問題的相關專業技能,理論與實踐相結合,更好的理解模擬電子技術這門學科的專業知識,為后續專業課程打好基礎。
6 教學方法建議
和眾多電子信息類專業基礎課一樣,模擬電子技術基礎課程以理論講授與實踐操作相結合,理論部分也是以教師講授為主,課程內容繁多,有時候為了在有限的學時內完成全部的課程內容講授,很多教師會全程進行講授,學生被動的接受知識,猶如過眼云煙,沒有足夠的消化理解相關知識點的時間,真正理解領會的知識點非常有限,不懂的內容還需要教師花更多的時間來反復講解,其實這樣的教學模式,教師辛苦不說,教學效果還會極差。理論部分的講授應該著重抓課前預習及課后復習,上課前十分鐘用來對前一次課的內容及要求預習的內容做提問,以這種方式督促學生進行課前預習和課后復習,對知識點進行鞏固。
綜上所述,《模擬電子技術基礎》這門課程對電子信息類專業的本科生非常重要,另外電子信息類本科專業基礎課程還有很多,不僅僅是模擬電子技術基礎,每門不同的專業課程都有其特點和用途,學生只要從宏觀的角度,理解其中的關聯性和銜接性,教師也可適當讓學生了解每門課程設置的知識要求、課程設置的能力要求,以及課程的達成目標要求等,只為每一位學生能學好每一門專業課,真正具備電子信息的相關專業技能。
參考文獻
[1]童詩白,華成英.模擬電子技術基礎(第四版)[M].高等教育出版社.
[關鍵詞]通信電子電路;教學改革;教學方法;教學內容
[中圖分類號]G642
[文獻標識碼]A
[文章編號]2095-3712(2014)28-0059-03
[基金項目]本文系廣西高等教育教學改革工程項目(2013JGZ128)的研究成果。
[作者簡介]陳冬梅(1976―),女,湖北荊門人,碩士,桂林電子科技大學信息與通信學院副教授,研究方向:無線通信,通信網絡。
通信電子電路是通信工程、電子信息工程、電子科學與技術等專業中的一門重要的專業基礎課,也是一門理論性、工程性和實踐性很強的專業基礎課。它主要研究模擬通信系統中一些基本單元電路的組成、工作原理及功能、基本分析方法和工程計算方法,強調電路結構和單元電路的模型化。[1]通過學習這門課程,學生可以初步具備通信系統的設計和安裝技能,并能使用電子儀器進行調整和測試,為以后專業課的學習打下基礎。本文根據多年的教學實踐,分析該課程教學現狀,探索教學改革。
一、課程教學現狀
(一)教學內容多,課時少
根據學校的教學改革要求,通信電子電路課程的課時被壓縮,造成教學內容多與教學課時少的矛盾。[2]同時,先修課程所接觸的電路基本上都是線性電路,而本課程涉及的電路是非線性電路,因此教師教得費力,學生學得吃力。
(二)與先修課程、后續課程聯系密切
通信電子電路的先修課程有高等數學、大學物理、電路分析基礎、模擬電子技術、信號與系統等,后續課程有通信原理、現代移動通信系統等,因此它是一門承前啟后的課程。[3]
(三)理論教學與實踐教學的脫節
理論教學中介紹的電路多是分立元件電路且沒考慮實際電路的高頻效應,學生在課堂上很少接觸實際的電子產品及電路,實踐教學多以驗證實驗為主,缺少創新性和自主性。[4]
(四)理論教學和集成電路學科發展差距大
理論教學仍以較為經典的分立元件電路的內容為主,這與集成電路學科發展的差距較大,造成學生所學與所用脫節,學而無用的現狀,也就是說,學生在學習本門課程之后難以設計出實用的高頻、射頻電路,甚至連相關的文獻資料也看不懂。
二、教學改革的探索
針對上述教學現狀,本文對通信電子電路課程教學改革進行了如下探索:
(一)修改教學大綱,精簡教學內容
隨著通信技術和集成電路技術的飛速發展,電路的集成度越來越高,通信電子電路的課程教學大綱和教學內容要順應時代潮流不斷更新,刪除、縮減一些陳舊的教學內容,比如丙類倍頻器、二極管調幅電路等,增加一些新技術的介紹和典型的集成電路模塊,比如鎖相環倍頻器、集成模擬乘法器調幅電路等。除此之外,相似內容避免重復講,比如幅度調制、乘積型同步檢波、混頻器等電路的核心器件都是相乘器,只需要詳細介紹首先接觸到的幅度調制電路選用什么樣的相乘器來實現以及相乘器工作原理,后兩種電路中的相乘器介紹即可忽略。
(二)改進教學方法,實現本課程的承前啟后
由于通信電子電路課程是一門承前啟后的專業基礎課,所以理論教學過程中要采用適當的教學法。
1.移植教學法引導學生“承前”
案例一:LC選頻回路。
教學過程中,采用如下步驟進行:
(1)LC選頻回路是線性元件電感、電容、電阻等組成的電路,因此它是一個線性系統。
(2)接著,讓學生回憶信號與系統課程中線性系統的常用分析方法,即頻域分析法,將信號與系統中的頻域分析法移植到LC選頻回路的分析中,從系統傳輸函數的幅頻特性和相頻特性兩個方面來分析LC選頻回路的選頻效果。
案例二:正弦波振蕩電路。
移植教學法可以不斷提出問題讓學生思考。教學過程中,采用如下步驟進行:
(1)設問:正弦波振蕩電路是線性電路還是非線性電路?(是典型的非線性電路)這種非線性系統采用什么分析方法――圖解法、冪級數分析法等?由于正弦波振蕩電路在起振初期的信號是小信號,所以可以將正弦波振蕩電路看作是一個近似的線性電路,采用模擬電子技術課程中微變等效電路分析方法來分析其振蕩條件的滿足。
(2)在微變等效電路分析的基礎上推導振蕩條件、振蕩頻率等。教學過程采用這種移植教學法給學生不斷設問,引導學生思考問題,這樣學生很容易接受陌生的教學內容,也能學會分析問題、解決問題的方法,也會明白學以致用的道理。
2.對比教學法引導學生“承前啟后”
下面分別通過案例一說明如何采用對比教學法“承前”,通過案例二說明如何采用對比教學法“啟后”。
案例一:高頻小信號調諧放大器。
模擬電子技術中介紹過低頻放大器,通信電子電路介紹高頻小信號調諧放大器,如圖1所示。這兩者的共同點是都屬于電壓放大器,可以采用對比教學法分析高頻小信號調諧放大器的性能,過程如下:
圖1 高頻小信號調諧放大器
(1)對比電路結構的不同。教學過程中可通過設問來比較兩者的電路結構的不同。不同點之一:低頻放大器的輸入信號形式通常采用阻容耦合方式,高頻放大器采用變壓器耦合方式。不同點之二:低頻放大器的負載是電阻,高頻放大器負載是LC選頻回路。
(2)分析步驟的異同點。分析步驟的異同點如表1所示。高頻小信號放大器的分析部需要低頻放大器的步驟一。因為低頻放大器的微變等效電路采用H參數,H參數與放大器的靜態工作點參數有關,而高頻小信號放大器的微變等效電路采用Y參數,Y參數與放大器的靜態工作點參數無關,所以忽略此步驟。接下來的步驟二是類似的,但是這部分學生往往對電容電感的處理感到棘手,教學中常用黑板板書列出電容電感元件處理方法的不同,如表2所示。步驟三是類似的,只不過分別采用H參數,Y參數微變等效電路。步驟四也是類似的,性能指標的計算有所不同而已。若采用這種對比教學法的話,學生能輕而易舉地掌握高頻小信號放大器的分析方法。
案例二:幅度調制、頻率調制和相位調制。
本課程中介紹的三種調制方式都屬于模擬調制方式,雖然模擬調制系統在現今通信中不大常用,但是模擬調制是后續課通信原理中模擬調制、數字調制的分析基礎。兩門課程都會介紹模擬調制,但是側重點和分析內容不同,因此可以采用對比教學法來“啟后”。比如,通信電子電路著重介紹調制信號是單頻信號情況下的三種模擬調制原理及電路形成,而通信原理著重介紹調制信號是帶限信號情況下的三種模擬調制原理及相應的模擬調制系統的性能分析,系統性能分將會有助于課程設計和畢業設計中如何選擇一個合適的調制方式來實現通信。
(三)加強實踐教學,以賽促學
實踐教學是理論教學的重要輔助部分,也是提高教學質量的重要手段之一。對于通信電子電路課程來說實踐教學尤為重要。
首先要合理安排實驗內容,減少驗證性實驗,多讓學生的動手設計部分電路或改進部分實驗電路,這樣既能加強對理論知識的理解,又能鍛煉學生的動手能力。
其次要加強課程設計,豐富課程設計內容。針對學生的個人特點,課程設計可以設定為軟件仿真類、硬件設計類課程設計,硬件設計類的課程設計也不一定要學生設計一個全新的通信系統,可以試著用學過的理論知識來改進現有電路以實現一個新的功能。
最后還要以賽促學,調動學生學習本門課程的積極性。教學過程中可以將全國電子設計大賽和廣西電子設計大賽與本課程教學內容密切結合,課堂上適當介紹本學科的發展前沿,推動本課程的課程教學、教學改革等,激發學生的學習興趣。我校的科協和創新基地等為學生提供了動手的平臺,學生參加各類電子類大賽成績斐然,很好地激發了學生的學習熱情。[5]
(四)充分運用多媒體和仿真軟件
在信息時代的大環境下,多媒體教學已成為一種趨勢。多媒體教學融入文本、電路圖、框圖、動畫等元素,使抽象的內容形象化、生動化,學生容易理解和接受。比如在講解高頻小信號調諧放大器時,通過多媒體動畫演示,引導學生思考下一個要分析的問題是什么。
另外,將仿真軟件Multisim引入到課堂教學,相當于將實驗室搬到課堂中,利用強大的虛擬儀器儀表功能對講授的單元電路進行仿真實驗,這樣可以加深學生對電路功能的理解,使教學內容更加直觀。
三、結束語
本文針對通信電子電路的教學現狀,對教學方法進行了探索,通過具體的教學案例重點介紹了如何實施移植教學法和對比教學法??傊诮虒W過程中,只有不斷進行教學方法的改進才能取得好的教學效果,激發學生的學習興趣,培養學生的動手能力。
參考文獻:
[1] 王衛東,陳冬梅,胡煜.高頻電子電路[M].第3版.北京:電子工業出版社,2014.
[2] 陳冬梅,周勝源.Multisim 8軟件在通信電子電路課程教學中的應用[J].桂林電子科技大學學報,2009(4):317-320.
[3] 李士軍,宮鶴,徐艷蕾.“高頻電子線路”教學研究[J].長春理工大學學報,2012(8):201-202.
【關鍵詞】高職 電子技術課程 教學 改進
【中圖分類號】G【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2013)10C-
0147-02
電子技術是高職電子、通信等涉電專業的基礎課程,課程一般在一年級開設,是學生邁入專業學習的第一步,為后續專業課程學習奠定電子方面的知識、技能基礎。電子技術與先修的電路基礎、高等數學等課程緊密聯系,學習起來相對困難。而且高職高專屬于大專教育層次,學生的入學成績普遍較低,基礎較差,在高職教育學習過程中,很多學生出現上課不聽、課后不做、動手不會等不愿學習的現象。而高職院校的目標是培養高素質技能型人才。因此,電子技術課程教學應根據學生的具體情況并結合各專業自身特點和需求,改進教學模式,進行模塊化教學,以激發學生學習的積極性。此外,還應突出實踐教學,增加實踐學時,改進實踐教學內容,鍛煉和培養學生的電子實踐能力,掌握高素質技能型人才所必須具備的電子基本知識、技能。本文以柳州鐵道職業技術學院為例,對高職電子技術課程教學改進進行探討。
一、進行模塊化教學
高職電子技術課程包括模擬電路和數字電路兩大部分,具有內容多、范圍廣、理論較深、實踐性較強等特點,模擬電路相對復雜,比較抽象,如多級放大電路,而數字電路的邏輯性較強,對學生來說,學習電子技術課程有一定的難度。根據高職學生的特點及培養目標,高職電子技術課程教學應本著“淡化理論、夠用為度、培養技能、重在應用”的原則,教學中以定性解釋為主,定量計算為輔,著重了解各器件的基本功能,掌握電路的分析方法,簡化數學推導、計算。在具體教學實施過程中,將相關聯的知識放在同一模塊中,嘗試進行模塊化教學。模擬電路部分分為二極管電路、晶體管電路、集成運算放大器電路和負反饋電路等模塊,數字電路部分分為基本邏輯門電路、組合邏輯電路和時序邏輯電路等模塊,改變以往按章節順序教學的傳統模式,這樣,條理更清楚,知識結構更完整,更有利于學生學習、掌握電子技術課程。值得一提的是,課前,教師應詳細了解上課班級的學生的基本情況,了解學生對電路基礎等課程的掌握程度。如筆者曾經教過通信技術班,該班女生較多且有部分學生是文科生,文科生、女生普遍對電路心存恐懼。因此,在電子教學內容選取時盡量選取易懂、易學且后續專業課程所需的必備知識。
如進行二極管電路模塊教學時,按以下思路進行教學:一是二極管的結構。講課時,由生活中常見的廣告牌、霓虹燈、交通紅綠燈等由什么構成引入,學生討論后,教師簡要說明其工作過程,從而吸引學生的注意力。再展示普通二極管、發光二極管等元器件,讓學生有一個感性認識,了解各種二極管的形狀、外形結構,讓學生感覺到課程與生活緊密相連,消除學習疑慮,對二極管產生興趣。待學生情緒調動起來后,講解具體構成,說明二極管實質上就是一個PN結,再補充講解P型半導體、N型半導體及半導體(硅和鍺)的相關知識。
二是二極管的特性。在了解二極管組成的基礎上,先進行簡單實驗演示,用萬用表測試二極管的導電性能。演示時,讓學生協助完成,分別給發光二極管加正向和反向電壓,發光二極管就會亮或不亮,這時學生的好奇心被觸發,學習興趣更濃,求知欲望也會被激發,且在教學演示過程中,學生參與其中,學習積極性更高。再結合PN結分析二極管的單向導電性,介紹二極管的主要參數如導通電壓等。這樣,課堂氣氛更活躍,授課過程也不會顯得枯燥乏味,學生樂在其中,學習更輕松,效率更高,更容易理解并掌握二極管的工作特性。
三是二極管判別。利用萬用表結合二極管的單向導電性判別二極管的正負極,鑒定其優劣。學生測試前,教師先講解并進行示范,注意指針式萬用表與數字萬用表的區別,再留時間給學生多次練習并加以指導,鍛煉學生的動手能力,要求學生熟練掌握二極管正負極以及優劣的判斷方法。
四是二極管簡單應用。講授時,借助Multisim電路仿真軟件建立開關、限幅、鉗位、檢波等二極管應用電路,利用虛擬示波器,學生就可觀察各種電路的工作過程,進而了解二極管的不同功用。再簡要講解、分析各電路的工作原理,說明二極管的功能、作用。利用現代教育技術進行教學,將復雜的電路工作過程直觀化,消除電路的抽象感,利于學生理解、接受。
五是整流電路。講授時,利用Multisim模擬連接單相半波整流、全波整流、三相橋式整流電路,進行設置參數,借助虛擬示波器,學生就可以直觀地觀察到半波整流、全波整流的輸出波形,比較兩者之間的異同,學生對各種整流電路就會有一個直觀的了解,再分析整流原理,講解二極管在整流過程的作用。
六是直流穩壓電源。在整流電路的基礎上,結合濾波電路和穩壓電路,利用Multisim模擬連接一個完整的直流穩壓電源電路,利用虛擬示波器進行調試,調試過程中,也可人為設置一些故障如二極管反接,以培養學生的電路故障排除能力,提高學生對電子電路的理解。如果條件許可,還可以要求學生在實驗箱上實現電路的連接,或做出實際產品,進一步提高電子電路實踐技能。
這樣,將相關聯的知識放在同一個模塊中進行教學,由簡入繁,從易到難,逐步提高,靈活采用適宜的教學模式、方法,利用多種教學手段,營造輕松活躍的課堂氛圍,觸發學生的好奇心,激發學習興趣,調動學習積極性,聯系實際,教學效果明顯改善,提高了教學質量。
二、突出實踐教學
高職院校的目標是培養高素質技能型人才,這就要求高職教育階段要突出實踐教學。在電子技術課程教學中,應著重鍛煉學生的電路認知連接能力,提高學生的電子電路故障分析處理能力,培養學生的電路設計能力,培育學生的職業素養。
由于先修了電路基礎課程,進行了相應的實驗、實訓教學,學生有了一定的實踐技能基礎,但很脆弱。而且電子技術課程中電路的元器件更多,電路更復雜,對高職學生來說難度更大,特別是數字電路部分,邏輯性較強,對高職學生的要求也就更高。
高職電子實踐教學包括實驗、實訓教學,根據高職學生的實際情況,電子實驗、實訓教學應遵循循序漸進的原則,由淺入深,逐步加大實踐教學的難度。為使學生有更多的機會鍛煉動手能力,應調整教學計劃,增加實驗教學學時,因此,柳州鐵道職業技術學院通信技術專業的電子技術課程由10學時增加到20學時。
“集成邏輯門”實驗是學生進行的第一個數字電路方面的實驗。應先簡單介紹數字實驗箱的相關情況,讓學生明白數字電路與模擬電路實驗的區別。再逐一介紹74LS00、74LS10、74LS20等集成與非門的各引腳功能,強調芯片的放置方向及電源、接地和閑置引腳的連接方式等注意事項。接著逐一測試各邏輯門的邏輯功能。第一次進行數字電路連接,教師應親自示范,詳細講解接線的步驟,這樣學生更容易入門并多加練習,掌握電路連接的方法,其他后續電路接線就可舉一反三了。電路連接好后,示范邏輯功能測試過程,詳細說明邏輯輸入(邏輯電平開關)和輸出(邏輯電平指示燈)的操作方法及所表示的含義。應讓學生多次規范測試,培養學生良好的操作意識,使學生熟練掌握測試的方法。在完成邏輯功能測試后,為進一步熟悉和提升數字電路實踐能力,通過邏輯變換,由與非門實現基本邏輯與、或、非功能,畫出電路圖并在實驗箱上進行電路連接并驗證起功能。在學生進行實驗的過程中,教師應巡視答疑,及時鼓勵學生,給予學生正方向的心理暗示,幫助學生樹立信心,這樣,學生就會更積極主動地學習,學生的動手實踐能力得到鍛煉,職業技能也會逐步提升。
為進一步錘煉學生的動手實踐能力,結合專業技能需求,柳州鐵道職業技術學院還在不同專業開設不一樣的綜合性電子實訓教學。如在電氣自動化專業的模擬電子技術課程后開設電子基本技能實訓課程,進行為期一周的調幅收音機的安裝、調試實訓。通過實訓,學生進一步掌握電子器件的識別及檢驗方法,鍛煉復雜電路的讀圖、分析能力,學會三極管靜態工作點的測試方法,了解三極管電路的信號放大過程,了解收音機的工作原理,掌握電路故障處理的方法。調試好的收音機可豐富學生的課余生活,讓學生感受到學習所帶來的愉悅,讓學生樂于學習,勤于動手,體會到學有所用。此外,在移動通信專業的電子技術課程后開設對講機組裝與維修實訓課程,進行為期兩周的調頻收音對講機的組裝、維修實訓。通過實訓,學生進一步熟悉二極管、晶體管、電容等電子器件的判別測試方法,掌握對講機的工作原理,熟悉對講機的維修方法、步驟,掌握電路故障分析、處理方法。調試好的對講機可用來收聽新聞,也方便同學間的短距離聯系。通過實踐教學,將抽象的電子知識具體化,變成實際可用的電子產品,學生也就會更愿意學習、更主動實踐,職業技能就會提升得更快。
當然,在增加實踐教學學時,加大實踐教學力度的同時,也要適時調整、更新實踐教學內容,改善實驗實訓條件,更新儀器設備,以滿足用人單位及實際工作對高職學生各方面的技能、素質要求。柳州鐵道職業技術學院經過多年的電子技術課程教學實踐,逐步完善教學內容,改進教學方式方法,進行模塊化教學。學生的課堂表現更活躍,學習積極性也更高,課程成績也隨之大幅提高,教學效果大大改觀。
綜上所述,根據課程特點及高職學生的現狀,結合專業需求,柳州鐵道職業技術學院在電子技術課程教學過程中,靈活采用適當的教學方法、教學模式,充分利用各種教學手段,進行模塊化教學,激發學生的學習興趣,讓學生樂于學習,樂在其中,使學生掌握高素質技能型人才所必須具備的電子電路基本知識。此外,突出實踐教學,更新實踐教學內容,提高學生的動手實踐能力和電路認知、故障處理能力,培育學生的電路設計能力,以促進學生職業技能和職業素質的全面提升。
【參考文獻】
[1]謝蘭清.電子應用技術項目教程[M].北京:電子工業出版社,2013
[2]馮燕芳.高職院校實踐教學評價指標體系研究[J].職業技術教育,2012(8)
[3]譚永紅.電子線路實驗進階教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008
電子技術是研究用電子電路對各種電信號進行分析處理的技術,應用面極其廣泛,具有自身的理論和實踐體系?!澳M電子技術基礎”作為電子技術方面入門性質的課程,是電氣、電子信息類等專業本科學生必修的一門技術基礎課。該課程主要介紹半導體器件的基本特性、模擬電路及系統分析和設計的基本理論、基本方法和基本技能。由于半導體器件和模擬電路種類繁多,性能復雜,分析和設計方法具有很強的工程性和實踐性,因此初學者往往感到這門課程很難學,戲稱“模電”為“魔電”。究竟這門課程的學習難在哪?在教學中如何化解這些難點問題,本文結合作者的教學實踐進行了一些探討。
二、模擬電子技術的主要學習難點
(一)元器件特性難理解電子電路是由二極管、三極管等半導體器件和電阻、電容等無源元件組成的實用電路,包含模擬電路和數字電路兩大類。模擬電子技術主要學習模擬電路的分析計算方法,其基本思想是運用線性電路的基本理論和方法,通過求解電路中電壓、電流等物理量,來分析模擬電路的各項性能指標,或確定電路中元器件的參數值。由電路理論我們知道:基爾霍夫電壓電流定律(KVL、KCL)和元器件的電壓電流關系(VAR)是求解電壓、電流的兩個基本出發點。因此模擬電子技術課程首先介紹半導體器件的基本特性及VAR。常用的半導體元器件有二極管、三極管和場效應晶體管等。對器件工作特性的理解,涉及到半導體PN結微觀機理、器件端口非線性VAR、電容效應、主要參數和溫度特性等諸多內容,尤其是三極管和場效應晶體管是三端元件,端與端之間的VAR更加復雜。這些半導體元器件表現出的非線性VAR的復雜性及溫度特性讓初學者感到頭緒亂、難理解。
(二)工程近似方法難適應在接觸模擬電子技術之前,學生被訓練成的思維模式是習慣用精確計算方法分析解決問題。而在模擬電子技術中,常采用工程近似方法,即根據實際情況采用不同的簡化方法分析各種電子電路。近似體現在具體情況具體分析,突出主要矛盾,簡化電路的分析計算模型,這種近似雖然會造成計算精度上的誤差,但可以大大地簡化分析計算的難度和工作量,而且也完全符合實際電子電路的精度要求。在模擬電路的分析計算中,有多種近似處理方法,如基本放大電路的交直流分析,對三極管采用不同的近似模型;運放應用電路的分析,對運放采用理想化的近似;功放電路的功率計算,采用大信號圖解分析對功率管做有效的近似,等等。學生頭腦中本來還沒有這種工程近似分析的思維方式,一下子面對這么多近似化簡的具體情況,容易不知所措,難適應。
(三)交直流的作用和相互影響難想象最基本的模擬電路是放大電路,即對輸入的模擬信號進行放大處理。放大電路也是構成各種功能模擬電路的基本電路。在分析放大電路時,一般用正弦波表示輸入的模擬信號,而電路要起到正常的放大作用,需要加直流電源,以保證電路中的三極管處于放大的狀態,同時還需要設置合適的靜態工作點,以保證能對輸入信號進行不失真的放大。因此在實際的放大電路中,直流電源的作用和交流信號的作用總是共存的,但在分析計算時,往往采用分別計算方式,即在直流等效電路中計算靜態工作點,在交流等效電路中計算動態參數。在這些分析計算中,交直流電壓電流是如何相互影響的?何處體現出了這種影響?對用圖解法定性分析這種影響,學生往往不容易理解。另外模擬電路都是反饋電路,放大電路引入負反饋以改善電路的性能,信號產生器電路引入正反饋以實現振蕩。由于反饋作用,輸出端的電壓電流會影響輸入端的電壓電流,有的只有交流影響,有的只有直流影響,有的交直流影響共存,這種電壓電流相互影響關系使得電路分析計算更加復雜,學生更是難以想象這種作用對電路性能的影響。
(四)基本單元電路種類繁多性能各異難掌握盡管當今電子技術發展日新月異,新的電子產品層出不窮,電路系統的集成度越來越高,功能越來越全,但是構成這些電路系統核心的基本單元電路基本上沒有變化。掌握這些基本單元電路的電路結構,學會分析計算這些電路的性能指標,是模擬電子技術課程的學習目標。模擬電路系統的基本單元電路包括低頻電子電路和高頻電子電路。“模擬電子技術基礎”課程主要涉及低頻電子電路的分析與計算,其中包含了許多基本單元電路,如晶體三極管基本放大電路的三種組態;場效應管放大電路三種組態;功率放大電路;多級放大電路;差分式放大電路;電流源電路;反饋電路;集成運放電路及應用電路;穩壓電路等等。這些單元電路各有其基本的電路結構和性能特點,在分析計算時,考慮的細節問題不同,采用的近似方法也不同。如基本放大電路的作用是不失真地放大微小的輸入信號,采用微變等效電路模型進行分析計算,而功率放大電路的作用是輸出大功率,即在電路的輸出端得到盡量大的輸出電壓和輸出電流,常采用圖解法分析電路的功率問題;為了克服直接耦合多級放大電路的零點漂移問題,采用差分電路結構,等等。這么多的基本電路結構,在分析計算時要考慮的細節和方法,都是與實際需求相關,沒有統一的規律和方法可循,正因如此,學生在學習時往往感覺很凌亂,摸不著頭緒,不容易掌握其核心思想方法,碰到一些實際電路問題就容易不知所措。由于缺乏對實際電路的了解和見識,即便是照葫蘆畫瓢會計算各種電路的性能指標,但還是難以想象這些單元電路究竟是如何體現它的功能的。
三、化解難點的一些教學策略
(一)利用簡單二極管電路,引入非線性電路近似處理方法目前許多的模擬電子技術教材,在關于二極管、三極管和場效應管器件介紹這部分內容中,花了相當的篇幅描述器件的工作原理、特性曲線和主要參數,而在放大電路分析時才引入圖解法和微變等效電路模型方法。圖解法分析放大電路的工作過程是教學難點,學生往往對曲線之間的映射關系不清楚。其實圖解法是線性和非線性電阻電路的一種分析方法。我們可以在分析簡單二極管電路時,引入圖解法和一般非線性電阻電路的近似處理方法,使學生在頭腦中建立起非線性電阻電路分析的一般思路。
(二)強調單元電路分析的基本步驟,引導分析思路和方法前面提到,基本單元電路是構成各種實際電子系統的基石,掌握了基本單元電路的結構、工作原理和特性,就容易分析和設計具有實際功能的各種電子系統。面對眾多的結構和性能各異的基本單元電路,我們采用所謂“五步教學法”,即固定的5個步驟講解基本單元電路:
(1)電路功能和電路結構以實際功能需求為先導,或是在總結已學單元電路不足的基礎上,引出要學習的單元電路,強調電路結構的構思方法和特點,使學生在認識電路同時,也能對電路構成的基本規律有所了解。例如在學習功率放大電路時,一般的教學策略就是,先簡單說明單管甲類功放電路的效率低的原因,提高效率的途徑,從而引出互補對稱乙類功率放大電路結構。然后說明構成電路的結構要素和關鍵元件,以幫助學生認識和記憶。
(2)工作原理分析在這個環節,主要是定性分析電路中各個元件的作用,電路的工作過程,從而說明電路的功能。有些單元電路的學習,以定性分析為主,如負反饋放大電路的分類判斷,正弦波振蕩電路的分析等。反饋電路的分析和判斷,可以說是模擬電子技術學習的難中之難,針對具體電路進行判斷的過程是,首先要正確辨識反饋網絡和基本放大器的輸入端,然后判斷反饋網絡與輸入信號的位置關系,從而判斷是串聯或并聯反饋,再根據反饋量和輸出量的關系,判斷是電壓或電流反饋,最后根據瞬時極性法判斷是正反饋還是負反饋。以上判斷過程對負反饋放大電路和正弦波振蕩電路分析都適用,應該強調反饋量僅僅取決于輸出量,與輸入量無關這個基本出發點。
(3)主要參數分析計算在單元電路的學習中,有些電路要求掌握一些性能參數的計算,如放大電路靜態工作點和動態參數的計算、功放電路輸出功率和效率的計算,集成運放應用電路的分析計算,穩壓電路的輸出電壓計算等等。這些計算中都采用了工程近似方法,不同的電路分析采用不一樣的近似方法,如靜態工作點的計算在直流通路中進行,三極管的發射極正偏時,采用0.7V模型近似,而在求放大電路的放大倍數、輸入阻抗和輸出阻抗等動態參數時,三極管采用的是微變等效電路模型,這些問題,與前面討論的非線性電路近似處理方法聯系起來,就好理解啦。討論這些電路的計算問題時,一定要強調說明不同電路計算的近似方法和手段,學生才會有的放矢地加以運用。
(4)應用及注意事項單元電路都是構成實際電子產品的基本電路。為了加深學生對模擬電路的認識,提高學習興趣,激發探索精神,在講授一些單元電路時,可以適當舉例,說明這些電路在實際中的應用。如學習功放電路時,可以擴音器電路示例,在學習直流穩壓電源時,可以一個實際穩壓器電路為例,還有集成運放構成的各種應用電路等等。有兩種教學策略說明單元電路的應用,一是從引入實際電路開始進入單元電路的學習,在實際電路圖中框出單元電路;二是在學完后舉例說明單元電路的實際應用,這時應從應用的角度說明應用電路的構成原則、元器件參數的選擇、應用條件等注意事項,有條件的話,可在課堂上做實物演示或仿真演示。
(5)歸納小結對于每個單元電路講解的最后,都應該按照以上4個步驟進行歸納小結,使學生對該單元電路結構特點和功能的加深認識、對該電路的分析方法和手段加深印象。再通過例題講解或練習,使學生學會分析和應用。我們強調對單元電路結構的認識,這樣在分析一個具體的、復雜的實際電路圖時,就容易從中劃分出一個個的單元電路,然后根據單元電路的功能和連接關系,推測出該實際電路的功能,這也是分析實用電子系統的基本方法。
(三)仿真和實物實驗相配合,提高認知和動手能力電子技術是一門理論和實踐都很強的學科,要學好模擬電子技術,離不開配套的課后實驗環節。通過實物實驗,學生可以加深對知識的理解,同時學會使用常用電路測試儀表,了解電路測試技術,提高動手能力。但以往的課后實驗都是在單元電路學完后才開展的,在學習時仍然存在不好理解等問題。隨著計算機技術的飛速發展,以計算機輔助設計為基礎的電子設計自動化(EDA)技術已成為電子電路分析與設計的主要工具,EDA系統中所包含的虛擬仿真技術可以作為電子技術課堂教學有效的輔助手段,實現對單元電路的演示,幫助學生理解所學知識。我們在教學中采用了ElectronicsWorkbench(EWB)軟件,在課堂上演示基本放大電路、功放電路、振蕩電路等單元電路的功能,能夠形象地看到一些電路現象,如輸出波形的變化及影響因素等?,F在有一種趨勢,就是電子技術的課程教學越來越軟化,甚至全部用EDA軟件仿真替代實物實驗,這是不可取的。我們認為模擬電子技術課程教學,一定要仿真和實物實驗相配合。在講授元器件時,把二極管、三極管、集成運放芯片等拿到課堂上展示。通過在面包板上搭建一個個實物電路,并通過實際儀器儀表對其進行測試和觀察,學生才能感受真實單元電路的魅力,提高認知和動手能力。
四、結束語