基于3T模式的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

張俊杰+杜娟+崔建華

摘 要 采用理論（Theory）—驗(yàn)證（Test）—?jiǎng)?chuàng)新（Try）的3T模式，對(duì)模擬電子技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，引入工程案例和典型應(yīng)用電路，加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)。采用基于項(xiàng)目的方法和仿真教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐證明，3T教學(xué)模式在學(xué)生動(dòng)手能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上效果顯著，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一種有益探索。

關(guān)鍵詞 模擬電子技術(shù)；3T模式；網(wǎng)絡(luò)課程；Multisim；應(yīng)用型人才

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）22-0105-03

Teaching Reform and Practice of Analog Electronic Course based

on 3T Model//ZHANG Junjie， DU Juan， CUI Jianhua

Abstract Abstract In this paper， 3T （Theory-Test-Try） model is applied to optimize the traditional teaching content， and engineering cases and typical application circuits are introduced to strengthen the students application ability. By using the project-based learning method and simulation teaching method， the students interesting in learning is stimulated and the quality of teaching is improved. Teaching practice has proved that the 3T teaching model has remarkable effect on the training of the students practical ability， engineering quality， and innovative ability. The 3T teaching model is a useful exploration for the training of applied talents.

Key words analog electronic technique； 3T model； online course； Multisim

1 引言

模擬電子技術(shù)課程是電子信息工程類本科生的一門專業(yè)核心課程，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性。課程教學(xué)的目的在于使學(xué)生掌握模擬電子線路的基本理論和基本分析方法，特別是電子系統(tǒng)的分析能力、電子器件的應(yīng)用能力和電子線路的設(shè)計(jì)能力[1]。但由于該課程需要半導(dǎo)體器件物理、線性電路、信號(hào)與系統(tǒng)等先備知識(shí)，被認(rèn)為是電子信息類學(xué)生最具挑戰(zhàn)性的課程之一[2]。

此外，根據(jù)國(guó)際教育標(biāo)準(zhǔn)分類法（International Stan-

dard Classification of Education，ISCED），應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重點(diǎn)是學(xué)生實(shí)踐能力、職業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此，為培養(yǎng)具有較高工程素養(yǎng)的電子信息應(yīng)用型人才，如何進(jìn)行課程體系的構(gòu)建、課程內(nèi)容的優(yōu)化以及教學(xué)模式的改革，成為眾多高校研究的重點(diǎn)。在眾多研究和實(shí)踐中，3T架構(gòu)模式采用理論教學(xué)為指導(dǎo)、技能訓(xùn)練為基礎(chǔ)、自主學(xué)習(xí)為核心、創(chuàng)新和創(chuàng)造力培養(yǎng)為目標(biāo)，逐漸在許多工程技術(shù)類專業(yè)和課程中得到廣泛的應(yīng)用[3]。

鑒于此，本文以電子信息類應(yīng)用型人才培養(yǎng)為背景，在3T模式下對(duì)模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和重組，改革教學(xué)模式和手段，以應(yīng)用為目的，引入基于案例的教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，探索電子信息類本科生應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新模式。

2 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

作為電子信息工程類專業(yè)的一門傳統(tǒng)課程，模擬電子技術(shù)具有相對(duì)完整的教學(xué)內(nèi)容體系。課程教學(xué)內(nèi)容主要包括半導(dǎo)體二極管原理及應(yīng)用、雙極結(jié)型三極管及場(chǎng)效應(yīng)管放大電路、功率放大電路、運(yùn)算放大器、反饋等。但在多年來形成的教學(xué)內(nèi)容組織上，偏重于器件的內(nèi)部工作原理及電路工作原理的討論與分析。比如在運(yùn)算放大電路章節(jié)，運(yùn)算放大電路的內(nèi)部組成及電路中的分析和計(jì)算占了大量篇幅，而在實(shí)際應(yīng)用中工程師更關(guān)注的運(yùn)算放大器的外部特性只在章節(jié)末尾進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。此外，課程內(nèi)容過多關(guān)注分立器件放大電路的分析和計(jì)算，而對(duì)模擬集成電路器件的選型、典型應(yīng)用電路的介紹不足。這往往給學(xué)生造成一種誤導(dǎo)，即內(nèi)部原理和計(jì)算比外部特性更重要、分立電路比模擬集成電路應(yīng)用更廣泛，造成一種本末倒置的現(xiàn)象[4]。

同時(shí)，課程的教學(xué)中往往存在重理論而輕實(shí)踐的問題。教師在教學(xué)中將過多的關(guān)注點(diǎn)放在復(fù)雜電路的分析和演算上，而不是典型電路的應(yīng)用與設(shè)計(jì)上，造成學(xué)生對(duì)電路的理解僅僅停留在課本上，不能將電路圖轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用電路。在課程的實(shí)踐教學(xué)過程中，簡(jiǎn)單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占比重過大，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)際工程脫節(jié)，存在重驗(yàn)證而輕創(chuàng)新的現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。

3 3T模式下模擬電子技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐

3T模式下的知識(shí)模塊與內(nèi)容優(yōu)化 圍繞“理論—驗(yàn)證—實(shí)踐創(chuàng)新”這條主線，對(duì)模擬電子技術(shù)的課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（如圖1所示）。其中，理論模塊主要有半導(dǎo)體器件（二極管、三極管及場(chǎng)效應(yīng)晶體管）組成，簡(jiǎn)要介紹器件的內(nèi)部工作原理，重點(diǎn)掌握器件的外部特性（如二極管的伏安特性曲線、三極管的輸入/輸出特性曲線）等；驗(yàn)證模塊重點(diǎn)介紹基本放大電路、功率放大電路、運(yùn)算放大器的基本分析方法，培養(yǎng)學(xué)生掌握讀圖、分析與工程估算能力；創(chuàng)新實(shí)踐模塊以實(shí)際工程案例為依托，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生掌握模擬信號(hào)檢查與處理、信號(hào)運(yùn)算、OCT/OTL功率放大器、直流穩(wěn)壓電源等實(shí)際電路的分析與設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)“電路圖”到“電路”的轉(zhuǎn)換。endprint

3T模式下的課程內(nèi)容也進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，最為突出的是對(duì)器件內(nèi)部工作原理部分進(jìn)行了簡(jiǎn)化，對(duì)學(xué)生的要求是理解，重點(diǎn)是器件外部特性以及器件在實(shí)際電路中的應(yīng)用。以BJT三極管為例，三極管內(nèi)部的載流子運(yùn)動(dòng)作為簡(jiǎn)要介紹部分，而三極管的伏安特性、三種工作狀態(tài)、三個(gè)極之間的電流關(guān)系是授課的重點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)查閱三極管數(shù)據(jù)手冊(cè)，能夠讀懂?dāng)?shù)據(jù)手冊(cè)中的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以及如何選擇合適的三極管進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3T模式下實(shí)踐教學(xué)的金字塔結(jié)構(gòu) 模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生掌握電子元器件的識(shí)別、檢測(cè)和應(yīng)用能力，單元電路的分析和應(yīng)用能力，中小電子系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試能力，以及在電子信息工程技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。圍繞“理論—驗(yàn)證—實(shí)踐創(chuàng)新”這條主線，對(duì)模擬電子技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)模塊進(jìn)行重構(gòu)，搭建3T模式下實(shí)踐教學(xué)的金字塔結(jié)構(gòu)（圖2）。其中的理論模塊為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)分析與整理能力、模擬電子線路的估算能力為主；驗(yàn)證模塊則主要訓(xùn)練學(xué)生的技能，包括常用實(shí)驗(yàn)儀器的使用、半導(dǎo)體器件的識(shí)別與測(cè)量、常用基本放大電路的分析等；實(shí)踐創(chuàng)新模塊則以具體的電路產(chǎn)品為依托，培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計(jì)、模塊聯(lián)調(diào)等基本工程開發(fā)技能，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、語(yǔ)言表達(dá)、交流溝通、自我管理和可持續(xù)發(fā)展等多方面的工程素養(yǎng)。

引入動(dòng)態(tài)仿真工程教學(xué)模式，推行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué) 為培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，將實(shí)際工程項(xiàng)目中的電路引入課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)工程場(chǎng)景課堂化，運(yùn)用Multisim、Proteus、Protel等軟件對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)。以模擬電子技術(shù)為例，課程的終極目標(biāo)是進(jìn)行模擬電子線路的設(shè)計(jì)。以往的課程教學(xué)中，往往以理論的推演為主，而忽略了設(shè)計(jì)本身。另外，模擬電子線路的設(shè)計(jì)比數(shù)字電路的設(shè)計(jì)更需要豐富的經(jīng)驗(yàn)。如果能將模擬電子技術(shù)課程的部分內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，或者邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬電路工程師進(jìn)行專題講座，將會(huì)把學(xué)生從模擬電子技術(shù)的“學(xué)”引導(dǎo)到“工”，將書本上的“電路圖”轉(zhuǎn)換為工程實(shí)踐中的“電路”。通過對(duì)實(shí)際工程中的電路進(jìn)行分析，把課程內(nèi)容分解為實(shí)際的工程項(xiàng)目和課題，或與實(shí)際工程課題相結(jié)合，將課程內(nèi)容工程化。

工程項(xiàng)目引入教學(xué)的實(shí)施，主要采取項(xiàng)目小組的方法進(jìn)行。項(xiàng)目小組一般由5～6人組成，包括一名團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。在團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的帶領(lǐng)下，小組成員需要通過調(diào)研和自主學(xué)習(xí)，使用正確的技術(shù)設(shè)計(jì)和仿真相關(guān)的項(xiàng)目，選擇正確的方式以得到更好的產(chǎn)品。因此，電路的測(cè)試和故障診斷部分對(duì)他們經(jīng)驗(yàn)式的學(xué)習(xí)有很大的幫助。小組最后的輸出形式是具體的硬件電路，并以小組的形式對(duì)電路產(chǎn)品進(jìn)行闡述，形成報(bào)告文檔。項(xiàng)目開發(fā)小組主要培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)踐能力和技能訓(xùn)練質(zhì)量，關(guān)鍵是協(xié)同工作能力的鍛煉，使學(xué)生更加容易地融入社會(huì)工作中去。

4 多元化網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)

充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，按照3T構(gòu)架，將模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容按照模塊進(jìn)行規(guī)整，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，形成豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，利用網(wǎng)絡(luò)的交互功能，方便學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。模擬電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程的網(wǎng)站架構(gòu)如圖3所示。教學(xué)網(wǎng)站按照“理論—知識(shí)驗(yàn)證—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐”的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供相關(guān)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)課件等，并繪制了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖。知識(shí)驗(yàn)證模塊提供大量豐富的Multisim電路仿真實(shí)例，以及在線模擬考試系統(tǒng)，進(jìn)行知識(shí)自測(cè)；創(chuàng)新實(shí)踐模塊提供大量的教學(xué)案例、課程設(shè)計(jì)、專題講座等，力求提升學(xué)生學(xué)以致用的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力和工程素養(yǎng)為目的，圍繞“理論—知識(shí)驗(yàn)證—實(shí)踐創(chuàng)新”的主線，對(duì)模擬電子技術(shù)的課程內(nèi)容進(jìn)行3T模式下的重構(gòu)，探索3T模式下課程的教學(xué)方式。此項(xiàng)課程改革在洛陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院的電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化（含過程控制方向）專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得較好的教學(xué)效果。實(shí)踐證明，該模式能有效培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，解決教學(xué)型院校工學(xué)不工的問題，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的無縫對(duì)接，提高自身的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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