物聯網工程專業的模擬電子技術教學改革與實踐

漆 顥，王 艷，胡 敏

（湖北中醫藥大學 信息工程學院，湖北 武漢 430065）

0 引 言

隨著科學技術的快速發展，物聯網技術在5G時代的重要性愈發凸顯。在新工科背景下，物聯網賦能健康管理、醫療服務、藥品流通、醫藥裝備制造等領域，正推動醫藥行業數字化轉型加速、數字健康產業蓬勃發展，人才需求旺盛。物聯網工程專業已被列入國家中長期科學和技術發展規劃綱要，智慧家居、智慧城市、智慧醫院、無人駕駛、人臉識別等都與物聯網技術息息相關，這方面的人才需求十分旺盛。隨著萬物互聯時代的到來，對物聯網工程專業的人才需求將不斷擴大。

湖北中醫藥大學作為湖北省唯一一所高等中醫藥本科院校，于2016年在信息工程學院開設物聯網工程專業并開始招生，針對物聯網工程專業人才培養普遍面臨的培養目標、專業特色、課程交叉融合等挑戰，結合本單位在辦學過程中形成的中醫藥信息學優勢和特色，緊扣醫藥行業和產業變革對于新工科建設的現實需求，以設立培養具有醫藥學特色物聯網工程專業創新應用型人才為目標。模擬電子技術是物聯網工程專業學生的專業基礎課，對于后續相關課程的學習十分重要。該課程實踐性強，要求學生具備較強的動手能力。新開課程在近年來遇到了許多問題亟需解決，故對模擬電子技術課程進行改革與實踐十分必要且有意義。

1 教學內容及目標

模擬電子技術在湖北中醫藥大學信息工程學院物聯網工程專業培養方案中開設在第三學期，前期的課程包括大學物理和高等數學，并未開始電路基礎課程。因此本課程的教學內容包含電路分析和模擬電子技術兩部分。電路分析部分包括：電路的基本概念與基本定律，即直流電路、正弦交流穩態電路分析、暫態電路分析等；模擬電子技術主要討論模擬電路的基本概念和基本分析方法，即半導體器件和常用電路，著重討論集成電路外特性與應用，為進一步學習物聯網其他專業課程打下堅實基礎。通過本課程的學習，需要達到以下教學目標：

（1）知識目標，即通過電路與模擬電子技術課程的教學，要求學生能夠熟練掌握電路分析的基本理論和常用分析方法。掌握二極管、三極管的特性及放大電路。重點掌握集成電路的外特性及基本工作原理和應用電路。掌握電路與模擬電路的實驗與實踐技能，并了解本課程在生產實踐中的相關應用。

（2）能力目標，即通過電路與模擬電子技術的教學和實驗技能的訓練，使學生掌握本專業所必須具備的電路基本概念、基本規律和基本方法，訓練基本的實驗技能，為學習電子設計、數字電路、傳感器等后續課程及從事實際工作和科學研究做必要的準備。本課程在培養學生分析、解決電路和電子線路問題的能力等方面具有重要作用。

2 教學改革與實踐

為適應醫學院校應用型人才培養方案，提升學生的核心競爭力，后續需要開設更多的專業課程。模擬電子技術從剛開始設立的總72學時減少到48學時，分別是理論40學時，實驗8學時。關于本校物聯網工程專業的學生前期預備知識的調查，通過與該班的班主任、前任教師、班委以及個別同學的交流，了解到該專業學生來自全國各個省市，均屬理科高考生，大多數人對電路有一定的興趣。在學習能力方面，該班學生的分析推理能力較強。授課對象為大二學生，這些學生已經完成了大學物理和高等數學的學習，具有一定的專業基礎。因此，在電路基礎部分，選出最基本的教學內容重點闌述，確保學生掌握電路的基本原理和電路基本分析方法，為后續模擬電子技術和數字邏輯部分的學習打下扎實的基礎。在模擬電子技術部分的授課過程中，應突出集成電路的應用，將難點分散，強調學生對于該部分基本概念、基本原理的理解，以及基本分析方法的掌握與應用，減少不必要或復雜的數學推導。

對于模擬電子技術實驗部分，由原先的運用模擬電子技術實驗箱調整為借助計算機完成實驗，利用仿真軟件理解和加深所學知識。利用虛擬仿真軟件進行實驗，也是實驗教學改革的大勢所趨，特別是近幾年由于新冠疫情的出現，教師進行線上教學，理論課程的線上授課基本能夠滿足教學需求，但在實驗室關閉時期無法正常進行實驗，往年需等學生返校后補做相關實驗，但延遲實驗的弊端在于達不到理論與實驗相結合所要求的教學效果，學生對于相關知識點的理解也不會很透徹。除此之外，實驗室的儀器使用周期較長，部分實驗儀器出現老化及損壞，導致實驗成功率降低，效率降低。而利用仿真軟件進行實驗，可以不受地點和時間的限制，學生可以在個人電腦上安裝軟件，隨時進行相關實驗，且次數不限，也不會出現損壞及老化現象，成本低，容錯率高。仿真軟件的另一個優勢就是將實驗室引入課堂，仿真軟件類似一個虛擬實驗室，將理論與實踐相結合不僅能調動學生的學習積極性，也有助于學生對理論知識的理解。在課堂講授的同時，利用軟件仿真，通過理論與仿真結果比較，可以加深學生對該知識點的認識。此舉不僅解決了有限的課時和需要大量實驗學時之間的矛盾，更有利于充分發揮學生的主觀能動性，利用自己的課余時間完成學習內容。

在講解模擬電子技術實驗部分時，加入比賽（如全國大學生競賽藍橋杯等）相關內容的介紹，使學生了解比賽規則及內容，可以激發學生的學習興趣，以賽促學，同時對于教師自身也具有以賽促教的效果，便于教師補充相關知識。

3 教學改革成果的應用及成效

模擬電子技術是一門實踐性非常強的課程，對于物聯網工程專業的學生來說這門課程十分重要，學校選擇的教材是電子工業出版社出版的《電路與模擬電子技術》，該教材包含電路和模擬電子技術兩部分，還帶有習題冊及仿真實驗部分。在傳統課堂教學中，學生面對復雜的電路圖會感到枯燥和無趣，很難激發學生的學習興趣。通過以上改革與實踐，可以充分發揮學生在學習過程中的主動性、積極性和創造性，提高教師的課堂教學效率。目前，網上的教學資源非常豐富，教會學生如何利用好網絡資源，也是當前高等院校教學改革的關鍵所在，虛擬仿真技術發揮了其巨大優勢，促進了信息技術與課程的整合，增強了學生的自主學習能力和辨證能力。該模式打破了傳統講授模式，以重、難點為教學核心，教師圍繞核心進行講解；突破教材范圍，教師合理結合現代研究成果進行講授；注重師生互動，努力創造活躍的課堂氛圍。通過改革，可以使模擬電子技術的理論教學真正服務于模擬電路的實驗教學，真正做到理論與實踐操作相結合，做到以學生職業發展為中心，以設計性和創新性為主。鼓勵物聯網工程專業學生參加電子類全國大學生競賽，學生利用競賽提高知識儲備，教師通過競賽補充教學內容。

4 結 語

模擬電子技術是物聯網工程專業的一門核心專業基礎課程，將該課程分為理論教學和實驗教學兩部分。通過近些年對該門課程的改革與實踐，利用多媒體與課堂板書的模式進行理論教學可以幫助學生理解本門課的基本概念和原理。實驗部分采用虛擬仿真軟件進行教學，并指導學生參加相關競賽，在激發學生學習興趣的同時提高了學生的動手實踐能力，以賽促學和以賽促教的方式對于理工類且需實驗的相關課程也同樣具有良好的借鑒作用。