模擬電子技術課程實踐教學改革的探索

劉曉潔 李 翀 唐莉萍東華大學信息科學與技術學院數字化紡織服裝技術教育部工程研究中心 上海 201620

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模擬電子技術課程實踐教學改革的探索

劉曉潔 李 翀 唐莉萍
東華大學信息科學與技術學院數字化紡織服裝技術教育部工程研究中心 上海 201620

摘 要：基于“卓越工程師培養計劃”的要求，結合卓越班學生的特點，進行了模擬電子技術課程實踐教學改革的探索：以基礎實驗為鋪墊，新增“模擬電子技術大作業”實踐環節。教學結果表明，此實踐環節有助于培養學生工程意識、實踐技能和創新能力。

關鍵詞：實踐能力；模擬電子技術；教學改革

1 電子信息工程專業本科生“卓越計劃”實施的意義

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

為實現國家的“卓越計劃”，培養符合國家和社會需要的卓越工程師，結合我校電子信息工程專業本科生的特點，以電子信息工程專業學生的模擬電子技術課程為例，為加強模擬電子技術實踐教學，采用新增的“模擬電子技術大作業”環節培養該專業學生的工程實踐能力和創新能力。教學結果表明，該實踐環節取得了積極的成果。

2 “模擬電子技術大作業”的實施與課程改革

模擬電子技術是電氣信息類專業中一門重要的專業基礎課程，其理論性和實踐性都很強，學生普遍反映掌握好這門課程有一定的難度。因此，配套的實踐教學環節的科學合理性顯得尤為重要。新增的“模擬電子技術大作業”能夠加深學生對模擬電子技術理論知識的理解，促進學生自主學習，提高其發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力，為培養適應國家發展戰略和經濟建設需要的卓越工程師奠定基礎。實踐能力和創新能力是卓越工程師必須具備的工程素質，“模擬電子技術大作業”的組織與實施旨在對學生的實踐能力進行訓練，進而促進學生的創新能力發展。有關“模擬電子技術大作業”的實施與模擬電子技術這門課程的一些改革，如以下幾方面所述：

2.1 實踐教學內容改革

傳統的模電電子技術實驗內容，多是針對極個別的知識點進行分立實驗，如共射極單管交流放大電路，僅僅是整個系統中的一個模塊。學生很難從全局的高度來理解和掌握整個電路系統的構成，模塊之間的銜接，不同器件的匹配方法等問題。因此，“系統化”這個理念引導著我們在模擬電子技術實踐教學內容方面做出改革。希望學生通過相應的實踐，建立工程中“系統”的概念，將所學的各知識點融會貫通。為此，在原有的模擬電子技術基礎實驗課程基礎上，新增了“模擬電子技術大作業”的實踐教學環節。

“模擬電子技術大作業”的實踐教學內容采用：中小規模電路系統設計——抗干擾紅外發射接收器。要求學生制作一套以紅外發射管和接收管為核心器件的發射-接收裝置，能夠在一定距離內實現發射器對接收器上電燈的開關控制，并且這套裝置能避免環境燈光、電源噪聲及其他發射器的信號等干擾對控制信號的影響。發射器采用555多諧振蕩器調制開關信號，以紅外光的形式將調制信號發射出去，接收器接收到光信號后經過濾波、整流、閾值比較、觸發、驅動繼電器，以控制電燈負載工作。在動手實踐過程中，加強學生對模擬電子技術知識的領悟，既學習鞏固了各知識點，又培養了工程實踐意識和能力。

2.2 授課方式改革

傳統的面上教育的實驗教學授課方式以教師為主，學生被動地接受知識。常常是教師進行“實時”指導，學生做的也是驗證性實驗居多。教師給學生提供完整電路圖，包含經多次驗證的元件參數，正確的連接方式，由學生依葫蘆畫瓢，按照電路圖連接元件和導線，再觀察波形，測試并記錄相應數據。課堂上學生一遇到問題，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。

“模擬電子技術大作業”致力于改變傳統的實驗教學授課方式，秉承“學生為主體，教師為輔導”的理念，大作業內容在開學時由教師布置給學生，僅提出整個系統的各項性能指標要求，告知學生自行設計電路，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電路，然后合理安排時間獨立去實驗室制作，學期末提交實驗作品，由老師驗收評分。另外，教師提供部分與大作業相關的全英文版技術資料，使學生逐漸學會查閱外文文獻，積累專業英語詞匯，為今后從事科學研究打下扎實的基礎。

“模擬電子技術大作業”屬于設計性實驗，要求學生根據實驗目的，設計并選取合理的電路方案，選擇實驗器材，搭建實驗電路，進行數據分析，總結實驗現象，甚至提出改進意見。驗證性實驗向設計性實驗的轉變，對于學生實踐創新能力的培養是一次本質上的飛躍。教師在傳授理論知識的同時，讓學生逐步深入探索實踐，使學生帶著問題學習，理論與實踐相結合，通過學習的點滴深入，解決大作業中的技術問題，提高學生的自學能力和獨立解決問題的能力。

2.3 實驗元件認知提升

傳統的模擬電子技術基礎實驗采用九孔板平臺、表面標示著元件符號和標稱值的元器件裝置(元器件的實體被廠家在安裝在內部)，以及插拔式帶絕緣層導線搭建電路。部分學生在實驗結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，除了標稱電容值以外，使用前還應考慮最大耐壓值、實測電容值、工作頻率等主要參數，還應正確判別電容極性。如此一來，學生在實驗中的收獲甚少，與教學實踐的初衷是脫節的。

為了讓學生對真實的元器件有進一步的認知，在“模擬電子技術大作業”實踐環節中，教師帶領學生去大型電子市場實際調研，了解常見器件選型與市場供應的關系，培養成本意識。讓學生了解到：完成同一個電路系統，在符合性能指標的前提下，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“模擬電子技術大作業”實踐環節中，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，雖可循環使用，但是導線易松，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，基本不能循環使用，容易導致大量元件的浪費；而工程中常用的PCB板制作而成的電路性能優良，集成度高，但相應的成本也高，不能循環使用，具有單一性，不適合學生搭建試驗電路。

綜合考慮以上因素，在“模擬電子技術大作業”中給學生使用的是由本系教師自行設計開發的鉚釘板。鉚釘板是以環氧樹脂板作為基板，以銅鉚釘作為電路節點，經過布線，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。根據實驗電路規模，將常用封裝形式的引腳配上對應底座，進行合理布局后，設計的每塊鉚釘板尺寸為225 mm×210 mm，包含330個鉚釘節點。這些節點都涂有焊錫，只要加少許焊錫加速導熱，很容易將元件焊上去。因為是外露的節點，所以拆卸元件也十分方便，只需加熱節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，鉚釘板上所有節點都標有規則排列的序號，學生可在焊接元件前先在紙上畫出元件布局草圖，培養學生的系統性思維。

2.5 考核方式改革

由于傳統的實驗總成績=出勤成績+平時表現+實驗報告成績，實驗成績平均，難以激發學習積極性。此次考核方式改革中，添加了“大作業”成績，包含：電路外觀設計+電路指標完成率+實驗報告心得體會+創新成績。“創新成績”是指該學生的電路設計不是采用常規方法設計，而是經過思索設計出能夠完成電路指標的新穎設計(該設計不一定是最簡潔的，但只要是原創或再次創造都鑒定為創新)。

2.6 實驗室智能管理系統

作為試點實驗室，本系的實驗室正試行我校教務處推出的“實驗室智能管理系統”，采用實驗室門禁系統、遠程監控系統和學生刷卡考勤系統，使得實驗室全天候為學生開放成為可能。“模擬電子技術大作業”實踐環節也是在這樣一種嶄新的開放式實驗室中實施，學生通過網上預約，由各實驗室負責教師審批通過后，該學生可在預約時間內通過校園一卡通刷卡進入實驗室做實驗。開放實驗室為學生提供了更寬裕的時間和實驗場所，在培養學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，學生在預約實驗房間外，還需要預約實驗時需要用到的設備，得到教師網上批準后，被預約的儀器才可以供電，以培養學生的規劃意識和節能意識。

3 結論與思考

以“模擬電子技術大作業”為主線進行的模擬電子技術實踐教學改革探索之路，使學生加深了對模擬電子技術課程的理解，掌握了模擬電路的常規設計方法，增強了電路調試與焊裝的實踐能力，獲得了基本電路調試經驗，提高了專業課學習興趣，培養了科研創新能力。學生通過“動中學，學中思”逐步提高了發現問題、分析問題和解決問題的能力。實踐教學表明，“模擬電子技術”實踐教學的改革進一步豐富了該課程的實踐教學體系，并取得了良好的教學實踐效果和成果。近些年，工科學生畢業就職面臨的最直接問題是工作“上手慢”，缺乏實踐創新能力，為積極響應教育部“卓越工程師教育培養計劃”的有效實施，高校一線教師應以學生為本，努力開拓進取，用心培養出基礎理論扎實、專業知識寬厚，具有很強的工程實踐、創新性思維和系統性思維的能力，有理想抱負、有社會責任感和團隊合作精神的卓越人才。

參考文獻

[1] 王波,張巖,王美玲.“模擬電子技術實驗”課程的改革[J].實驗室研究與探索,2013,32(4):140-143.

[2] 劉春穎.模擬電子技術課程全方位建設的研究與實踐[J].中國現代教育裝備,2008(3):98-99.

[3] 吳江,鄭莆燕,任建興.關于熱能與動力工程專業卓越工程師培養的探索與實踐[J].中國電力教育,2011(24):3-4.

[4] 黃少波,李幼平.工科大學生實踐教學體系改革探索[J].桂林電子科技大學學報,2009,29(4):366-369.

[5] 艾春鵬,張振輝.模擬電路實驗教改實施與思考[J].中國電力教育,2014(30):67-68.

[6] 徐建明.模擬電子技術課程實踐教學改革的探索[J].中國現代教育裝備,2012(5):86-88.

[7] 郭華,申忠如.關于模擬電子技術課程實踐教學改革的研究[J].中國電力教育,2013(35):147-148.

[8] 李書偉,劉紹娜.“卓越工程師培養計劃”下實踐教育的思考[J].中國現代教育裝備,2011(11):138-140.

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：東華大學信息科學與技術學院“電子信息工程專業卓越工程師培養計劃”教改項目(編號：104-03-0031011)；東華大學信息科學與技術學院卓越計劃“電學基礎實踐實驗課程組”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，本科在讀學生。唐莉萍，碩士，副教授。

收稿日期：2015-08-25