模擬電子線路課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

郭小軍

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系,湖北武漢 430050)

模擬電子線路是電氣工程類、電子信息類、自動(dòng)控制類等專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,對(duì)其掌握的好壞直接影響與之相關(guān)的各門(mén)后續(xù)課程的學(xué)習(xí),但學(xué)生普遍的反應(yīng)“模電”不好學(xué)。那么,“模電”的學(xué)習(xí)的難點(diǎn)在哪里,又如何突破呢?

1 解決模擬電子線路中直流信號(hào)與交流信號(hào)并存、交織在一起的矛盾

學(xué)生普遍感覺(jué)數(shù)字電路比模擬電子線路好學(xué),原因之一是“數(shù)電”中信號(hào)單一,只有數(shù)字信號(hào),而模擬電子線路中直流信號(hào)、交流信號(hào)并存,交織在一起,給分析問(wèn)題帶來(lái)了不小的難度。

要突破這一難點(diǎn),首先要弄清楚為什么在電路中要同時(shí)存在直流信號(hào)、交流信號(hào)?放大電路的放大對(duì)象一般是輸入的交流信號(hào),交流信號(hào)從入到出的路徑是分析解決問(wèn)題的主線索,直流電源提供信號(hào)被放大所需的能量,因?yàn)榉糯笃骷旧硎遣荒墚a(chǎn)生能量的。又因?yàn)榫w管的非線性,如果直接加入交流信號(hào)就可能產(chǎn)生失真,直流電源的第二個(gè)作用就是提供靜態(tài)工作點(diǎn),使晶體管工作于線性區(qū)間,從而盡量避免被放大的交流信號(hào)失真。

然后再來(lái)分析如何解決交直流并存的電路問(wèn)題。由于電路理論中沒(méi)有學(xué)過(guò)直接處理混合信號(hào)的問(wèn)題,因此必須將直流與交流信號(hào)分開(kāi)來(lái)討論,即用疊加定理來(lái)處理。在很多教材中,不敢提疊加定理,因?yàn)槿龢O管為非線性元件。實(shí)際上通過(guò)微變等效電路還是將三極管線性化了,因?yàn)橥ㄟ^(guò)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,三極管工作在線性區(qū)。直流電源單獨(dú)作用,即分析計(jì)算直流通路(分析靜態(tài)工作點(diǎn)),這時(shí)將交流輸入信號(hào)去掉;交流輸入信號(hào)單獨(dú)作用,即分析交流通路,這時(shí)應(yīng)將直流電源對(duì)地短路。這樣分析有理有據(jù),學(xué)生容易理解;而大多數(shù)教材并未將問(wèn)題的來(lái)龍去脈交待清楚,使學(xué)生在學(xué)習(xí)直流交流并存的電路時(shí)茫然不知所措。

2 解決模擬電子線路的抽象性問(wèn)題

模擬電子線路不同于機(jī)械類的課程,看得見(jiàn)摸得著,信號(hào)的放大、電路的運(yùn)行是不可見(jiàn)、不透明的,具有一定的抽象性。雖然做實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭⒁欢ǖ闹庇^印象,但仍顯得不夠具體、清晰。如對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的必要性的認(rèn)識(shí),對(duì)信號(hào)失真的認(rèn)識(shí),無(wú)論你在課堂上如何講,學(xué)生就是明白不了,甚至越講學(xué)生越糊涂。

要解決這類問(wèn)題,關(guān)鍵是要改變方法、教學(xué)手段。現(xiàn)在各高校普遍推廣現(xiàn)代教育技術(shù),如果整合多媒體工具與電子仿真手段進(jìn)行教學(xué),這個(gè)問(wèn)題就迎刃而解了。電子仿真軟件很多,如EWB(Electronics Workbench-電子工程師工作臺(tái))、Protel、PSPICE等。EWB具有直觀、與實(shí)驗(yàn)室的儀器同樣的界面,且學(xué)生容易掌握的優(yōu)點(diǎn)。如對(duì)于基本共射放大電路,先取用EWB元件庫(kù)中的BJT、電阻、電容、直流電源、交流信號(hào)源等元件連接成電路,然后取出示波器,接入電路的輸入輸出點(diǎn),觀測(cè)波形。調(diào)整輸入信號(hào)的幅度,可以很直觀地看到失真出現(xiàn)的情況;調(diào)整基極偏置電阻,可以看到何時(shí)出現(xiàn)截止失真、何時(shí)出現(xiàn)飽和失真,所講的問(wèn)題一目了然。

3 解決理論與實(shí)際相脫離的矛盾

模擬電子技術(shù)本來(lái)是一門(mén)理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)、理論與實(shí)際相結(jié)合的課程,但由于一些教師只注重理論分析計(jì)算,忽視聯(lián)系實(shí)際,一些教材的體系結(jié)構(gòu)中也很少體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的思想,結(jié)果造成很多學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)甚至學(xué)習(xí)完全部課程后也不知道它與實(shí)際生活、與實(shí)際工程到底有何聯(lián)系。

在模擬電子線路課程的教學(xué)中,一定要注意理論聯(lián)系實(shí)際,每一問(wèn)題都要有實(shí)際問(wèn)題與之相對(duì)應(yīng),每一課題都要來(lái)源于實(shí)際工程問(wèn)題。如可以采用案例教學(xué)法,由一個(gè)實(shí)際問(wèn)題引出課題,然后分析實(shí)際問(wèn)題,引出相應(yīng)的理論知識(shí),最后還要落腳到如何應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。筆者采用以實(shí)際工程問(wèn)題為線索的教學(xué)法,如圖1所示,給出的條件是話筒有信號(hào)輸入,要推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲,將輸入的聲音信號(hào)放大,將信號(hào)放大的過(guò)程歸結(jié)為一個(gè)黑箱,這個(gè)黑箱就是“模電”要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在第一次課時(shí)就將這一學(xué)生能夠理解的實(shí)際問(wèn)題布置給他們,要求他們自始至終都將這個(gè)問(wèn)題裝在大腦中,并要求將解決這一問(wèn)題的方案實(shí)際制作出來(lái),這就是“模電”學(xué)習(xí)的線索。學(xué)生在模擬電子線路的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中都圍繞著這一問(wèn)題,想著如何去解決,又引出了與課程模塊圖相關(guān)的解決方案,如圖2所示。

圖1 黑箱模型

圖2 課程模塊圖

4 解決內(nèi)容多課時(shí)少的矛盾

模擬電子技術(shù)新知識(shí)點(diǎn)多、新概念多、新方法也不少,而由于各種原因其課時(shí)正逐步減少,學(xué)生反應(yīng)知識(shí)零碎、松散,內(nèi)容太多,掌握、消化不了。

要解決這一問(wèn)題,教師在備課上應(yīng)多下點(diǎn)功夫。一是要主次分明,哪些內(nèi)容是重點(diǎn),要花多點(diǎn)時(shí)間,哪些問(wèn)題可留給學(xué)生課后學(xué)習(xí)要分清楚,千萬(wàn)不能胡子眉毛一把抓。不然的話,可能面面俱到,課堂上滿堂灌,結(jié)果學(xué)生什么也沒(méi)有掌握牢靠。如對(duì)于晶體管器件,應(yīng)重在講清楚其外特性,而對(duì)于其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)則沒(méi)有必要花太多的精力;對(duì)于集成電路,重在學(xué)習(xí)它的外部特性、功能,學(xué)會(huì)如何使用它,而對(duì)于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成只了解一點(diǎn)就可以了。二是要對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié),形成整個(gè)模擬電子線路課程的模塊圖及各模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。如筆者根據(jù)解決圖2問(wèn)題的線索及模擬電子線路課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)將課程分為直流穩(wěn)壓電源模塊、電壓放大模塊、功率放大模塊、信號(hào)產(chǎn)生電路模塊(因?yàn)樵捦驳淖饔檬钱a(chǎn)生信號(hào),故它相當(dāng)于信號(hào)產(chǎn)生電路模塊)四個(gè)大的模塊,又將電壓放大模塊分為BJT放大電路模塊、FET放大電路模塊及集成運(yùn)放模塊三個(gè)子模塊,如圖3所示。按照知識(shí)的內(nèi)部聯(lián)系還可將直流穩(wěn)壓電源模塊細(xì)化為如圖4所示的結(jié)構(gòu)圖(其它模塊也可如此細(xì)化為結(jié)構(gòu)圖)。將課程模塊化、結(jié)構(gòu)化可幫助學(xué)生形成模擬電子線路課程的有機(jī)體系,將零碎的知識(shí)聯(lián)系起來(lái),在頭腦中形成一個(gè)清晰的印象。

圖3 課程模塊

圖4 課程模塊細(xì)化

5 解決如何進(jìn)行工程近似計(jì)算的問(wèn)題

模擬電子線路課程中有很多地方采用了工程近似計(jì)算方法,如,計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)忽略基射間的電壓,學(xué)生往往對(duì)它產(chǎn)生懷疑,也不知在何時(shí)采用,如何采用。

首先要解決對(duì)工程近似計(jì)算的懷疑思想問(wèn)題。近似了以后是不是影響計(jì)算的精度?電子技術(shù)處理問(wèn)題的方法是否科學(xué)準(zhǔn)確?這是懷疑的關(guān)鍵所在。其實(shí)這一問(wèn)題也與理論聯(lián)系實(shí)際有關(guān),要使學(xué)生明白實(shí)際電子器件是具有很大的離散性的,如對(duì)三極管,其實(shí)際β值可能與技術(shù)資料給出的有相當(dāng)大的誤差,那么作很精確的計(jì)算有什么意義呢?在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中如偏置電阻值并不是采用理論計(jì)算值,理論計(jì)算只是實(shí)際電阻值的參考,在實(shí)際電路中還要調(diào)整確定。其次是工程近似計(jì)算的使用條件,這要具體問(wèn)題具體分析。如,二極管的正向壓降,在整流濾波電路中一般可以忽略,但在用幾個(gè)二極管串聯(lián)的低壓穩(wěn)壓電路中則不能忽略。要使學(xué)生明白工程近似計(jì)算其實(shí)是一種忽略次要因素、化繁為簡(jiǎn)的科學(xué)方法,促使他們學(xué)會(huì)善于運(yùn)用這一方法。

1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999,6.

2 陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)教師手冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,1999,10.