2021-4-9 | 电子技术论文
本文作者：刘浩 任立红 唐莉萍 单位：东华大学信息学院
课程内容体系的更新
“模拟电子技术基础”课程需要在有限的学时内（理论教学64学时，实验20学时）使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。新修订的课程内容体系更加注重理论教学与实践教学的衔接，在保证经典理论的基础上重点讲授集成运放组成的各种信号运算、信号处理和信号产生电路，并延伸到模拟集成电路和模数混合系统等内容，培养学生系统级的分析与设计能力。理论教学应简化器件内部机理的介绍，弱化缺乏工程背景的解题技巧及公式记忆，强化器件的组合应用与接口扩展机制，加强主流新技术的探讨；实践教学应重点引入研究型和设计型实践教学环节，为此出版了课程配套的“十一五”规划实验教材《电子技术实验与模拟电子技术课程设计》。目前，多媒体教学和电子设计自动化（EDA）的发展使得教学辅助软件能够融入课堂，为学生丰富的探索和实践提供了现代化手段。适用于该课程的研究型教学辅助软件包括EDA仿真软件Multisim、Proteus和工程计算软件Matlab、MathCAD。[4]在此基础上，笔者将EDA仿真作为理论课的工具及学生进行硬件实验的前提，建立了“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式，以保证研究型教学落到实处。
教学方法与教学手段的改进
随着信息技术的发展，世界各国高校都在大力开展网络化教学应用，然而海量的数字化资源会使学生感到无所适从。为此，笔者通过网络辅助教学平台给学生提供少而精的数字化资源，与课堂教学相辅相成。除了教学大纲、教学日历和教学课件，网络辅助教学平台提供的数字化教学资源还包括教学辅助软件、往届试卷及答案详解、国家级电子技术精品课程和国际一流大学电子技术课程的网址，方便学生进行自主学习。网络辅助教学平台还提供与课程相关的在线辅导答疑，并通过微博、QQ群、飞信群等网络互动方式开展忆阻器、在系统可编程模拟器件、新型传感器等前沿技术的专题讨论，并让学生通过网络调查模拟电子技术的相关专利与应用，撰写调研报告，促进学生开展研究性学习。EDA技术是电子设计领域的一场革命，改变了以变量估算和硬件实验为基础的电路设计方法。在理论教学中引入重点内容的EDA仿真演示，有利于快捷地将理论性和应用性融于一体，实现理论教学的拓展，并为实践教学打下基础。由于学时与场所限制，教师需要在备课时充分考虑课堂投影演示与本机显示的不同，精心设计演示范例与互动环节，引导学生思考，由学生得出结论，并事先做好演示范例的中间版本以便重点演示关键步骤。
例如，笔者在课堂上利用EDA仿真软件边演示边讲解电路引入负反馈前后各种参数、输入输出信号波形、频率响应特性的异同，学生通过直观的比较加深了对负反馈作用的理解。此外，笔者在布置书面作业时还鼓励学生对作业中的疑难问题进行仿真，并在作业本上写出心得体会。现行的理论教学往往只讲器件和基础电路，很少涉及如何由各种元器件通过某种联结组成一个实用系统。笔者在绪论课中就结合实际阐明电路系统的组成及各部分的作用，并给出简图；之后课程中每一个新内容都会回到系统简图上来，逐渐深化、细化，并引导学生寻找反例，这样不但使学生建立了系统的概念，而且能够举一反三。在EDA的辅助下，学生对各种电路无须精确的理论计算，但要掌握近似估算的方法，弄清楚电路系统的设计思路及其局限性、性能指标的折衷考虑。要注意各章节之间的相互配合和衔接，坚持培养学生“系统化模拟电路”的定性思维，强化以集成运放为基础的知识体系，使学生建立系统观念、工程观念，学会定性分析与辩证的思维方法。
多层次的实践教学
研究型教学是理论和实践有机结合的一种教学方式。然而由于学时、实验条件的限制，课内实验的教学效果难以达到预期目标，利用EDA软件开展虚拟实验能够弥补当前课内实验的不足。目前EDA软件的种类很多，其中Multisim软件提供了多种常用的虚拟电子仪器与元器件，特别适合于模拟电路系统的虚拟实验。[5]学生可以通过这些仪器观察电路的运行状态，查看电路的仿真结果，许多设置、使用和读数与实际的测量仪器类似。因此，课内实验是首先在EDA实验室安排了一节课的Multisim认识实习，随后按教学日历分为基础实验、综合实验、课程设计三个阶段。各阶段都增加了相应的仿真设计内容。在课内实验之前，笔者要求学生预习实验内容并进行Multisim仿真及课外研究，再进入实验室通过仪器设备进行实际的硬件操作。虚拟实验和硬件实验不可重此轻彼，而应软硬结合。笔者通过实验课件的演示减少讲解时间，让学生有更多的时间用于实际操作与硬件调试。这种“理论•仿真•硬件”相互融合的教学模式将仿真考核和课外研究作为实验成绩的重要部分，增强了学生对理论知识的理解与掌握，提高了学生的仿真能力、设计能力和系统调试能力。
研究型教学需要一种类似科学研究的氛围以及一对一的师生互动。综合实验和课程设计能够较好地弥补理论教学大班授课的不足。有限的学时在一定程度上制约了实践教学的深入开展，为此笔者压缩了前期验证型基础实验的次数，在实验课程的后期安排了三次融合整学期知识点的综合实验，帮助学生强化“系统化模拟电路”的定性思维。期末的课程设计则由指导教师布置若干难度适中的研究课题，要求学生从查阅资料开始自主进行电路设计，对设计的电路进行仿真分析，经教师审查后方可选购器件，安装调试电路，测量各种参数，进行实验分析，提出改进意见，并根据规范格式书写课程设计报告，完成一次较完整的工程研究训练。鼓励学生进一步拓展课程设计内容并发表科技小论文，在课程设计中表现突出的学生将被选拔参加各种课外科技活动和竞赛。
结束语
研究型教学是面向创新型国家建设的新型教学实践活动，也是创建高水平大学的重要途径。本文以“模拟电子技术基础”课程为例，从教改思路、内容体系、教学方法及实践环节等多个方面探讨了研究型教学改革的具体措施和方法，建立了学生为主体、教师为向导的教学模式。教学实践表明，这些改革措施有效地调动了学生探索学习的积极性和主动性，提高了电类本科生的科学素养与创新能力。