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【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 模擬電路 發(fā)展
1 前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步,電子信息產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,逐漸滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)軍事領(lǐng)域也有著深遠(yuǎn)的影響,改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)模式,在現(xiàn)代國(guó)防中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,其在其在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用也彰顯了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)防水平。
作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),知識(shí)、技術(shù)和資本是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的三個(gè)重要因素,它彰顯了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)制造業(yè)的整體水平,也是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。就我國(guó)目前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀而言,我國(guó)正處于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時(shí)期。如何平衡新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),達(dá)到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展,解決目前政府資本過(guò)剩、內(nèi)需不足、市場(chǎng)疲軟等宏觀經(jīng)濟(jì)問(wèn)題是我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。而加速電子信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展,對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加就業(yè)率、提升就業(yè)水平具有重要作用是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的最好辦法。
電子電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要限制因素。電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開(kāi)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。生產(chǎn)技術(shù)的提高及加工工藝的改進(jìn)加快了集成電路的更新速度,也為電子信息產(chǎn)業(yè)注入了蓬勃的朝氣以及更加旺盛的生命力,使其得以快速發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能的不同,電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。
2 模擬電路
模擬電路是一種針對(duì)模擬信號(hào)(幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào))行傳輸或處理的電子電路。它主要是利用電流或電壓對(duì)真實(shí)信號(hào)進(jìn)行模擬,使其等比例的再現(xiàn)。如調(diào)幅/調(diào)頻的收音機(jī),接收處理無(wú)線(xiàn)電廣播信號(hào),然后經(jīng)過(guò)一系列的混頻、放大、解調(diào)等過(guò)程,最終完成音樂(lè)的播放和新聞等的報(bào)道。模擬電路在生活中的應(yīng)用非常廣泛,如晶體管小信號(hào)放大器,低頻功率放大器,負(fù)反饋放大器,MOS 集成運(yùn)放,諧振放大器,直流穩(wěn)壓電源等。都是用模擬電路制作的。
模擬電路的設(shè)計(jì)過(guò)程比較復(fù)雜,其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于電路參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)的基本流程主要包括以下幾個(gè)方面:
2.1 系統(tǒng)定義
系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計(jì)的基本前提。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,模擬電路設(shè)計(jì)工程師需要對(duì)電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義,并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。
2.2 電路設(shè)計(jì)
電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)模擬電路需要實(shí)現(xiàn)的功能要求、設(shè)計(jì)規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)選擇合適的電路結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。針對(duì)模擬電路的設(shè)計(jì),目前暫時(shí)沒(méi)有可以利用的比較成熟的設(shè)計(jì)軟件,因此,只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計(jì)的難度,限制了模擬電路的發(fā)展速度。
2.3 電路仿真
電路仿真是模擬電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié),是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一個(gè)重要依據(jù)。工程師根據(jù)仿真結(jié)果,不斷對(duì)電路進(jìn)行修改和調(diào)整,直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法,直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等
2.4 版圖實(shí)現(xiàn)
版圖將電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后,設(shè)計(jì)工程師對(duì)設(shè)計(jì)的模擬電路進(jìn)行物理幾何性的描述,將其轉(zhuǎn)換成圖形格式,以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。
2.5 物理驗(yàn)證
在物理驗(yàn)證階段,需要對(duì)設(shè)計(jì)的模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)。設(shè)計(jì)規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計(jì)規(guī)則的基礎(chǔ)上對(duì)其最小線(xiàn)寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進(jìn)行檢查,衡量版圖工藝實(shí)現(xiàn)上的可行性。此外,還要對(duì)版圖與電路圖的一致性進(jìn)行檢查(LVS)??梢岳肔VS工具提取版圖的參數(shù),將得到的電路圖與原電路設(shè)計(jì)圖進(jìn)行比較,保證版圖與原電路設(shè)計(jì)的一致性。
2.6 寄生參數(shù)提取后仿真
在版圖之前進(jìn)行的電路設(shè)計(jì)的仿真稱(chēng)之為“前仿真”,“前仿真”都是比較理想的仿真,沒(méi)有考慮到連線(xiàn)的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進(jìn)行的電路仿真稱(chēng)之為“后仿真”,只有當(dāng)后仿真的仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)及系統(tǒng)功能要求,電路的設(shè)計(jì)工作才算完成。寄生參數(shù)對(duì)模擬電路的影響較大,前仿真的仿真結(jié)果滿(mǎn)足的情況下,后仿真結(jié)果卻無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此,設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進(jìn)行晶體管參數(shù)的修改,有時(shí)甚至要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整,直至后仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
目前,模擬電路設(shè)計(jì)難度高且比較復(fù)雜,使用的EDA工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對(duì)落后,且在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行頻繁的人工干預(yù),對(duì)寄生參數(shù)等比較敏感等,這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展,導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對(duì)緩慢。
3 數(shù)字電路
關(guān)鍵詞:模擬電子技術(shù);課程內(nèi)容體系;實(shí)踐教學(xué)
中圖分類(lèi)號(hào):G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2011)19-4758-02
Study and Practice on the Teaching Innovation of Simulation Electronic Technology Course
LIN Jian-yu
(Information Engineering Department of Changzhou Radio and Television University, Changzhou 213001, China)
Abstract: Simulation Electronic Technology Course is the important major course of electronic majors in higher vocational colleges, whose engineering and practicality is very strong. Deal with the problem in the teaching of the Simulation Electronic Technology Course, this article determines the guiding ideology of teaching reform, puts forward proposals in the aspect of the actuality and characteristic of the course, the construction of the curriculum content system, teaching manners and artifices.
Key words: simulation electronic technology; curriculum content system; practice teaching
作為高職院校電子、自動(dòng)化和通信類(lèi)等專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程,《模擬電子技術(shù)》具有知識(shí)密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。為了適應(yīng)高等職業(yè)技術(shù)教育的目標(biāo)定位和職業(yè)崗位群的需求,《模擬電子技術(shù)》課程的教學(xué)應(yīng)具有先進(jìn)性、職業(yè)性和適用性,幫助學(xué)生形成該職業(yè)領(lǐng)域的素養(yǎng)與能力,并奠定個(gè)人的職業(yè)生涯基礎(chǔ)。
1 課程現(xiàn)狀和特點(diǎn)
《模擬電子技術(shù)》課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生獲得從事電子技術(shù)工作必須具備的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生掌握基本單元電路的原理和應(yīng)用,具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路、測(cè)試和調(diào)試電路、排除電路故障的能力,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事本專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。
通過(guò)對(duì)近幾年就業(yè)的電子類(lèi)學(xué)生調(diào)研發(fā)現(xiàn),普遍存在綜合職業(yè)素質(zhì)較低,獨(dú)立工作能力不強(qiáng)的現(xiàn)象。具體體現(xiàn)在:典型電路故障排除能力欠缺,電路分析和工作過(guò)程不明確,電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)潛力不足。造成這種狀況的原因是:電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用涉及電路、元器件、工藝、應(yīng)用環(huán)境等多方面因素,學(xué)生不能靈活地將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際中,理論教學(xué)體系與實(shí)踐教學(xué)、工程應(yīng)用脫節(jié),缺乏系統(tǒng)性和完整性。
《模擬電子技術(shù)》課程有以下特點(diǎn):基本概念多、元器件種類(lèi)多、電路形式多、分析方法多?;谶@些特點(diǎn),課程內(nèi)容不能面面俱到、主次不清,應(yīng)立足服務(wù)生產(chǎn),培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才的目標(biāo),改變傳統(tǒng)的以傳授理論知識(shí)為本位的教學(xué)思想,打破學(xué)科體系,進(jìn)行教學(xué)改革,突出以能力本位的高職教育特色。
2 課程內(nèi)容體系的重構(gòu)
課程內(nèi)容體系的構(gòu)建,應(yīng)遵循行業(yè)內(nèi)技術(shù)通用、與新技術(shù)新工藝同步的原則,既要有系統(tǒng)的理論指導(dǎo),又可以使學(xué)生在實(shí)踐中不斷積累工程經(jīng)驗(yàn)和培養(yǎng)職業(yè)技能,通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)達(dá)到本職業(yè)崗位群的相關(guān)要求。
2.1 以項(xiàng)目教學(xué)為主的課堂教學(xué)體系設(shè)計(jì)
以項(xiàng)目教學(xué)為主的教學(xué)模式,強(qiáng)調(diào)以典型工程項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容的切入點(diǎn),創(chuàng)建工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情境,通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng),在探究完成任務(wù)的方法或解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。這種教學(xué)模式使學(xué)生成為教學(xué)的主體,大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣。
《模擬電子技術(shù)》課程主要由常用電子元器件,常用電子儀器儀表,基本單元電路,電子測(cè)量技術(shù),電子產(chǎn)品裝配工藝,電子產(chǎn)品裝配、調(diào)式與維修等內(nèi)容組成。在構(gòu)建項(xiàng)目教學(xué)體系時(shí),應(yīng)針對(duì)各專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),強(qiáng)調(diào)職業(yè)導(dǎo)向、能力本位,精心組織每一項(xiàng)目的內(nèi)容,使每一項(xiàng)目整合電子儀器儀表、電子工藝、電子測(cè)量、電路等相關(guān)課程的內(nèi)容;項(xiàng)目載體要具有典型性、實(shí)用性、綜合性和先進(jìn)性,既能客觀反映工程實(shí)際,又能涵蓋《模擬電子技術(shù)》課程的主要教學(xué)內(nèi)容。使學(xué)生通過(guò)各項(xiàng)目的學(xué)習(xí),能自己動(dòng)手、動(dòng)腦去解決實(shí)際問(wèn)題,具有某一領(lǐng)域的職業(yè)技能。
我們從工程實(shí)際中精選了七個(gè)典型項(xiàng)目:光控電子開(kāi)關(guān)、音頻放大器、信號(hào)發(fā)生器、時(shí)針控制器、可調(diào)穩(wěn)壓電源、擴(kuò)音機(jī)、溫度控制器,以七個(gè)項(xiàng)目為主線(xiàn),再以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式引入相關(guān)知識(shí)點(diǎn),基本上涵蓋了《模擬電子技術(shù)》課程的全部教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)這七個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作,學(xué)生的綜合職業(yè)能力和創(chuàng)新能力得到了顯著的提高。
2.2 與EDA技術(shù)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)為平臺(tái),對(duì)電子電路、系統(tǒng)或芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。它融合了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、信息分析與信號(hào)處理等理論與技術(shù)的最新成果。通過(guò)EDA技術(shù),設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上完成電路的布局布線(xiàn)、綜合優(yōu)化、邏輯編譯、性能分析、動(dòng)態(tài)仿真等工作[1]。
EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,使實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入課堂成為可能。教師可以通過(guò)EDA軟件,進(jìn)行模擬和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),將一些抽象的概念和理論以圖形或曲線(xiàn)的形式表達(dá)出來(lái),使之形象化、具體化。學(xué)生也可以自己動(dòng)手,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的電路分析能力、電路設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力起著至關(guān)重要的作用。在眾多的EDA工具軟件中,常用的有EWB、Multisim、Proteus等,可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要選擇合適的工具軟件。
EWB(Electronics Workbench)是用于電路設(shè)計(jì)和仿真的軟件,它以SPICE仿真模型為基礎(chǔ),提供了一個(gè)集成化的模擬和數(shù)字電路的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,具有界面直觀、操作方便、元器件豐富等特點(diǎn)[2],可進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)、交互式仿真、集成測(cè)試等,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際調(diào)試結(jié)果相似,可滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。
關(guān)鍵詞: 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) EWB 綜合性設(shè)計(jì)課題
1.引言
電子技術(shù)課程是電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)十分重要的基礎(chǔ)課程,目前我校電氣、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)均采用了高等教育出版社出版康華光主編的教材《模擬電子技術(shù)》(第五版)和閆石主編的教材《數(shù)字電子技術(shù)》(第五版)。這些教材作為電子技術(shù)的經(jīng)典教材,帶給學(xué)生很豐富的基礎(chǔ)理論知識(shí)。但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不僅需要大學(xué)生掌握電子技術(shù)的基本原理,更要求他們結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和需求,掌握電子技術(shù)方面課題的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,尤其是要結(jié)合計(jì)算機(jī)完成方案選擇、方案實(shí)現(xiàn)及分析論證的過(guò)程。因此利用現(xiàn)有資源加深學(xué)生對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解,正是電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的主要目的。
2.EWB概述
Electronics Workbench(簡(jiǎn)稱(chēng)EWB)以SPICE3F5為模擬軟件的核心,增強(qiáng)了數(shù)字及混合信號(hào)模擬方面的功能,是一個(gè)用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺(tái)”。
EWB軟件提供電路設(shè)計(jì)和性能仿真所需的數(shù)千種元器件和各種元器件的理想?yún)?shù),同時(shí)用戶(hù)還可以根據(jù)需要新建或擴(kuò)充元器件庫(kù)。它提供直流、交流、暫態(tài)的13種分析功能。另外,它可以對(duì)被仿真電路中的元器件設(shè)置各種故障,如開(kāi)路、短路和不同程度的漏電,以觀察不同故障情況下電路的狀態(tài)。EWB軟件輸出方式靈活,在仿真的同時(shí)它可以?xún)?chǔ)存測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。由于它具有磁盤(pán)占用空間小、對(duì)計(jì)算機(jī)要求低和運(yùn)行速度快等特點(diǎn),有助于對(duì)所學(xué)電子技術(shù)知識(shí)的掌握,提高對(duì)電路的分析能力和學(xué)生的創(chuàng)新能力,因此EWB是目前高校在電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一種電路仿真軟件。
此外,EWB軟件界面形象直觀,操作方便,采用圖形方式創(chuàng)建電路和提供交互式仿真過(guò)程。創(chuàng)建電路需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕中選取,且元器件和儀器的圖形與實(shí)物外形非常相似,因此極易學(xué)習(xí)和操作。由于它所具有的這些特點(diǎn),我們選擇將它作為電子技術(shù)仿真設(shè)計(jì)的操作軟件。
3.基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)
基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)主要涉及基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn),針對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)要求及大綱的設(shè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,我們有針對(duì)性地提取出電子技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),給出了一些練習(xí)習(xí)題,希望學(xué)生首先能讀懂電路,其次能在EWB軟件環(huán)境下仿真運(yùn)行電子電路,觀察運(yùn)行過(guò)程和結(jié)果,找出并排除故障。在習(xí)題練習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生既熟悉了EWB軟件,又加深了基礎(chǔ)點(diǎn)知識(shí)的掌握,因此筆者最后給出了總的設(shè)計(jì)方案,讓學(xué)生運(yùn)用前述經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)、仿真運(yùn)行、調(diào)試改善,完成一次完整的電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn),同時(shí)也為下一步設(shè)計(jì)方案的硬件實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。
根據(jù)我校電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程大綱要求,電子技術(shù)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)包括單級(jí)及多級(jí)放大電路、直流電源電路、功率放大電路、運(yùn)送放大器及其應(yīng)用、基本邏輯關(guān)系、組合邏輯電路及應(yīng)用、時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用等。這里給出兩個(gè)習(xí)題。
(1)電源、整流和穩(wěn)壓電路
穩(wěn)壓電源電路如圖1所示。220V、50Hz的電源經(jīng)變壓器降壓、全波整流和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓,在輸出端得到一個(gè)12V的穩(wěn)定的直流電壓,運(yùn)行該電路,如有故障則需分析原因并排除。該習(xí)題任務(wù)之一為變壓器參數(shù)設(shè)計(jì),任務(wù)之二為討論濾波電容C的大小與好壞對(duì)電路穩(wěn)定效果的影響,任務(wù)之三為討論電位器Rw調(diào)節(jié)的位置對(duì)電路輸出電壓的影響。
首先要求學(xué)生在EWB軟件環(huán)境中建立如上圖所示的穩(wěn)壓電源電路,此過(guò)程可以幫助學(xué)生逐漸熟悉EWB軟件的基本操作。但其實(shí)該電路并不是一個(gè)完美的電路,運(yùn)行過(guò)程會(huì)出現(xiàn)故障,此時(shí)需要學(xué)生通過(guò)理論知識(shí)的分析,來(lái)分析故障產(chǎn)生的原因,并通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的某些元件參數(shù)加以改正。因此通過(guò)該習(xí)題的仿真,學(xué)生不僅初步建立了對(duì)EWB仿真軟件的認(rèn)識(shí),掌握了其基本使用方法,而且需要重新溫習(xí)有關(guān)穩(wěn)壓電源電路的理論知識(shí),借此加深了解變壓器設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)選擇,加深了對(duì)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的理解,并提高了電路故障的排除技能,掌握了示波器、電壓表、電流表及萬(wàn)用表的使用方法。
(2)數(shù)字電路邏輯關(guān)系測(cè)試
數(shù)字電路如圖2所示,任務(wù)為寫(xiě)該圖電路的邏輯狀態(tài)表、邏輯函數(shù)表達(dá)式,并進(jìn)行化簡(jiǎn)。
在EWB環(huán)境中按圖建立數(shù)字電路圖,運(yùn)行、記錄輸出與輸入之間的關(guān)系,構(gòu)成真值表,以此測(cè)試該數(shù)字電路的邏輯關(guān)系。習(xí)題目的為希望學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解數(shù)字電路的功能和測(cè)試方法,掌握邏輯函數(shù)的不同表示方法,熟悉、掌握電路仿真的操作技術(shù)。
4.綜合性設(shè)計(jì)課題
模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)各有側(cè)重點(diǎn),參加課程設(shè)計(jì)的學(xué)生數(shù)目眾多,而文章篇幅有限,因此在這里我們僅給出兩個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)課題為例。
(1)模擬電子技術(shù)部分
設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)用于晶體管收音機(jī)的功放電路,滿(mǎn)足一定的要求,如由220V交流電源供電;有一定的選頻功能,如要求通過(guò)信號(hào)的頻率范圍為(20Hz~2kHz);有一定的放大倍數(shù),如前級(jí)和后級(jí)的放大倍數(shù)分別為20和60,在此不一一贅述。
參考步驟為:調(diào)研、查找并收集資料,列出參考資料目錄;繪制電氣原理圖;按所給定的功能要求進(jìn)行參數(shù)計(jì)算,列出元器件明細(xì)表;在EWB軟件環(huán)境中創(chuàng)建需要進(jìn)行仿真分析的電路圖;仿真運(yùn)行,觀察運(yùn)行過(guò)程及結(jié)果,進(jìn)行放大電路的直流工作點(diǎn)分析,進(jìn)行交流頻率分析,并記錄中間數(shù)據(jù);記錄運(yùn)行過(guò)程中的故障,分析原因,調(diào)整方案及參數(shù)直至滿(mǎn)足全部要求。
(2)數(shù)字電子技術(shù)部分
設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)符合實(shí)際的交通信號(hào)燈。
參考步驟為:分析設(shè)計(jì)要求,列出狀態(tài)表,寫(xiě)表達(dá)式,畫(huà)出數(shù)字電路圖,仿真運(yùn)行,調(diào)試直至符合要求。
5.結(jié)語(yǔ)
對(duì)于電氣自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),掌握了電子技術(shù)的課堂知識(shí),還需要實(shí)踐來(lái)加深對(duì)該門(mén)課程知識(shí)的理解,而電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)作為從課堂到實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)橋梁,能很好地發(fā)揮過(guò)渡作用,既能使得學(xué)生從課堂下來(lái)以后得到一個(gè)緩沖,加深對(duì)課堂知識(shí)的理解,又能培養(yǎng)學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前已經(jīng)掌握初步的電子電路的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技能,為動(dòng)手完成自己的實(shí)際作品打下較好的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)專(zhuān)業(yè)課程大綱要求,給出了若干個(gè)課程設(shè)計(jì)的習(xí)題及設(shè)計(jì)方案,希望學(xué)生通過(guò)這些設(shè)計(jì)任務(wù)掌握該部分的知識(shí)和技能。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:課程改革;課程體系;電類(lèi)基礎(chǔ)課程
一、課程改革的背景
國(guó)內(nèi)理工科類(lèi)高校普遍開(kāi)設(shè)有電路原理、電路原理實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等技術(shù)基礎(chǔ)課程,這些課程的對(duì)象和研究的問(wèn)題都面向電子電氣工程環(huán)境,相關(guān)的后續(xù)課程都需要電路和電子電路等方面的扎實(shí)知識(shí)。
目前,國(guó)內(nèi)電類(lèi)基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系基本上采取“串行”方式,課程的一般路徑是從“電路原理”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“信號(hào)與系統(tǒng)”、“電磁場(chǎng)”順序進(jìn)行的,甚至有嚴(yán)格的預(yù)修要求。各門(mén)課程有規(guī)范的內(nèi)容體系,有標(biāo)準(zhǔn)的課時(shí)安排,且由各自的課程和教材建設(shè)組織(研究會(huì))來(lái)統(tǒng)一研討安排。因此,課程各自形成比較完整但相對(duì)封閉的知識(shí)體系,相互之間的銜接和聯(lián)系并不緊密,采用的理論體系和分析設(shè)計(jì)方法在風(fēng)格上各不相同。電路模型與實(shí)際器件等研究對(duì)象常常被分置于多門(mén)課程來(lái)組課,按照傳統(tǒng)方式把這些基本概念分散在電路和模擬電子技術(shù)兩門(mén)課程的教學(xué)體系中有可能把學(xué)生引入誤區(qū)。
各門(mén)課程相互獨(dú)立地建設(shè)和實(shí)施,造成“講授得越來(lái)越多,教會(huì)得越來(lái)越少”,“碎片式的知識(shí)越來(lái)越多,關(guān)聯(lián)性的思維能力越來(lái)越弱”。自成體系的課程越多,學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格越容易被牽引到以收斂型為主的思維。
國(guó)外的技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及面基本但很寬泛,常采取分析與設(shè)計(jì)并重、理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)方法,每個(gè)知識(shí)單元中均有分析和設(shè)計(jì)題目,作業(yè)和實(shí)驗(yàn)中也有設(shè)計(jì)問(wèn)題。而在國(guó)內(nèi)的課程中,由于內(nèi)容單純且偏理論和理想化,設(shè)計(jì)性題目較難安排。因此,構(gòu)建協(xié)調(diào)統(tǒng)一的知識(shí)體系,凝練教學(xué)內(nèi)容,以適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),積極思考,激發(fā)實(shí)踐創(chuàng)新熱情已經(jīng)刻不容緩。
隨著“多形式寬口徑”的人才培養(yǎng)體系和“基礎(chǔ)寬厚、專(zhuān)業(yè)自主、復(fù)合交叉、鼓勵(lì)探究”的培養(yǎng)模式的不斷推進(jìn),以及大類(lèi)培養(yǎng)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求,基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)體系與內(nèi)容優(yōu)化成為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院針對(duì)電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程體系、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法進(jìn)行了有益的嘗試,通過(guò)愛(ài)迪生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的教學(xué)實(shí)踐,取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)。
二、改革的理念與目標(biāo)
目前,國(guó)內(nèi)外高校建設(shè)電類(lèi)基礎(chǔ)課程的指導(dǎo)思想與課程體系結(jié)構(gòu)的取向有關(guān),大致可分為兩種。一種源于“基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課”的課程體系結(jié)構(gòu),是將其作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,服務(wù)于專(zhuān)業(yè)的需求。以電路原理課程的改革為例,電子信息為主的學(xué)校,主要照顧到與電子技術(shù)的發(fā)展與后續(xù)知識(shí)的銜接,因此電路課程與電子技術(shù)課程的結(jié)合較為緊密。強(qiáng)電類(lèi)為主的學(xué)校,電路課程則與控制理論、電磁場(chǎng)等課程結(jié)合較多。受原蘇聯(lián)課程體系的影響,我國(guó)大多高校屬于這種情況。另一種對(duì)應(yīng)于“通識(shí)課、核心課”的課程體系,則是將技術(shù)基礎(chǔ)課程的核心知識(shí)綜合化、整體化、通識(shí)化。美國(guó)知名高校均采取這種方式建設(shè)電類(lèi)基礎(chǔ)課程。以麻省理工學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系為例,在其課程中沒(méi)有單純以電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)命名的課程,而是將其交叉融合在相關(guān)課程中。其課程內(nèi)容基本但是很寬泛,覆蓋面廣,交叉性強(qiáng),往往覆蓋了國(guó)內(nèi)多門(mén)課程。對(duì)應(yīng)于我國(guó)的電子電氣基礎(chǔ)課程,在MIT分散成三部分:基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)、高級(jí)。其基礎(chǔ)部分是多門(mén)課程基礎(chǔ)知識(shí)的集成,實(shí)驗(yàn)課綜合了理論分析和實(shí)驗(yàn),而高層次的課程與專(zhuān)業(yè)課程接軌。
國(guó)內(nèi)的一些“985工程”高校正逐漸推進(jìn)大類(lèi)招生、寬口徑培養(yǎng)以及通識(shí)教育。浙江大學(xué)自2002年至今,尤其是近幾年,更是不斷地深化通識(shí)教育,并積極推進(jìn)相應(yīng)的課程建設(shè),因此激發(fā)我們不斷深入地思考電類(lèi)基礎(chǔ)課程的建設(shè),參考國(guó)外名校課程改革的經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)情,我們對(duì)電類(lèi)基礎(chǔ)課程的定位和建設(shè)進(jìn)行了認(rèn)真的思考,并確立了課程建設(shè)的指導(dǎo)方針:
(I)保留課程與其他課程的關(guān)聯(lián)性,突破原課程縱向條狀分割,按知識(shí)的遞進(jìn)層次進(jìn)行橫向聯(lián)合構(gòu)建。
(2)淡化各門(mén)課程各自體系的完整性和獨(dú)立性,打破課程類(lèi)別的間隔,按照工程實(shí)踐需求交融構(gòu)建。
(3)減少課程門(mén)數(shù),加強(qiáng)課程知識(shí)的覆蓋面,交叉性和系統(tǒng)性,理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。
(4)將課程按照基礎(chǔ)和高級(jí)劃分開(kāi),基礎(chǔ)部分要求精煉簡(jiǎn)化,通識(shí)化。高級(jí)部分與專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)接軌體現(xiàn)科技發(fā)展。課程內(nèi)容在不同的新課程中重復(fù)出現(xiàn),有利于知識(shí)的牢固掌握。且每次出現(xiàn)并不是簡(jiǎn)單地重復(fù),而是有層次的遞進(jìn)。
(5)一些實(shí)踐性強(qiáng)的課程以實(shí)驗(yàn)課或設(shè)計(jì)課的形式開(kāi)設(shè),以實(shí)驗(yàn)為主,理論講述為輔;加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。
(6)在理論課中增加綜合練習(xí)或課程設(shè)計(jì),強(qiáng)化對(duì)知識(shí)體系的理解、綜合和應(yīng)用。
(7)電路原理與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)打通,以基本實(shí)驗(yàn)和單元電路實(shí)驗(yàn)的形式重新構(gòu)造。
(8)采用各種手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生拓展思維、積極探索。
三、課程體系、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法調(diào)整
對(duì)應(yīng)于工程教育和國(guó)際化,以及對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求,電氣工程學(xué)院于2006年創(chuàng)建了電氣工程拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式試驗(yàn)班――愛(ài)迪生班。其核心就是電類(lèi)基礎(chǔ)課程的改革,一方面探索科學(xué)的課程體系結(jié)構(gòu),融合與精煉關(guān)聯(lián)課程以形成完整的知識(shí)體系;另一方面合理取舍經(jīng)典理論與現(xiàn)代知識(shí),并及時(shí)反映科技發(fā)展而形成的課程知識(shí)體系的更新?lián)Q代。
縱觀愛(ài)迪生班建設(shè)歷程,大致可分為三個(gè)階段。
第一階段,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力,提升動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。這一階段的課程體系結(jié)構(gòu)基本維持原樣,以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程(電路原理技術(shù)實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn))的內(nèi)涵建設(shè)為主,全方位改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。涌現(xiàn)出一批精心設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,配套的實(shí)驗(yàn)器材以及教學(xué)方法與考核方法。體現(xiàn)出愛(ài)迪生班學(xué)生在各類(lèi)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中表現(xiàn)活躍、成績(jī)良好的效果。
第二階段,將上述實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)推廣到其他課程,并進(jìn)行局部課程的整合與優(yōu)化。率先嘗試的是電路原理與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的整合。
電路與電子技術(shù)關(guān)聯(lián)化建設(shè)的理念是:將電路和電子學(xué)以統(tǒng)一的、完整的方式來(lái)處理,并建立起電路與當(dāng)今數(shù)字和模擬世界電子電路的緊密聯(lián)系。以應(yīng)用實(shí)例的形式引出電子技術(shù)的內(nèi)容,并用抽象、模型化、原理分析以及實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方式解讀其中蘊(yùn)含的電路基本理論。用電路原理中的分析方法剖析電子電路中的典型應(yīng)用電路和功能電路。
實(shí)驗(yàn)課程分成基礎(chǔ)、提高和綜合三個(gè)層面。在基礎(chǔ)層面強(qiáng)調(diào)基本技能訓(xùn)練和研究拓展性學(xué)習(xí);在第二層面強(qiáng)調(diào)功能電路的實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與調(diào)整;最后在電氣電子電路綜合實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)。
第三階段,大范圍地整合電類(lèi)基礎(chǔ)課程。逐步形成“電路分析基礎(chǔ)”(集成電路原理、模電、數(shù)電以及信號(hào)
與系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)和方法)、“模擬電子與實(shí)踐”(理論教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合,講典型電路,做該功能電路實(shí)驗(yàn),如放大、振蕩、運(yùn)算、反饋、電源、功放等功能電路)、“數(shù)字邏輯與微機(jī)原理”、“信號(hào)系統(tǒng)與數(shù)字仿真技術(shù)”等新的課程,取代以往的課程體系。
課程體系與教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整主要集中在下面幾點(diǎn):
(1)課程體系調(diào)整。將原來(lái)的電路原理甲I、電路原理甲Ⅱ、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路原理實(shí)驗(yàn)甲I、電路原理實(shí)驗(yàn)甲Ⅱ、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)六門(mén)課程整合,形成電路與電子技術(shù)、電路與電子實(shí)驗(yàn)、電氣電子綜合實(shí)驗(yàn)三門(mén)課程。
①將原來(lái)的電路原理甲I、甲II和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程以及數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中的部分內(nèi)容重新組織,形成相互交叉、融合的三段式“電路電子技術(shù)”。
②將原來(lái)的電路原理實(shí)驗(yàn)甲I、實(shí)驗(yàn)甲II和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容重新組織,形成相互交叉、融合的兩段式“電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”,并增添了“電氣電子電路綜合實(shí)驗(yàn)”?!半姎怆娮与娐肪C合實(shí)驗(yàn)”被安排在電類(lèi)系列基礎(chǔ)課程的末端授課,便于開(kāi)展較為復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)。
③加強(qiáng)動(dòng)手能力,將原來(lái)附屬于信號(hào)分析與處理以及微機(jī)原理與接口的實(shí)驗(yàn)分別獨(dú)立設(shè)課。
(2)教學(xué)內(nèi)容。電路與電子技術(shù)綜合課程的教學(xué)內(nèi)容以理論基礎(chǔ)扎實(shí),工程背景強(qiáng),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力為目標(biāo)進(jìn)行安排。
課程第一部分介紹實(shí)際電路與實(shí)際元器件的特性,提出電子電路需解決的目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題,使學(xué)生了解抽象的電路與實(shí)際的電路之間的聯(lián)系。課程第二部分主要分析研究實(shí)際電子電路的具體特性,培養(yǎng)分析電子電路的能力,對(duì)信號(hào)放大電路,反饋電路的功能與特點(diǎn),放大器的頻率特性,信號(hào)發(fā)生單元等進(jìn)行分析研究,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析實(shí)際電子電路的能力。課程第三部分的教學(xué)內(nèi)容主要包含復(fù)雜電子電路的計(jì)算(包括利用電子線(xiàn)路分析軟件的仿真計(jì)算),電子技術(shù)的綜合分析(包括電子線(xiàn)路等),電子電路的傳遞函數(shù)與系統(tǒng)建模等,這一階段主要培養(yǎng)學(xué)生以更高的層次來(lái)分析研究電氣系統(tǒng)的變化規(guī)律,為后續(xù)的進(jìn)一步深造打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。
(3)教學(xué)方法。課程教學(xué)把理論與實(shí)際工程聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生以工程問(wèn)題為背景來(lái)考慮電子電路的計(jì)算分析,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與分析解決問(wèn)題的主觀能動(dòng)性。通過(guò)優(yōu)化各課程的重點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)的連續(xù)性,使教學(xué)內(nèi)容層次化、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)化,密切結(jié)合工程。在保證教學(xué)效果前提下,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)學(xué)時(shí),既實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的少精寬新,又增加了綜合實(shí)踐環(huán)節(jié),為學(xué)生提前進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)踐提供保障。
通過(guò)課程體系以及教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整,將電類(lèi)基礎(chǔ)課程以及實(shí)驗(yàn)糅合在一起,重新組合,統(tǒng)一安排,可以有效解決目前電氣信息類(lèi)基礎(chǔ)課程存在的主要問(wèn)題:
(1)便于形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的知識(shí)體系,提升課程層次。總的學(xué)分并沒(méi)有變,但是提高了原有核心課程的層次,同時(shí)增加的課程為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(2)改革課程教學(xué)內(nèi)容和體系,把它們相互融合,從對(duì)比中認(rèn)識(shí)事物規(guī)律,以統(tǒng)一的觀點(diǎn)使學(xué)生建立完整的概念。這一改革不僅為電路課程增添了活力,讓學(xué)生盡早接觸電子線(xiàn)路方面的實(shí)際概念,而且大大節(jié)省了后續(xù)課程的講授學(xué)時(shí)。
(3)以具體的復(fù)雜應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐,做中學(xué),以實(shí)踐需求帶動(dòng)理論學(xué)習(xí)。對(duì)于寬口徑人才培養(yǎng)是一種值得考慮的方式。
(4)基于對(duì)象、基于實(shí)踐學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí),是按照知識(shí)的本來(lái)面目去學(xué)習(xí),易于理解,能很好反映課程之間的交叉和滲透,對(duì)于培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才是十分必要的。
關(guān)鍵詞:電路與模擬電子技術(shù);教學(xué)實(shí)踐;心得體會(huì)
作者簡(jiǎn)介:王玉菡(1981-),女,河北衡水人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院,講師;楊奕(1970-),男,重慶人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院,副教授。(重慶400050)
基金項(xiàng)目:本文系重慶市教委高等教育改革重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):112003)的研究成果。
中國(guó)分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2012)12-0091-02
“電路與模擬電子技術(shù)”是高等工業(yè)學(xué)校本科計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用專(zhuān)業(yè)和電子類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課,是把“電路”和“模擬電路”兩門(mén)課程合成一門(mén)的課程,同時(shí)調(diào)整了教學(xué)要求,教學(xué)學(xué)時(shí)也相應(yīng)進(jìn)行了壓縮。課程的主要任務(wù)是通過(guò)講授電路理論和電路分析方法、電子電路的分析和初步設(shè)計(jì)方法,使學(xué)生獲得必要的電路分析和模擬電子技術(shù)的基本理論、基本方法和基本技能,了解電子技術(shù)發(fā)展的概況,初步掌握電子電路的分析、設(shè)計(jì)方法,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。為提高教學(xué)質(zhì)量,本文主要結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐,闡述了筆者對(duì)教學(xué)方法改革的認(rèn)識(shí)和一些具體做法。
一、“電路與模擬電子技術(shù)”教學(xué)中存在的難點(diǎn)分析
1.如何合理分配學(xué)時(shí)
“電路與模擬電子技術(shù)”課程分電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)兩部分,教材編寫(xiě)通常是按80學(xué)時(shí)左右編寫(xiě),重慶理工大學(xué)選定的教材是由西安電子科技大學(xué)出版社出版,江曉安老師編寫(xiě)的,本科教學(xué)理論學(xué)時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)。如何針對(duì)僅有的學(xué)時(shí),合理分配教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生準(zhǔn)確理解并掌握課程的內(nèi)容,是本課程教學(xué)需解決的一大問(wèn)題。
2.如何突出把握重點(diǎn)
“電路與模擬電子技術(shù)”課程內(nèi)容多,要讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握知識(shí),就要求教師在講授課程過(guò)程中,突出重點(diǎn)內(nèi)容,便于學(xué)生課下自學(xué)和復(fù)習(xí)。
3.如何緊跟時(shí)代步伐
“電路與模擬電子技術(shù)”課程教材體系滯后,不能夠與時(shí)俱進(jìn)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今,現(xiàn)有教材沒(méi)有任何關(guān)于EWB仿真的內(nèi)容,沒(méi)有把計(jì)算機(jī)輔助分析融合到教學(xué)中。
4.如何提高學(xué)生興趣
俗話(huà)說(shuō):興趣是最好的老師。就算是再難的課程,只要有興趣,肯堅(jiān)持學(xué)習(xí),就一定能學(xué)好。關(guān)鍵是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?這就要求教師上課要靈活,不能上死課,要多聯(lián)系實(shí)際,把抽象問(wèn)題具體化,把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,把理論問(wèn)題生活化,給學(xué)生體會(huì)知識(shí)的機(jī)會(huì),只有感同身受,才能印象深刻。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
1.綜合教學(xué),化難為易,合理分配學(xué)時(shí)
課堂時(shí)間是短暫的,要在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生明白一些概念和問(wèn)題就需要教師抓住所講內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系,以點(diǎn)帶面,舉一反三,綜合運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行講解。因?yàn)檫@些知識(shí)點(diǎn)之間是有聯(lián)系的,通過(guò)多角度、多視角聯(lián)系和講授知識(shí),可以使學(xué)生印象深刻,進(jìn)而掌握知識(shí)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)筆者多次課程實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)時(shí)數(shù)最好的分配是:電路部分24學(xué)時(shí),模擬部分40學(xué)時(shí)。因?yàn)殡娐凡糠值膬?nèi)容,包括電路基本概念和定律以及電路的分析方法、電路的暫態(tài)分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析,學(xué)習(xí)起來(lái)并不費(fèi)力,很多內(nèi)容學(xué)生在“大學(xué)物理”、“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”等課程中都有所接觸,是有基礎(chǔ)的,即使自學(xué)也可以很好的掌握。而模擬電路部分內(nèi)容,由于涉及到微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、特性曲線(xiàn)以及工程中的近似等效等內(nèi)容,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較生疏,需要多花時(shí)間慢慢講解,很多學(xué)生自學(xué)也是完全不懂得。因此實(shí)踐證明講授這門(mén)課程,采用“前緊后松”的教學(xué)節(jié)奏,要把前面的進(jìn)度稍稍加快,進(jìn)入模擬電路部分后,就要慢慢講授。
2.善于引導(dǎo),因材施教,突出把握重點(diǎn)
教師在臺(tái)上固然是授課者,但是學(xué)生也不應(yīng)只是被動(dòng)接受者。授課是個(gè)交流的過(guò)程,教師要會(huì)講,善于講,善于觀察學(xué)生的反映,適時(shí)調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性。筆者在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,講每一章內(nèi)容時(shí),都會(huì)先告訴學(xué)生本章的重點(diǎn)。并以“了解”、“理解”和“掌握”三個(gè)詞來(lái)區(qū)分一章內(nèi)容的輕重。在講課的時(shí)候,只需了解的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)即可,重點(diǎn)講授需要理解和掌握的,突出重點(diǎn),這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就有了層次感。例如講授第六章放大電路分析基礎(chǔ)時(shí),因?yàn)闀r(shí)間有限,通常只著重介紹三極管放大電路及其分析,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析作為了解和自學(xué)的內(nèi)容,這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就會(huì)把主要精力放在三極管及其放大電路的學(xué)習(xí)上了。只要把三極管及其放大電路學(xué)習(xí)好了,就會(huì)運(yùn)用同樣的分析方法去分析場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路。
3.鼓勵(lì)學(xué)生,自己學(xué)習(xí),建立良好課堂氣氛
由于課時(shí)有限,教師在教授過(guò)程中不可能面面俱到,所以適時(shí)安排一些內(nèi)容自學(xué),一方面可以更大限度地完成多一點(diǎn)的教學(xué)任務(wù),另一方面也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),提高教學(xué)質(zhì)量,是絕對(duì)的雙贏。例如在講第3章動(dòng)態(tài)電路分析時(shí),就只需要介紹電容元件的一階零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)以及全響應(yīng)的求解過(guò)程,對(duì)于電感元件的類(lèi)似電路就交由學(xué)生課下自學(xué),讓學(xué)生上課講給大家聽(tīng),一個(gè)學(xué)生講完了,其余的學(xué)生還可以補(bǔ)充,大家一起學(xué)習(xí),使得印象深刻,學(xué)習(xí)氣氛濃厚了,教學(xué)質(zhì)量也就跟著提高了。
4.每章小結(jié),重視作業(yè),不斷深化知識(shí)
每章節(jié)的小結(jié)是為了回顧、總結(jié)這一章節(jié)的主要內(nèi)容和知識(shí)重點(diǎn),這樣做可以幫助學(xué)生掌握其內(nèi)在聯(lián)系,理清所學(xué)知識(shí)的層次結(jié)構(gòu),形成知識(shí)框架;能夠促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí),總結(jié)規(guī)律,從總體上把握知識(shí);能夠?yàn)閷W(xué)生下一步的學(xué)習(xí)架設(shè)橋梁,為下一節(jié)課做好鋪墊。所以說(shuō)章節(jié)回顧在教學(xué)中有著舉足輕重的作用。對(duì)于教師,為了檢驗(yàn)教學(xué)效果是否達(dá)到預(yù)期目的,為了強(qiáng)化和檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解、掌握程度,每當(dāng)講解完一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)都應(yīng)布置相應(yīng)的習(xí)題,這也是對(duì)學(xué)生的一個(gè)督促。作為教師,也應(yīng)該認(rèn)真批閱學(xué)生的作業(yè),分析作業(yè)的完成質(zhì)量,進(jìn)而了解學(xué)生理解的弱點(diǎn),進(jìn)行有針對(duì)性地備課準(zhǔn)備,進(jìn)一步改進(jìn)自己的教學(xué)方法。
5.結(jié)合多媒體增加教學(xué)的直觀性和趣味性
多媒體課件在現(xiàn)在的教學(xué)中已經(jīng)是不可缺少的了?!半娐放c模擬電子技術(shù)”作為一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,其特點(diǎn)是:理論性強(qiáng),原理抽象,定理、定律、公式和概念多。如果只用傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段,很難解決該課程中的“圖形、電路、圖表、原理圖、結(jié)構(gòu)”等問(wèn)題,必然導(dǎo)致知識(shí)傳授的枯燥無(wú)味,會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)困難,使學(xué)生積極性受挫,久而久之會(huì)使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣,產(chǎn)生厭學(xué)情緒,不能按時(shí)完成教學(xué)任務(wù),也難有好的教學(xué)效果。為此,除采用演示、實(shí)驗(yàn)手段和語(yǔ)言鼓勵(lì)之外,還采用多媒體技術(shù)手段,通過(guò)新穎的、多樣的、生動(dòng)有趣的畫(huà)面、圖像、聲音來(lái)展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,可增強(qiáng)課堂教學(xué)的形象性、生動(dòng)性和趣味性,使學(xué)生激發(fā)起濃厚的學(xué)習(xí)興趣和積極性,產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望,加強(qiáng)教學(xué)效果。
6.增加EDA教學(xué)內(nèi)容,與時(shí)俱進(jìn)
EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái),融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果,進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)?,F(xiàn)今,EDA技術(shù)日益成熟,已滲透到電子系統(tǒng)和集成電路設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生了解電子技術(shù)的新發(fā)展,了解現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)方法,了解日益發(fā)展的電路設(shè)計(jì)技術(shù),跟上時(shí)代的步伐,掌握最基本的EDA技術(shù),特增加這一部分的內(nèi)容,拿出一個(gè)課時(shí)專(zhuān)門(mén)介紹EDA技術(shù)基礎(chǔ)、EWB軟件、可編程模擬器件及應(yīng)用,將計(jì)算機(jī)輔助分析融合到具體的教學(xué)內(nèi)容中。
7.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力
理論需聯(lián)系實(shí)際才會(huì)有意義,學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目的也是學(xué)以致用。所以需要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,增加綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將有內(nèi)在聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組合到一起,以加強(qiáng)綜合能力的培養(yǎng);同時(shí)注意在訓(xùn)練的過(guò)程上增加梯度,由淺入深,增加中大規(guī)模集成電路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,中大規(guī)模集成電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,如課堂上只講授器件基本原理,難以解決實(shí)際器件的使用問(wèn)題。因此,在實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)了這方面的訓(xùn)練,其目的是使學(xué)生從看懂芯片管腳圖功能表,理解電路原理圖,一直到電路的實(shí)現(xiàn),以培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
三、教學(xué)成效
在教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法,適當(dāng)?shù)囊攵嗝襟w教學(xué),極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,避免了學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的枯燥感,加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度。教師的教學(xué)過(guò)程也改變了以前的只教不學(xué)的模式,以學(xué)生為主體,充分地發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)性,從被教授到主動(dòng)學(xué)習(xí),同時(shí)也增進(jìn)了師生之間的交流。各種綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,很好地將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái),加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)踐證明,在學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)中,學(xué)生的積極性和主動(dòng)性都有所增強(qiáng),學(xué)習(xí)成績(jī)也得到明顯的提升。良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和扎實(shí)的基礎(chǔ)使他們有足夠的能力去主動(dòng)學(xué)習(xí)他們感興趣的知識(shí),參加各種電子設(shè)計(jì)大賽。這既培養(yǎng)了他們的綜合能力,也為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
四、總結(jié)
總的來(lái)說(shuō),教學(xué)中存在的問(wèn)題,主要還是教師這個(gè)Leader,要帶領(lǐng)好學(xué)生,掌控好教學(xué)的節(jié)奏,做到張弛有度,讓學(xué)生感受到知識(shí)的重要性,自發(fā)的學(xué)習(xí),而不是為了考試而學(xué)習(xí)。筆者在“電路與模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)中不斷總結(jié)和探索,實(shí)踐證明了通過(guò)以上改革可有效提高教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
參考文獻(xiàn):
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電工儀表是用于測(cè)量電路中的各種電參量(如電壓、電流、功率等)和元件參數(shù)(如電阻、電容等)的儀表,分為指針式儀表和數(shù)字式儀表2大類(lèi)。其中,指針式儀表是利用指針在表盤(pán)上的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)對(duì)被測(cè)量的大小進(jìn)行指示,具有簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)要求:設(shè)計(jì)一個(gè)指針式直流電壓表,量程分為100mV、1V、10V、100V4檔。
2動(dòng)態(tài)元件參數(shù)的測(cè)量
作為電路中的動(dòng)態(tài)元件,電容和電感參數(shù)的測(cè)量方法有多種:交流電橋法、RLC串聯(lián)諧振法、電壓法、時(shí)間常數(shù)法等。實(shí)驗(yàn)要求:用3種以上的方法測(cè)量電容和電感的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)方案舉例:用時(shí)間常數(shù)法測(cè)量電容的參數(shù)。將電阻R和被測(cè)電容C串聯(lián),構(gòu)成一階RC動(dòng)態(tài)電路,以幅度為US的脈沖信號(hào)作為輸入信號(hào)ui,合理地選擇電阻R的值,用示波器觀察uC的波形,使電容C兩端的電壓uC。
3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)
由于數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)以及其他許多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的情況也更加普遍了。為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號(hào),必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),方能送入數(shù)字系統(tǒng)(例如計(jì)算機(jī))進(jìn)行處理。同時(shí),往往還要求把處理后得到的數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào),作為最后的輸出。可見(jiàn),數(shù)模轉(zhuǎn)換器是一種非常實(shí)用的電路。同時(shí),在很多情況下,它還是構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本單元。常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(D/A轉(zhuǎn)換器)包括T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換器等,它們都可以用電阻、電容、開(kāi)關(guān)等常用的電工元件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求:設(shè)計(jì)兩種不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,以4位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)作為輸入,通過(guò)電路將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓。
4放大電路的設(shè)計(jì)
放大電路是一種應(yīng)用廣泛的電子電路,在電子技術(shù)中具有非常重要的地位。在分立元件構(gòu)成的放大電路中,起核心作用的是三極管或場(chǎng)效應(yīng)管;在電子技術(shù)中得到普遍應(yīng)用的集成運(yùn)算放大器,也是以三極管或場(chǎng)效應(yīng)管為基本單元構(gòu)成的。三極管和場(chǎng)效應(yīng)管的交流小信號(hào)模型可分別用電流控制的電流源(CCCS)和電壓控制的電流源(VCCS)來(lái)表示,因此,在沒(méi)有實(shí)際三極管和場(chǎng)效應(yīng)管的情況下,利用受控源這一基本的電工元件,同樣可以設(shè)計(jì)出各種放大電路。實(shí)驗(yàn)要求:利用受控源設(shè)計(jì)一個(gè)2級(jí)放大電路,要求電路輸入電阻大,第1級(jí)電壓放大倍數(shù)為-30,總的電壓放大倍數(shù)為600。
模擬電子技術(shù)是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課,具有知識(shí)點(diǎn)多,涉及面廣的特點(diǎn)。為了更好的理論與實(shí)際相結(jié)合,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?砑由疃岳礪鄣睦斫狻H歡?目前模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仍然存在許多問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論,學(xué)習(xí)過(guò)程比較單一,思維得不到有效鍛煉;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)能有效的進(jìn)行項(xiàng)目拓展,沒(méi)有把實(shí)驗(yàn)課與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力結(jié)合在一起;存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多而課時(shí)短的情況,學(xué)生很難及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;考核制度不夠合理,難以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況作出有效考核。
1 模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案
1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
調(diào)節(jié)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例。增大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例提。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ),其目的是為了讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用、實(shí)驗(yàn)方法及簡(jiǎn)單的電路排查。其次,綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在具有相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程,強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),自主設(shè)計(jì)。提高學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力及解決問(wèn)題的能力。以學(xué)生為主體,通過(guò)相關(guān)資料的查閱,制定出一套方案,根據(jù)設(shè)計(jì)方案,焊接電路,數(shù)據(jù)測(cè)量、故障排查及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等。
1.2 教學(xué)方法與手段
1.2.1 以往,學(xué)生主要是按照實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)試數(shù)據(jù),與理論知識(shí)結(jié)合不起來(lái)。本次改革強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計(jì),改革實(shí)驗(yàn)方式, 即摒棄傳統(tǒng)的給定課題、給定實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)J剑?由學(xué)生根據(jù)構(gòu)思設(shè)計(jì), 確定該設(shè)計(jì)方案。最后根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)施直至最后調(diào)試運(yùn)行。
由于整個(gè)過(guò)程均以學(xué)生為主體,由學(xué)生自己決定設(shè)計(jì)方案并最終實(shí)施,極大刺激了學(xué)生的探索心理與設(shè)計(jì)欲望,顯著提高模擬電子電路實(shí)驗(yàn)的預(yù)期訓(xùn)練效果。
1.2.2 根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的電路,選用Multisim仿真軟件先做仿真分析,利用仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)可加深學(xué)生對(duì)理論課的理解,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)電路的能力。其次,在萬(wàn)用板或面包板上進(jìn)行布局、焊接及電路調(diào)試,提高學(xué)生的動(dòng)手能力及檢查電路能力
1.2.3 針對(duì)課時(shí)少的問(wèn)題,要求學(xué)生利用課外時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,所以,通過(guò)增強(qiáng)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的管理力度,為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室提供便利,并將開(kāi)放實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)考核的內(nèi)容。讓學(xué)生利用課外時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
1.2.4 完善考核制度,考核主要分為平時(shí)考核和期末考核,增大平時(shí)考核所占比例。
1.2.5 電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站建設(shè):通過(guò)建設(shè)課程網(wǎng)站,為學(xué)生提供了全部課題的教案、課件、實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)視頻等內(nèi)容,為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)、課后總結(jié)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)創(chuàng)造了條件。此外,網(wǎng)站為教學(xué)交流提供了優(yōu)良的環(huán)境,教師可及時(shí)教學(xué)信息,學(xué)生可即時(shí)反饋意見(jiàn),拓寬了師生交流的平臺(tái)。
(1)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)缺乏興趣。主要原因是:①學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)情況了解不全面,通常認(rèn)為該課程不屬于計(jì)算機(jī)的課,是否學(xué)好都無(wú)關(guān)緊要;②學(xué)生因?qū)?zhuān)業(yè)知識(shí)、電學(xué)知識(shí)的陌生而產(chǎn)生消極心理,失去課程學(xué)習(xí)的興趣。(2)學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊,而課程概念較多、內(nèi)容較抽象、邏輯性較強(qiáng)。對(duì)實(shí)際電路環(huán)境有概念的學(xué)生,學(xué)習(xí)興趣可能建立得較快;但對(duì)相關(guān)概念空白的學(xué)生就會(huì)感到課程難懂、難學(xué),繼而失去學(xué)習(xí)的興趣。(3)先修課程的教學(xué)目的不明確,涉及到的課程相關(guān)知識(shí)掌握不到位,如大學(xué)物理中關(guān)于電學(xué)的物理現(xiàn)象及概念、高等數(shù)學(xué)中復(fù)數(shù)的計(jì)算方法等等,學(xué)生學(xué)過(guò)也不知所以然;(4)課程內(nèi)容不合理且偏多,涵蓋了基本電路分析、模擬電路分析及數(shù)字電路分析三大內(nèi)容板塊,有限的課時(shí)需要更合理地統(tǒng)一這三方面知識(shí);(5)教材內(nèi)容都較經(jīng)典,與時(shí)俱進(jìn)的實(shí)際內(nèi)容較難體現(xiàn),學(xué)習(xí)枯燥感會(huì)由此而生。(6)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容太過(guò)于詳細(xì),實(shí)驗(yàn)的目的無(wú)法體現(xiàn),對(duì)知識(shí)的理解僅限于表面。
2合理分配教學(xué)內(nèi)容,建立正確教學(xué)方法
結(jié)合我校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃,課程的教學(xué)課時(shí)定為64課時(shí),其中理論課時(shí)為48課時(shí),實(shí)驗(yàn)課時(shí)16課時(shí)。課時(shí)有限,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)圍繞專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化選擇和重新組織,保證知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性基礎(chǔ)上突出能力培養(yǎng),增加教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性,涉及先修課程的內(nèi)容以定義式形式給出,充實(shí)一些與專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容。
2.1關(guān)于理論教學(xué)
理論知識(shí)是課程實(shí)踐的基礎(chǔ),成為課程教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電子技術(shù)課程涵蓋了三大板塊知識(shí),理論教學(xué)的內(nèi)容根據(jù)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和需要進(jìn)行取舍,依據(jù)職業(yè)崗位對(duì)技能和知識(shí)的實(shí)際需要,重點(diǎn)體現(xiàn)夠用,建立合理的知識(shí)結(jié)構(gòu),淡化知識(shí)的學(xué)術(shù)性和理論性;教學(xué)思路上遵循電路器件特性、電路處理方法及電路分析方法三條主線(xiàn),有針對(duì)性地選擇教學(xué)例題,提高教學(xué)效果,明確教學(xué)目的。
2.1.1基本電路分析
教學(xué)內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)化電路基本概念及電路基本分析方法。電路基本概念主要講解認(rèn)識(shí)電源和電路基本元件及電路中參考方向?qū)W習(xí)和識(shí)別的意義;電路基本分析方法主要講解電路基本定律的內(nèi)容及應(yīng)用,選擇性地講解基爾霍夫定律、疊加原理及戴維南定理,以例題的方式說(shuō)明定律的內(nèi)容及應(yīng)用,有針對(duì)性地建立正確的電路分析方法,對(duì)定律的數(shù)學(xué)證明不作說(shuō)明。教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建正確的學(xué)習(xí)方法,學(xué)會(huì)看圖,分析電路中的元件和電源,區(qū)分電路的類(lèi)型,確定電路的分析方法,以直流電源作用下的電路作為電路分析方法的學(xué)習(xí),后續(xù)電路的電源可能不同,但電路經(jīng)過(guò)處理后的目的就是要采用直流電源作用下的電路分析方法,后續(xù)電路中重點(diǎn)學(xué)習(xí)的就是電路如何進(jìn)行處理;如交流電源作用下的電路首先解決的是如何將電壓、電流相量化及元件特性相量關(guān)系的建立?;倦娐贩治鲋兄饕婕暗氖请娐返挠?jì)算,電源以直流、交流為主,教學(xué)例題中可以引入模擬電路需要解決的問(wèn)題,對(duì)模擬電路中出現(xiàn)的元器件可以作為已知條件給出,如二極管、三極管、運(yùn)算放大器,有機(jī)統(tǒng)一基本電路分析與模擬電路分析二方面內(nèi)容,建立明確的學(xué)習(xí)目的。本篇安排8課時(shí),其中電路基本概念約3.5課時(shí),電路基本分析方法約4.5課時(shí)。
2.1.2模擬電路分析
教學(xué)內(nèi)容主要包含三個(gè)元件二極管、三極管及運(yùn)算放大器的特性說(shuō)明及元件應(yīng)用電路分析。二極管中講解半導(dǎo)體尤其是雜質(zhì)半導(dǎo)體的特點(diǎn),二極管的截止和導(dǎo)通工作狀態(tài)及對(duì)應(yīng)等效方法,以整流電路及數(shù)字電路的基本門(mén)電路作為教學(xué)例題,建立含二極管電路的處理方法及基本分析思路。三極管中講解器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作區(qū)域,放大區(qū)放大的原理及電壓放大電路的組成和性能指標(biāo)的計(jì)算,工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的器件在數(shù)字電路典型集成器件與非門(mén)中的分析;教學(xué)例題主要解決放大狀態(tài)下三極管管腳、管型的判別,小信號(hào)作用下含三極管電路的微變等效電路處理方法,以及分壓式偏置下電壓放大電路靜態(tài)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算。運(yùn)算放大器作為直接耦合多級(jí)放大電路講解如何削弱零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,淡化其內(nèi)部結(jié)構(gòu),突出器件的外部輸入輸出特性及線(xiàn)性和非線(xiàn)性工作區(qū)域,通過(guò)說(shuō)明擴(kuò)大其線(xiàn)性區(qū)域施加負(fù)反饋條件講解反饋的概念、類(lèi)型及判別方法;教學(xué)例題主要構(gòu)建含運(yùn)算放大器的電路處理方法及分析思路,如線(xiàn)性工作區(qū)域的器件使用在模擬信號(hào)運(yùn)算中的功能,非線(xiàn)性工作區(qū)域的器件組成實(shí)用的電壓比較器,傳感器輸出電路中運(yùn)放的放大作用等。本篇安排18課時(shí),其中二極管4課時(shí)、三極管8課時(shí)、運(yùn)算放大器6課時(shí)。
2.1.3數(shù)字電路分析
教學(xué)內(nèi)容需淡化數(shù)字電路邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理,重視外部邏輯功能的分析,包括數(shù)字電路分析基礎(chǔ)、組合邏輯電路的分析和時(shí)序電路的分析三大部分。數(shù)字電路分析基礎(chǔ)中教學(xué)內(nèi)容涵蓋數(shù)制、碼制的概念及其轉(zhuǎn)換方法,邏輯函數(shù)的概念及化簡(jiǎn)方法和意義,基本邏輯門(mén)的邏輯功能,數(shù)字電路分析方法;由于數(shù)字電路的信號(hào)源與模擬電路的信號(hào)源完全不同,尤其強(qiáng)化分析方法的講解。組合邏輯電路的分析重點(diǎn)教學(xué)的內(nèi)容包括常用組合邏輯器件的外特性,組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法;以設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)用的組合電路如加法器、編碼器等,建立中規(guī)模數(shù)字器件的概念,認(rèn)識(shí)常用中規(guī)模集成器件,再講解中規(guī)模組合器件的應(yīng)用,教學(xué)內(nèi)容因此組成一條清晰的知識(shí)連線(xiàn);教學(xué)例題可以偏向與專(zhuān)業(yè)密切聯(lián)系的內(nèi)容,如計(jì)算機(jī)中加法器、計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)編碼電路、存儲(chǔ)器中譯碼器應(yīng)用等。時(shí)序電路的分析教學(xué)內(nèi)容首先要充分體現(xiàn)時(shí)序電路與組合電路的區(qū)別,包括電路中組成器件的邏輯特性不同、分析方法的特點(diǎn)等,主要講解觸發(fā)器的外部邏輯特性,僅基本RS觸發(fā)器分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以說(shuō)明觸發(fā)器中復(fù)位與置位功能,其余觸發(fā)器僅說(shuō)明其外部的邏輯功能,擯棄其內(nèi)部枯燥的結(jié)構(gòu)原理說(shuō)明;以分析觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器電路講解時(shí)序電路的分析方法,同樣可以適用其他電路如寄存器電路的分析,同時(shí)也揭示了集成計(jì)數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理和功能,解決任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題;教學(xué)例題要體現(xiàn)學(xué)習(xí)觸發(fā)器邏輯功能的重要性,時(shí)序電路的分析和設(shè)計(jì)思路,將555定時(shí)器作為綜合例題分析講解,包含三極管、運(yùn)算放大器及觸發(fā)器。本篇安排22課時(shí),其中數(shù)字電路分析基礎(chǔ)4課時(shí)、組合邏輯電路的分析6課時(shí)、時(shí)序電路的分析12課時(shí)。
2.2關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)
課程實(shí)驗(yàn)共8個(gè),安排16課時(shí),包含驗(yàn)證、儀器使用、綜合分析及設(shè)計(jì)項(xiàng)目,基本電路分析實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,安排4課時(shí);模擬電路分析包含儀器使用、綜合分析等項(xiàng)目,安排6課時(shí);數(shù)字電路包含驗(yàn)證、綜合分析及設(shè)計(jì)等項(xiàng)目,安排6課時(shí)。通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)鞏固和加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解,增加電子技術(shù)方面的感性認(rèn)識(shí)及學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的基本分析能力、電路的調(diào)試技能以及分析和解決工程問(wèn)題的綜合能力,提高學(xué)生的工程素質(zhì)。(1)對(duì)驗(yàn)證性和分析性實(shí)驗(yàn)給出實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕Y(jié)合理論知識(shí)自主決定測(cè)量量、自擬實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)表格;對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)給出設(shè)計(jì)要求,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路并調(diào)試得出結(jié)果;轉(zhuǎn)變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立分析及解決問(wèn)題能力。(2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排上要體現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性,內(nèi)容安排體現(xiàn)從元器件到單元電路再到系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如示波器、信號(hào)發(fā)生器的使用主要用于電壓放大電路及運(yùn)算電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試;數(shù)字電路器件邏輯功能測(cè)試與具體應(yīng)用電路相結(jié)合。以往實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)通常有器件本身存在問(wèn)題,但學(xué)生實(shí)驗(yàn)前總是忽略器件的好壞,實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題難以入手解決,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性可以開(kāi)拓學(xué)生解決問(wèn)題的思路,進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)中的主動(dòng)性,并且各實(shí)驗(yàn)的目的也更加明確,對(duì)課程從理論到實(shí)踐的學(xué)習(xí)過(guò)程做到循序漸進(jìn)地完成。(3)豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將實(shí)用小電路、電子競(jìng)賽試題等應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中,或分析或設(shè)計(jì),增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。課時(shí)限制使得實(shí)用電路在某個(gè)實(shí)驗(yàn)中不可能完整實(shí)現(xiàn),但可以將其中的單元電路作為實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,其他部分以模塊代替,實(shí)現(xiàn)電路的功能。(4)實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)后的思考問(wèn)題與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容密切關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)可以保證實(shí)驗(yàn)的有序進(jìn)行,進(jìn)一步理解學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識(shí)的應(yīng)用性,從而提高學(xué)習(xí)課程理論知識(shí)的興趣;實(shí)驗(yàn)后的思考是對(duì)實(shí)驗(yàn)中的總結(jié)、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題的解答、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析等,培養(yǎng)學(xué)生建立綜合分析問(wèn)題的方法及理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
3結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞:Multisim2001 仿真 戴維南定理 等效
一、前言
高職高專(zhuān)電路基礎(chǔ)注重實(shí)踐性、操作性,而由于目前高職院校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及場(chǎng)地的限制,學(xué)生無(wú)法隨時(shí)隨地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室去預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)電路?;谶@種現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為可以利用電路仿真軟件來(lái)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的局限。Multisim 2001是一種電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件,它被稱(chēng)為電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)或虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在Multisim環(huán)境中不僅可以精確地進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn),深入理解電子電路的原理,同時(shí)還可以大膽地設(shè)計(jì)電路,不必?fù)?dān)心損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。本文以電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的戴維南定理的驗(yàn)證來(lái)演示如何利用Multisim 2001仿真軟件來(lái)完成該實(shí)驗(yàn)的模擬。
二、戴維南定理驗(yàn)證
戴維南定理指出:任何一個(gè)線(xiàn)性有源二端網(wǎng)絡(luò),對(duì)于外電路而言,總可以用一個(gè)理想電壓源和一個(gè)等效電阻串聯(lián)的等效電路模型來(lái)代替。其中:理想電壓源的電壓等于原二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓UOC,其等效電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零時(shí)的等效電阻Ro。對(duì)于開(kāi)路電壓和等效電阻的測(cè)量,學(xué)生不易理解,操作總是錯(cuò)誤,若在實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生先通過(guò)仿真軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,然后再進(jìn)行實(shí)際電路操作,將起到事半功倍的效果,大大提高實(shí)驗(yàn)效率。
(一)戴維南定理原電路
在仿真界面搭建戴維南實(shí)驗(yàn)原電路如“圖1”所示,虛擬電壓源的輸出電壓分別為12V、6V,利用虛擬萬(wàn)用表分別測(cè)量R3支路的電流和端電壓。打開(kāi)仿真按鈕開(kāi)關(guān),可得R3支路的電流為6.429mA,端電壓為5.786V。
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圖1 戴維南原電路伏安特性仿真測(cè)試
為了得到戴維南等效電路,需要分別測(cè)試開(kāi)路電壓及等效內(nèi)阻。
(二)開(kāi)路電壓UOC的仿真測(cè)試
根據(jù)開(kāi)路電壓UOC的定義,將“圖1”中的R3支路斷開(kāi),得到如“圖2”所示電路。打開(kāi)仿真按鈕開(kāi)關(guān),萬(wàn)用表中即可顯示開(kāi)路電壓UOC=9V。
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圖2 開(kāi)路電壓的測(cè)試
(三)等效內(nèi)阻Ro的仿真測(cè)試
“圖2”中,設(shè)置萬(wàn)用表測(cè)試直流電流,如“圖3”所示電路。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān),即可顯示測(cè)試的短路電流值ISC,帶入公式Ro=UOC/ ISC,即可得等效內(nèi)阻Ro為5Ω。
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圖3 等效電阻的測(cè)試
(四)等效驗(yàn)證
由開(kāi)路電壓UOC=9V和等效內(nèi)阻Ro=5Ω,根據(jù)戴維南定理可得等效電路如“圖4”所示,從圖中可以看出,支路電流及電壓分別為6.429mA、5.786V,與原電路相同,從而驗(yàn)證了戴維南定理的正確性。
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圖4 戴維南等效電路伏安特性仿真測(cè)試
實(shí)踐證明,在電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),可以讓學(xué)生在實(shí)際電路操作前先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),有一個(gè)直觀、形象的認(rèn)識(shí),有助于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解,有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的正確率,對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力具有重要作用。
參考文獻(xiàn):
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級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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