新時代“模擬電子線路”教學改革探索

陳紅梅 王曉蕾 尹勇生 孟煦

關鍵詞：模電;新時代;人才培養;教學改革

一、緒論

集成電路作為現代信息社會的基礎以及電子系統的核心，對經濟建設和社會發展具有重要作用。但是，我國集成電路產業起步晚，核心關鍵器件和高端電路設計技術與國際先進水平有明顯差異。模擬電子線路課程作為電子信息、通信、電氣及自動化等信息類專業的核心基礎課程，重要性不言而喻。為適應當前國家集成電路設計人才的需要，聚焦國家發展戰略，模擬電子線路課程需要進行改革，以適應新時代人才培養需求。目前的教學改革方法，很多教學方法是從進行改革人手，通過更加豐富的教學手段來提升教學效果的，比如圍繞一個電路問題開展的問題驅動方法，以完成一個教學任務為驅動方式的任務驅動教學法，以完成一個完整項目設計的項目教學法等。通過教學方法的改革，在幫助同學們掌握這門課程的同時，希望激發同學們的學習興趣，為未來從事這個專業的工作打好基礎;但僅僅進行教學方法改革還不夠，教學內容也需要結合當代技術發展進行革新;當代大學生獲取知識的渠道非常多，對新知識的渴望和接受程度比以往多大，因此現有的課程教學內容已經無法滿足學生的學習需求;同時，現代大學生對新知識的理解和接收程度也更之前的學生不太一樣，對模電知識的學習不再僅限課堂，這些變化都給模擬電子線路課程的教學帶來新的挑戰。同時，為了順應國內集成電路的發展，我國急需的集成電路人才不僅需要扎實的專業知識，更需要一定實踐能力和創新能力。因此課程需要建立一種多層次多手段的教學體系，以培養適合國家未來發展需要的新型高素質人才。為此，很多學者提出產教融合、多維度考核等。本人從事模擬電子學線路教學五六年，在教學過程中發現了很多問題，比如學生反映知識抽象難懂，沒有學習興趣，不知道這門課程學習的意義在哪，不知道如何學習這門課程等諸多問題。針對這些問題，我們也在積極的思考和改變，現從教學目標、教學內容、教學方法、教學考核三個方面探討如何充分提高學生學習過程主體的主動性、積極性與創造性，同時又能夠發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，以適合新時代需要的集成電路創新人才的教育需求。

二、教學改革思路要點

（一）構建“知識、能力和恩政”一體的教學目標

作為整個教學活動的綱領，教學目標的設定必須與培養人才的規格匹配，要培養什么類型的人才，必然要求什么樣的教學目標與之對應。合肥工業大學以培養高素質專業人才為總目標，當前全球集成電路產業正處于技術變革時期，信息技術的發展日新月異，如何培養適應當前社會需要的高素質人才是教學目標需要考慮的重點。現有模擬電子技術課程的傳統教學中，教學目標的設定側重于培養基礎電路線路知識，但是由于課程理論知識抽象，教學內容多，電路分析復雜，導致很多學生的學習興趣很弱，更不談主動學習，導致教學效果差。因此，需要探索研究面向高素質應用型人才的教學培養目標，即是，既需要有扎實的理論基礎知識，同時也需要對學生進行興趣引導。本文提出課程教學目標可以分為三方面，一是課程知識目標，需要掌握半導體器件的特性，掌握基本放大電路分析方法，學會對實際應用單元電路的測試、調試及排除故障的方法，系統地學習電子電路設計方面的知識;二是課程能力目標，能熟練識別和檢測電子器件，并掌握基本電子器件的使用方法，能分析一般電子線路的工作過程，具有一定的電子線路設計能力;三是課程思政目標，通過課程知識的學習，一方面激發大家的學習興趣，另一方面也引導同學們積極思考、努力創新。以直流電源教學內容為例，知識目標為掌握直流穩壓電源的組成和技術指標，掌握三端集成穩壓器的選型及應用電路;能力目標為能夠讀懂和繪制幾種典型直流穩壓電路圖，能對直流穩壓電路常見故障做出正確判斷維修。為了讓大家很好掌握直流電源的結構和工作原理，我們可以采取任務驅動式的小組討論學習模式，讓同學們在實驗室搭建直流電源電路，并利用示波器直觀的觀察信號的變化過程，激發同學們主動思考和團隊合作的意識。同時，幫助學生建立科技改變生活，科技改變世界的人生價值觀，利用技術，誠實勞動，為社會做貢獻。

（二）“基礎與應用相融合”的教學內容

模擬電子線路課程主要內容包括半導體二極管、半導體三極管、基本放大電路、負反饋放大電路、集成運算放大器等基礎知識，然后過渡到信號產生與變換電路、直流穩壓電源、模擬電子系統的綜合設計。從內容安排來看，遵循“先器件后電路，先小信號后信號，先基礎后應用”的規律。因此對于初學者來講，打好基礎顯得尤為重要。具體來講，如果是簡單基礎應用，會涉及器件的了解，則需要了解器件的基本構造和原理;如果是中級的硬件系統應用，則會涉及器件的選擇，就需要了解器件的參數和工作狀態;如果更高級的片上系統應用，需要根據設計需求，選擇合適的器件和設計合適的電路結構。集成電路知識發展日新月異，因此本課程既是專業基礎課程，同時教學內容也是要隨著專業技術地快速發展，需要注入新的血液來滿足培養創新人才要求的課程。在教學活動中，我們根據集成電路技術的特點，秉持“基礎與應用融合”的理念，針對課程中的教學重點，都會列舉案例來幫助同學們理解和掌握。以高性能運算放大器為例，運算放大器幾乎是所有電子系統都需要的電子器件，早期，運放主要用來完成模擬信號的各種運算，而現在運放在各類混合信號系統中得到廣泛的應用。以傳感器應用為例，在數據采集前端，最重要的模塊就是運算放大器構成的調理電路，它需要將采集的微弱信號進行分辨和放大，然后輸出給后端的模數轉換器電路進行數字化處理，因此它需要滿足低噪聲、低失調、高增益等要求。同時，在學習過程中，也需要根據學生的反饋情況對教學內容進行適當調整，并把教學內容進行歸納分類，說明需要重點掌握的知識和一般掌握的知識。例如晶體管的電容特性學習中，因此只需要同學們定性分析電容的形成原理，并不需要進行定量的分析計算;復雜的公式推導過程不做重點要求，只需要掌握公式的意義及其應用，通過對知識進行梳理，可以幫助初學者盡快了解知識框架，為有針對性的復習做好準備。也可以針對課程內容，讓同學們平時復習有很好的方向。最后，將課程知識與生活實際相結合，解決學生不知道為什么而學的困惑，達到提升學生對課程的學習興趣。

（三）適合“新時代人才特點”的教學方法

在教學改革過程中，教師應該思考如何通過教學方法的改變，提高學生的學習興趣、提升學生的自動學習精神、提高學生的創新能力。針對00后大學生的所需求呈現出的個性化、多維度、易變化的特點，我們首先要做好學習知識的興趣引導采取多樣有效的教學方式方法，提供更多的教學互動機會讓同學們參與到教學過程中。同時，在模電課程的學習過程中，電路實驗是一個非常重要的教學環節。可以發現，同學們對教學實驗是非常感興趣的，但是現有很多實驗中，學生多數都是依照已有的實驗步驟進行實驗，留給學生主動思考的空間比較少，而且實驗課時也非常有限，導致很多學生認為做實驗根本不重要，也學不到什么知識，實驗效果大打折扣。因此，教師應當改變這種傳統方式，給學生創造單獨思考的空間，鼓勵學生多去嘗試。同時，課程學習的知識是非常有限的，為了開闊學生的視野，可以在重點知識引入環節引入打造了“課程思政之我見”等一系列活動并融入課程考核內容。通過具體的案例來幫助同學們理解和掌握知識點，比如集成電路工藝國內外研究現狀，高端ADC模擬器件國內外差距等。對于通用性的集成運放，例如uA741，LM324等，目前我們已經有設計和制造的能力，但是對于高速應用領域，我們的設計技術和制造技術跟國外還是有一些差距的，因此需要同學們努力學好課堂知識。同時，鑒于電子專業實踐性強的特點，我們鼓勵科技競賽活動學生積極參加各種競賽活動，將課堂所學知識應用到實際設計中，在提升學生能力的同時，也會進一步促進學生對學科知識的理解和興趣。最后，還可以聘請一批國內有經驗、有實力的企業專家為學生帶來集成電路發展的專題報告，組織學生了解優秀企業文化。讓學生清晰認識到我們國家集成電路發展的現狀，激發同學們努力學習的熱情和決心，真正發揮教師既教書又育人的雙重職責。當然，針對不同學生的不同特點，不斷改進教學方式，調整教學內容，幫助學生揚長避短，激發學習興趣，能夠更加全面深刻地掌握所學知識。

（四）構建“多元化”的教學考核方式

教學考核是作為課程教學的重要環節，可以反映學生的學習情況和老師的教學情況。傳統模擬電子技術課程傳統的考核比較單一，主要以期末考試成績為主，而且注重筆試忽略實踐操作。這樣的后果是，很多同學靠記憶完成考試，學完就把知識給忘了，碰到實際應用仍然不懂也不會。為了讓學生重視課程學習的每個環節，我們提出探索多種考核手段相結合的方法，比如課堂討論，設計小實驗，撰寫調研報告，鼓勵參加各種創新設計大賽等多種方式，來提升同學們參與課程的主動性和積極性。在考核評價上體現多元化，除了期中和期末考試，還包括課堂互動，課程項目答辯，課程創新實驗等，并有效地引入思政元素，充分調動學生的積極性，激勵他們快樂有效地學習。同時，結合“模擬電子技術與實踐”課程的專業教學內容和特點，合理實施項目化教學，讓同學們積極主動參與知識的學習過程中，不再采用傳統的死記硬背的方式來應付考試。同時，也可以讓同學們更加近距離地去了解和掌握如何講知識學以致用。當代社會，對人才素質的要求是多方面，特別對于大學生，提升自己的各項技能以適應社會的發展需求是極其重要的。因此，我們課程考核也需要與社會對人才需求考核接軌，通過多角度來挖掘學生的潛力，提升學生的整體素質。

三、結語

隨著時代的發展，傳統的模擬電子線路課程教學模式已不能滿足要求。本文在當前社會對高端集成電路應用型人才極度需求的大背景下，對模擬電子線路的教學方法、教學內容、教學方法、教學考核方式四個方面進行了積極有益的探索，提出了模擬電子線路教學改革的幾點思路與方法以適應新時代集成電路人才培養。