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將EDA仿真軟件應用于模擬電子技術理論和實踐教學,提出一種基于EDA仿真平臺的理論分析與仿真分析相輔相成、虛擬仿真實驗和實際實踐相結合的教學模式。通過仿真電路和波形顯示,加深學生對理論的理解,有效解決模擬電子技術理論概念抽象,電路分析復雜的難題。同時通過EDA技術的引入,引導學生進行基本電路的分析和設計,為實際電路的設計應用打下基礎。
2.EDA技術在模擬電子技術理論教學中的應用
EDA即電子設計自動化,以計算機和仿真軟件為工具,可以完成整個電路從系統級到物理級的設計與分析。常用仿真軟件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等,考慮到Multisim先進的電路仿真和設計功能且一年級時曾作為學生的自修課程,本次教學研究采用Multisim軟件。在模擬電子技術的理論教學中,對于那些概念分析抽象、不易理解的部分,利用Multisim,教師可以構建電子電路模型進行仿真演示,通過波形圖和數據直觀展示各種參數變化和虛擬故障對電路靜態動態性能的影響,具體而又生動,不僅可以加強學生對理論知識的理解,還可以激發學生的學習興趣,提高課堂教學效果。例如在模擬電子教學中第一次講解共射放大電路時,很多同學對放大線路中各個節點的波形分不清楚,不知道直流信號和交流信號如何疊加在同一個電路中,電路中各節點信號的相位關系如何覺得難以理解。傳統教學中,僅僅靠在黑板上畫圖講解,教師難講,學生難懂,費事費力效果卻不好。現在針對這個問題,教師可以通過Multisim搭建基本共射放大電路模型,設置模型參數,觀察仿真波形。共射電路輸入信號(節點2波形)和輸出信號(節點5波形)的反相關系,并且根據波形的峰值可以直接算出電路的電壓放大倍數。節點2和節點4波形是靜態工作點電壓和交流信號疊加信號,c1和c2兩個電容起到隔直作用。通過Multisim軟件的演示過程,直接把抽象的理論轉化成直觀的視覺感受,電路各點波形在學生的腦海里留下深刻的印象,教學效果事半功倍。教學過程的前期,可以在課堂上現場建立電路模型,演示如何進行仿真,讓學生逐漸掌握Multisim的使用。在教學過程的中后期,隨著學生對Multisim軟件的熟悉,為了節約課堂時間,可以事先把教材中需要講解的電路模型搭建好,用到時直接調用即可。通過這種理論教學和軟件演示相輔相成的教學方式,使得學生把電路原理、工作波形和數學關系等緊密結合在一起,全面掌握模擬電路的基礎理論,更好地理解這門課程。
3.EDA技術在模擬電子技術實踐教學中的應用
模擬電子技術在傳統的教學過程中,實踐教學基本都是基于實驗平臺操作。實驗平臺的特點是安全、便于操作,但是平臺電路有限,只能覆蓋課程教學中一部分基礎電路,基于實驗平臺的實驗基本都是驗證型實驗,且操作過程中平臺電路元件易損壞,不能很好地達到鍛煉學生動手能力的目的。這就使得學校教學比工程實際滯后,不利于工科應用型人才的培養,造成學生眼高手低,進一步影響學生的就業和發展。因此,模擬電子技術實踐教學中引入仿真軟件,將平臺實驗和軟件虛擬實驗結合,先采用軟件對實驗進行設計仿真,后平臺實驗進行實際電路搭建,既加強了學生對理論的理解,又突出了學生的動手能力。實踐教學分成兩部分,第一部分是基本電路的驗證和演示實驗,加深學生對書本基礎理論的理解。該部分實驗相對比較簡單,學生主要在實驗平臺上進行操作,同時以Multisim仿真為輔,對一些在實驗平臺上難以操作的部分進行仿真驗證。如研究靜態工作點對電路動態性能的影響,實驗平臺操作只能觀察電路中的一個電阻參數改變對電路輸出波形的影響,而在虛擬仿真平臺上,可以對電路中所有涉及到靜態工作點的元件參數進行更改,進而觀察電路波形的變化,并且還可以連續改變元件參數對波形的變化進行實時觀測。第二部分是模擬電子技術課程設計,要求學生自己分析設計一個較大規模復雜模擬電路,給出嚴格的設計思路、理論推導和元件選型依據,在仿真軟件平臺上搭建出具體電路模型并通過仿真實驗驗證,然后進行實際電路焊接,充分發揮學生的主體作用,調動學生對該課程學習的主動性、積極性和創造性,提高學生對模擬電路的認識分析能力和創造能力。
4.結論
本征半導體摻雜后就是雜質半導體,非四價原子與四價原子在形成共價鍵中,得到電子成為負離子,失去電子成為正離子。N型半導體就是本征半導體摻入施主雜質所形成的,一個施主雜質原子在形成一個自由電子過程中變成了一個固定而不能移動的正離子,電子則為多數載流子,而本征激發產生的空穴只是少數載流子。相反,P型半導體則是本征半導體摻入受主雜質形成的,一個受主雜質原子在形成一個空穴過程中變成了一個固定而不能移動的負離子,空穴則為多數載流子,而本征激發產生的電子只是少數載流子。正是本征半導體摻雜后的得與失,使得雜質半導體的載流子數量有了量以及性質的改變,相對本征半導體的導電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質的改變,所以,一般不會作為普通導體應用。
二、PN結的失與得
PN結就是得與失的產物。P型半導體與N型半導體的交界面因多子極型以及濃度差別,形成多子擴散運動,N區的電子擴散到P區,P區的空穴擴散到N區,在交界區域原有的電中性被破壞,P區失去空穴留下了不能移動的雜質負離子,N區失去電子留下不能移動的雜質正離子。這些不能移動的帶電粒子集中在P區與N區交界面附近,形成空間電荷區。空間電荷區的逐步建立削弱了多子的擴散,而增強了少子的漂移。當多子擴散運動與少子漂移運動保持一種動態平衡時,交界面形成穩定的空間電荷區,即PN結。兩種不同極型的雜質半導體在交界面失去多子的過程,得到了一種導電性能獨特于雜質半導體導電能力的介質,帶來了半導體導電能力質的突變,這就是PN結的單向導電性,即正向偏置導通,反向偏置截止。復合的PN結,在制作工藝上的差別,分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導電性能表現了特有的控制性能,即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。
三、放大電路的得與失
晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構建一個放大電路,一個微弱的輸入信號從輸入端引入,在輸出端得到一個幅值足夠的輸出信號,表現了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量,淋漓盡致地表現出信號幅值放大的概念。殊不知,這種放大電路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的現象,而沒看到“失”的本質。在放大電路中,工作電源不僅僅只是提供合理的偏置,更主要擔負著能源作用。放大電路僅僅只是一個信號幅值變換的平臺,微弱的輸入信號能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負載上的能量消耗。最常見的一個事例就是人們日常使用的收音機,收音機就是一個典型的放大電路。手持式收音機沒有電池,不可能發聲,裝上電池后就可以接收電臺信號,伴隨聽的時間與音量的大小,電池的消耗程度或使用時間就會不同。沒有收音機,人們不可能感受到空中的電磁波能量,有了收音機而沒有電源也聽不到悅耳的音樂,電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以,嚴格意義上的放大電路是一個能源控制電路,放大電路的本質是弱小能量對大能量的控制。放大電路表面上得到了信號的幅值增大,實質上消耗了電源電能。
四、差分電路的失與得
單級放大電路的放大能力是有限的,總期望多級放大。多級放大電路是由若干級單級放大電路所組成,這樣單級放大電路之間就存在耦合關系,直接耦合是多級放大電路的典型結構形式,直接耦合的多級放大電路最突出的弊端就是零點漂移,零點漂移最核心的表現形式就是溫漂,解決零點漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個特性完全一致的單級放大電路復合而成,表現在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數一致。差分電路從理論到實用經歷了三個演變,即基本式差分電路、長尾式差分電路、帶恒流源的差分電路,這三個演變唯一不變的就是基本結構不變。通過電路分析不難得出結論,差分放大電路的差模增益與單級放大電路的增益是一樣的,然而,差分電路的共模增益接近零,有較大的共模抑制比,可以很好地抑制溫漂,而單級放大電路就無法解決溫漂問題。第一級放大電路溫漂決定了多級放大電路的溫漂,所以,集成運放的第一級總是差分輸入級。可見,差分電路通過“失去”硬件(增加結構等價的電路,增大電路成本),得到了對共模信號的抑制能力,而并不改變對差模信號的放大能力。
五、帶寬增益積的得與失
考核放大電路的性能表現在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數中,它們取決于放大電路組態、晶體管特性、電源以及應用的方式。在放大電路的時域分析過程中,總是期望放大電路的放大倍數越大越好,一級放大能力不夠就采取多級放大,以提高放大增益;在放大電路的頻域分析過程中,總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率,頻率響應范圍越寬越好,即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值,提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發現,提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個常數,放大電路的放大倍數增大幾倍,相應地該電路的帶寬就會減小幾倍,實際中,既要提高放大電路的增益又要擴展放大電路的帶寬,總是選取基區體電阻小、發射結與集電結電容效應小的高頻放大管。可見,放大電路帶寬增益積概念表現了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應的范圍。
六、反饋放大電路的得與失
反饋是自動控制的一個重要概念,反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段,在電子技術應用中運用極為普遍。負反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號,使得閉環增益相對開環增益減小了反饋深度倍,表面上損失了放大電路的增益,然而,對放大電路的其他性能技術指標得到了極大的改善,表現在增益的穩定性得到了提高;環內的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善;電路的帶寬得到了擴展;輸入電阻與輸出電阻得到了相應的改善。如電壓串聯負反饋放大電路,增大了輸入電阻,有助于電壓輸入信號的放大;減少了輸出電阻,有利于輸出電壓的穩定性。正反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端增強輸入信號,閉環增益相對開環增益進一步增大,這是信號發生電路擾動起振的必然要求。信號發生器不會有輸入信號或者說就是一個零輸入電路,電路接通電源瞬間形成電路換路情形,通過正反饋選頻網絡(RC或LC選頻網絡)把輸出端的信號有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大,這種無止境的放大也必然帶來輸出信號的非線性失真,所以在電路中為了防止輸出信號的非線性失真,總是需要設置輸出穩幅網絡。可見,信號發生電路由放大電路、正反饋選頻網絡、穩幅網絡三部分組成。穩幅的有效措施就是負反饋,所以,信號發生電路必須維持正反饋特性與負反饋特性的動態平衡。負反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術指標的改善;正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”,失去了輸出信號的線性度,實際中為了挽回這種“失”,再次引入負反饋特性。
七、橋式整流的得與失
小功率直流穩壓電源中整流的任務就是把交流電轉換成直流電,衡量整流電路性能的主要參數表現在兩個方面:(1)表征整流電路質量的參數,有輸出電壓和脈動系數;(2)表征整流電路對整流元件要求的參數,有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低,脈動系數大;全波整流輸出電壓高,脈動系數小。然而,全波整流不僅需要降壓變壓器的副邊引出中間抽頭,更主要對整流元件的反向耐壓提出了苛刻的要求,它是半波整流對整流元件反向耐壓值要求的兩倍。實際中,既要提高整流輸出電壓并減少紋波系數,又要對整流元件反向耐壓的要求不苛刻,有效的技術手段就是橋式整流,橋式整流相比全波整流,在電路結構上只是增加了兩個整流元件,但輸出效果等同于全波整流電路的整流;橋式整流電路對整流元件的要求等同于半波整流電路對整流元件的要求,把半波整流與全波整流各自的優勢整合在一個應用電路中。可見,橋式整流電路通過“失去”硬件(增加電路成本),得到了優于半波與全波整流電路的整流性能。
八、結語
高職院校的學生并不擅長純理論的學習,如果在學習模電這門課程時,先進行一些感性認識的教學環節,他們往往更容易學習這門課程。科學家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師”。因此,在講授模電這門課程時,在講完緒論以后首先由老師做一些電子方面的趣味實驗,以激發學生的興趣和好奇心,以增強學生學習這門課程的積極性。如果有條件讓學生到實驗室動手做一些較簡單的電子實驗,這些實驗不僅能提高興趣,又讓他們認識了一些電子器件及特性,使今后在講授各種電子器件時不再空洞乏味。
2要引導學生進行思維方式的轉變
模電作為一門技術基礎課,有其自有的特點和規律,其課程更重視理論與實踐的結合。一般教學計劃都是電工基礎安排在模電課程之前來作為模電的基礎課程,但如果不加分析地用電工基礎的分析方法去分析模電,可能不會得到正確的結論。模電的理論有其自身的特點,表現在:第一,模電主要的電子器件二級管、三級管都是非線性器件,這與線性電路的分析和計算是有很大區別。第二,模電的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道決定靜態工作點,而交流通道是信號的通道。第三,反饋網絡是模電經常使用的電路,不管是運算放大器還是振蕩器都必須有反饋網絡的構成。以上幾點正是學生學習模電的難點,因此在講課過程中,要讓學生了解這些特點與難點,調整思維方式和學習方法,使學生能夠正確把握這門課程的學習特點。以下通過幾個實例說明如何引導學生思維方式的轉變。
2.1非線性電路與估算
在模電中常用的二極管、三極管的伏安特性為非線性,一般稱為非線性元件,而電阻、直流電源的伏安特性為線性,一般稱為線性元件。在模電中線性元件與非線性元件共同組成各種電路,那么電路的計算問題在電工基礎中并未涉及,那么計算這種電路目前使用估算法、圖解法。有的同學往往提出為什么不用解析法,而那樣計算的不是更精確嗎?在講解這類問題時要給學生講清楚估算法在工程計算中是非常重要的,它能使有些計算問題變得簡單,能較快地解決實際問題,而用解析法,一是目前學生的數學知識不能解決這種問題,二是如果能用高等數學的方法解決,但過程過于繁雜,雖然計算精度高,但與估算結果差距不大。因此在這里要讓學生思維方式有一個轉變。
2.2放大電路的直流通路與交流通路
在模電的放大電路中,直流通路和交流通路的分析也是模電獨特的電路分析方法,由于二極管、三極管中PN結死區電壓的存在,必須在交流信號通過放大電路時有一個直流電壓及電流的存在,這樣才能保證交流信號不失真地通過放大電路。這也是學生需思維轉變的一個重要方面。對于三極管、電阻、電容、電感、電源等電子元器件,它們分別在直流電及交流信號激勵作用下的不同響應決定了它們在直流電及交流信號中所起的不同作用,這些都是分析復雜放大電路的基礎。很難想象不清楚放大電路直流通路和交流通路的學生能夠學習好這門課程。
3通過課程綜合實驗提高學生的整體水平
由于模電是一門與實踐聯系非常密切的技術基礎課,通過一些綜合實驗來提升學生的理論水平和實踐技能是非常重要的,因此在課程講完之后,筆者就安排一個超外差式收音機綜合實驗來提升學生模電的理論水平和實踐能力。讀圖——提升學生的讀圖能力,課上講的模電電路一般是各類單元電路,如共射基本放大電路、振蕩電路、功率放大電路等。通過綜合實驗課可以將各個電路串成一個整體,筆者通過對一個超外差式收音機電路圖進行整體講解和分析,來提升學生模電電路的整體分析能力。一般超外差式收音機的電路組成為變頻級——中放級——檢波級——低頻放大級——功率放大級,對照理論教學所講授的內容,變頻級對應振蕩電路及基本放大電路,而該放大電路又工作在非線性區屬非線性放大,這樣才能混頻輸出差頻信號,在這里還要補充講解一下放大電路的非線性特性及應用,這樣使學生對三極管有了更深刻的認識,平時常常強調放大電路要工作在線性區,似乎非線性區是不可用的、多余的,但通過這樣一個實例讓學生明白,三極管放大電路工作在線性工作區時可進行線性放大,工作非線性區時可以進行混頻等應用。這樣一級一級來分析后面的中頻放大電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電路等。實踐證明,通過整體電路的分析與講解,學生的讀圖和分析能力得到了明顯的提高。
4結束語
模擬電子技術課程對于理解計算機硬件和通信原理方面的知識顯得十分重要,為強化基礎,培養合格的應用性人才,我們必須給予模擬電子技術課程的教學應有的重視。
2教學過程中存在的問題
模擬電子技術課程所涉及的理論、設計及分析方法具有很強的工程應用性和實用性,在學生的整個知識體系中占有相當的比例,對于培養學生的邏輯思維能力、工程實踐能力、創新能力及后續課程的學習都十分重要。計算機類專業的模擬電子技術課程在教學實踐中遇到的問題很多,主要有以下幾個方面:
2.1學時少,內容多
為了突出專業課程的學習,很多學校的做法是壓縮電路分析課程的學時數,甚至取消了電路分析課程。而模擬電子技術課程知識多且比較分散,它集高等數學、電磁學、物質結構理論和電路分析等知識于一體,該課程的學時數(含實驗)一般在80學時以下,在如此緊張的時間內要完成該課程的教學工作,不僅老師感到困難,學生也有很吃力。
2.2學生認識不到位
很多學生錯誤地認為模擬電子技術課程應該是電子、機械類專業學生的專業課程,他們在專業學習中一般都有重視軟件而輕視硬件的傾向,而且,學習模擬電子技術課程的成就感往往不及其他課程來得快和強烈,因此,就造成了學生的學習積極性不高。剛剛從中學過度到大學的學生,很多還沒有找到適合本課程的學習方法,模擬電子技術主要以原理分析為主,而學生更多地相信精確的數值計算,他們往往認為只有經過嚴格的數學推算得出的結果才是可信的,當實際結果與嚴格的理論演算結果有出入時,他們難免會感到困惑。學生的認識不到位和思維方式上的差異,導致了計算機類專業中該課程的教學效果一直不太理想。
2.3課程教學本身存在問題
計算機專業的模擬電子技術課程的教學內容和方法完全套用電子、機械類專業的那一套,有些學校甚至完全由機電類專業的老師來教授該門課程。這些教學內容和方法在一定程度上與計算機類專業存在脫鉤的現象,沒有突出本專業的特色。近些年來,很多高校的計算機類專業的同仁們對本課程進行了一定的改革探索,并總結了許多值得借鑒的經驗,但是,對于不同的學校和不同的學生,這些教學改革舉措應該不盡相同,在具體的教學實踐中,切忌“拿來主義”和生搬硬套。我們也對賀州學院的計算機類專業的模擬電子技術課程的教學做了一些研究和探索工作,實踐表明這些工作有益于提高教學效果。
3教學改革的內容和措施
為了使模擬電子技術課程的教學更切合計算機類專業的實際,我們做了一定的探索以提高教學效果和應用型人才培養質量。
3.1教學內容的甄別與整合
模擬電子技術課程涉及的內容多且知識面廣,為了提高學生的工程實踐能力和創新能力,我們根據計算機類專業的特點,依據“必用、夠用”的原則甄別和整合課程內容。受學時數的限制,計算機類專業一般無法系統開設電路分析等先導課程,但電路分析的基本原理和方法貫穿于模擬電子技術課程教學的全過程,因此,我們把電路分析課程的主干內容整合到模擬電子課程之中。在正式講解模擬電子技術課程的內容之前,我們花4至6個學時重點講解電路分析的基本原理及其應用,主要有KCL、KVL、疊加原理、戴維寧定理、諾頓定理及密勒定理。經過對多部國家級模擬電子技術教材的比較,我們選定康華光教授主編的《電子技術基礎(模擬部分)》(第五版)作為我院計算機類專業的教材。該教材加強了基礎理論,如加強了半導體的物理基礎和電路的基本分析方法;同時也注意吸取國內外的先進技術,如加強了線性集成電路和數字集成電路(包括中、大規模集成電路)的原理和應用,新增了電子電路的計算機輔助分析等內容。該教材歷經多次改版以緊跟當代電子技術的發展步伐,但我們不是全部講解教材內容,依據“必用、夠用”的原則甄選講解內容,其他內容留作學生課外閱讀,以開闊視野。經過討論,我們將教材內容整合成半導體器件、放大電路基礎、信號產生與處理三大部分,將直流穩壓電源的內容作為任務驅動式教學內容。
(1)半導體器件部分簡要介紹常用半導體二極管、三極管及場效應管的基本結構等基本知識,重點講解它們的應用及經典電路的分析方法。
(2)放大電路基礎部分重點分析三極管單管共射放大電路,包括靜態工作點的設計及穩定措施、輸入輸出特性、電壓增益計算、輸入輸出電阻等特性,然后介紹集成運算放大器的“虛短”和“虛斷”等基本概念及集成運算放大電路的基本分析方法等知識。
(3)信號產生與處理部分重點介紹有源濾波電路和正弦波振蕩電路,信號產生與處理部分知識是今后學習接口技術、理解芯片電路設計原理的基礎,所以,不能簡單地將這部分知識從模擬電子技術課程的內容中刪掉。
3.2教學方法的改革與創新
我院計算機類專業的模擬電子技術課程一般安排在大二的第一個學期,由于課程內容多、難度大,而且相當多學生的前導課程知識掌握不牢,所以,他們在心理上產生一定的畏懼感,鑒于我院學生的實際情況,我們對模擬電子技術課程的教學實踐做了一定的探索。
3.2.1理論教學靈活多變
課堂教學方法很多,常見的有講授法、討論法、直觀演示法、練習法、讀書指導法、任務驅動發、啟發式教學法等,要生動有趣講解好本課程的內容,往往要靈活應用多種教學方法才能取得預期效果。本文重點介紹啟發式教學法和任務驅動法在模擬電子技術課程教學實踐中的應用。
(1)啟發式教學法。
課堂教學最忌諱的是老師一言堂,教師必須想辦法活躍課堂氣氛,啟發式教學法是調動學生學習積極性,激發學生學習激情最有效的手段之一。這就要求教師在教學中根據教學內容的鋪展由表及里循序漸進地不斷引出問題,啟迪學生去思考、分析問題,直到提出解決問題的方法或途徑。比如,在講解KCL時有學生對定律無法理解,教師就可以用水管中水流的特性做類比以啟發學生的思維,然后借用中學電學中關于電流、電荷的知識來引出電荷在導線上不能積聚,從而得出任意時刻流進節點的電流之和必然等于流出節點的電流之和的結論。為了進一步鞏固KCL相關知識,教師應該提出節點的相對概念,即電路中的節點既可以是一個電路分支的交叉點,也可以是任何一部分電路。這樣擴大了節點的概念,學生自然就掌握了KCL的更廣泛的應用。比如在講到NPN和PNP型三極管時,發射極上的箭頭標識的方向不同于集電極和基極上的電流方向,如果將三極管看作是一個節點,那么從宏觀上就很容易得出放大電路中三極管三個極上的電流分配關系:Ie=Ib+Ic。有了宏觀認識以后,再講解三極管電流分配關系的微觀解釋就顯得較為輕松。
(2)任務驅動法。
任務驅動式教學方法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學方法,它將傳授知識為主的傳統教學,轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學。模擬電子技術課程的工程實踐性比較強,因此,當學生具備一定模擬電子技術基礎以后,教師就可以在課程的教學中使用任務驅動式教學法。比如,當學生學完二極管電路的分析方法以后,學生具備了二極管半波整流的知識,然后給他們布置新的任務:查閱資料,掌握常用全波整流電路的相關知識。很多學生通過網絡和圖書館的資料掌握了橋式整流電路的結構特點和工作效率,在此基礎上,我給他們演示一臺卡式錄音機的故障現象:單獨用干電池供電時,錄音機工作正常;單獨用220伏交流電供電時,錄音機不工作。然后拆開錄音機,讓學生觀察電源部分電路的結構特點,最后給他們布置任務:畫出錄音機電源部分原理圖,分析各部分電路的功能。采用任務驅動式教學法可以將教材中直流穩壓電源部分知識的教學徹底轉換為以學生為主體,這樣,有利于培養學生的綜合能力,提高他們解決實際問題的能力。
3.2.2理論與實驗教學交叉融合
計算機類專業的學生大多計算機操作能力較強,因此,在模擬電子技術課程的教學中,我們引入了SPICE仿真軟件。有了此類仿真軟件,理論教學和實驗教學的界線越來越模糊。在理論教學中可以先用仿真軟件演示有關理論或電路的宏觀外在表現,使抽象知識具體化。學生在用物理器件做實驗前也可以先用仿真軟件做一遍,這樣可以提高實驗效率,降低實驗損耗。有了仿真軟件,課堂上無法及時完成的實驗,學生還可以在自己的電腦上完成。所以,利用仿真軟件可以實現理論教學與實驗教學的相互交融,當然,為了強化理論知識,突出學生工程實踐能力的培養,我們在實踐中堅持理論教學與實驗教學必須是同一位老師的做法,這樣,有利于老師掌握學生的學習動態,提高教學的針對性。
3.3多角化課程考核方式
課程考核是課程教學改革的重要方面,好的考核機制有利于提高學生的學習積極性、激發他們的學習興趣。實踐中,我們以專業知識和技能考核為主,兼顧學生德育和出勤率考查。課程考核項目包括出勤情況(占總分10%)、課堂表現(占總分20%)、平時作業(占總分20%)、期末測評(含理論筆試和技能測試,占總分50%)。按時出勤可以培養學生的集體主義觀念和遵守紀律的習慣,也是課程教學得以正常進行的必要條件。筆者的做法是全勤記10分,缺席一次扣2分,缺席三次者給予警告,缺席五次取消該門課程考核資格。為鞏固理論知識,適當加重對平時作業的考核是否必要的。筆者的做法是整個學期共布置、批改作業五次,每次4分,根據作業的質量分D、C、B、A四個檔次,每個檔次分別給為1分、2分、3分和4分。另外,為防止相互抄襲,限制作業必須按時完成,不得補交,一旦發現存在抄襲作業的情況,抄襲與被抄襲者雙方本次作業都做零分處理。為活躍課堂氣氛,激發學生的學習主動性,課堂表現考核顯得十分重要。筆者的做法是主動回答問題者,正確的一次記2分,錯誤的不扣分;被點名回答問題,正確的計1分,錯誤的不扣分。期末測評包括試卷筆試和技能測試。筆試是學生對知識掌握情況的集中體現,占課程考核40%的比重,專業技能測試是考查學生實際動手能力的主要手段,占課程考核10%的比重。通過多角化課程考核方式改革,取得了令人滿意的效果。學期課程的平均出勤率達到98%以上,學生的學習興趣和主動性明顯提高,課堂教學秩序良好,氣氛活躍,學習效果明顯提高。
4結語
1.1什么是項目教學法
項目教學法一般建立在建構主義學習理論基礎上,為達到教學目的由學生和教師通過共同完成一個完整項目,通過項目完成情況來實現教學目的.可以說項目教學法既是一種教學方法又是一種課程體系新模式.
1.2項目教學法的特點、優點
項目教學法與其他教學方法相比較根本特點在于以項目為主線,教師為主導,學生為主體.教師滿堂灌的傳統教學方法得到改變,創造了一種學生主動參與、自主協助與探究創新的新型教學模式.項目教學法與傳統教學方法相比,傳統教學方法理論課多,實驗課比較少,實驗彼此獨立的驗證某個知識點,這樣勢必會使得學生理論知識與實踐技能不能較好的融合,教學效果差.項目教學法打破驗證實驗傳統教學方法,從項目入手,通過學生思考、設計、制作、討論,再結合教師對項目講解與指導,學生完成作品,從這個過程中學習新知識,為完成某個功能而結合與運用知識,收獲成功喜悅.
1.3教學項目確立
教學項目的確立是在通過社會崗位需求、調查和專業培養目標的基礎上,不斷反復實踐,讓知識與技能的系統結合起來,形成了項目教學課程體系.教學項目要包含盡可能多教學知識點,緊密結合專業發展方向,并盡可能自然地結合以前所學過多項知識點.考慮到學生的實際水平,每個項目難易程度適中,在此項目基礎上有彈性創新,學生的學習興趣得到提高.擔任項目教學教師在開展項目教學前做了充分準備,既要考慮專業發展方向又要考慮項目的趣味性,細分每個項目層次,融入細節,這樣理論知識點與技能提高才不會相悖.項目的設計使學生們更容易掌握課程中的教學難點與重點,專業知識更加扎實.一般我們將每個項目分為項目介紹、項目理論知識、項目設計方案與分析、項目制作與調試、項目思考與項目報告等六個部分.項目介紹使同學明白項目目標與工作任務及應用范圍,在聽得過程中發散思維,拓展應用范圍和技術改進.項目理論知識介紹,即將開展具體項目實施之前,教師可以引導學生學習新的知識點和提出一個項目設計方法.項目設計方案與分析部分,每個項目組學生分工合作,通過課余時間查找資料來完成系統框架,設計仿真.對于過程中的問題,教師與同學們聽每組同學代表介紹,通過教師與項目組同學共同討論,使學生成為項目的主角,完成項目理論設計并仿真,同學在提出方案到總結方案的過程中消化專業知識.接下來進行項目制作與調試,對同學們在項目完成過程中遇到問題,教師不斷與同學檢查、指導、溝通,使同學們對項目遇到問題思考、解決,完成項目.最后為鞏固專業知識必須對項目提出改進措施,撰寫項目報告書。
2項目教學方法的實施
模擬電子技術這門課與高等數學有很大區別,很多同學數學成績不錯,而學這門課覺得很難,關鍵在于他們把這門課當作一門純理論課來學習,理論與實踐不能結合,所以學好這門課,要求不僅要掌握較好的理論知識,而且還要把所學知識應用實踐中去,并在實踐環節不斷發現問題、分析問題與解決問題,這樣專業技能才能有較大的提升,所以我們在項目的實施過程中首先考慮將教科書改變為輔導書,實驗室和圖書館為學習課堂,教師與學生探討交流始終在項目完成過程.通過這些改變來實施具體設計的項目,提高學生理論與實踐技能水平.
2.1制定項目實施計劃
教師在實施教學項目前要深入研究這個項目所涉及的專業知識點與技能點,通過實踐能將知識點融入到技能中,區分各個知識點之間的關系和彼此聯系,促進學生解決學習與工作中遇到問題,培養創新能力.例如結合廣播電視技術專業人才培養目標我們設計了———小功率調頻發射機設計與制作項目,考慮到運用的知識點,我們把知識點劃分為幾個子項目:LC調頻振蕩電路設計、緩沖隔離級設計、功率激勵設計、末級功放設計等,把這幾個子項目合起來組成小功率調頻發射機.每個子項目學生整理設計思路,仿真,制作.當然過程中會遇到問題但探討中問題會得到解決思路.整個過程學生積極參加,動手動腦,互助互學,學習興趣明顯增強,知識點融會貫通,專業技能在過程中提高.
2.2項目實施計劃
為了學生能實施項目目標,理論聯系實際,充分利用實驗室教學設備,實驗室變成了課堂,學生學完新的知識點,可以邊理論設計邊動手實踐,學生手腦并用,更快理解知識點.一個項目不是一兩個知識點就能完成的,所以一個項目有很多分支組成,分支之間內容銜接緊密,知識點相互滲透,通過一個個分支子項目的完成,最后完成整個項目的學習.例如小功率調頻發射機設計與制作項目,在所有的子項目中,提出項目要求,學生通過教師傳授的知識點,通過分析、思考,然后查找資料相互探討來設計或完成各個子項目任務,每個子項目完成后,由學生講解設計電路原理,分享收獲知識,總結本項目意義,通過總結找到自己項目不足.最后根據教師提出小功率調頻發射機項目要求,學生將所學子項目聯系起來,通過信息手段仿真,制作設計項目.在項目制作完成后,先由項目組學生介紹電路實現功能,分享自己所學會知識,通過總結使學生找到理論與實踐的不足,在展示項目時,一部分學生可以很好實現設計功能,并有了好的創新思路,繼續思考與完善.而另一部分可能會遇到一些問題,教師與學生一起分析問題,找到解決問題的辦法.教師在整個項目完成過程中細心觀察是不可缺少的,能發現學生優點與缺點,通過學生個性改變,增強與人溝通能力與團隊合作精神,適合專業發展需要,使學生綜合素質得到提高.最后書寫項目報告,并做到規范化.
3項目考核與評價
教學項目的考核與評價體系檢驗學生能否達到預期項目教學目標,培養學生的競爭意識.一方面根據項目完成階段預設階段目標,通過學生對教學項目完成過程與效果進行總結,制定相適應的考核體系,另一方面通過教師評價、學生自評、互評等評價學生表現,兩方面結合完成項目最終考核。
關鍵詞:模擬電子技術;科技競賽;教學改革
模擬電子技術是電子信息類各專業必修的專業基礎課,具有很強的理論性和實踐性[1].課程涉及半導體基礎、放大器、反饋、信號的產生及處理等多方面內容,要求學生有較扎實的電路分析基礎和物理基礎.作為專業基礎課,開課時間一般是在大二上學期,此時學生對專業尚迷茫,加之課程的強理論和工程實踐性,使課程教學推進困難.因此,在創新應用型人才培養的模式下,如何調動學生積極性,轉聽講為互動交流;如何直觀地傳授模電課程,為學生今后的專業發展打下基礎等,一直是教師探討的問題.本文針對課程教學存在的問題,從專業相關活動的舉辦到應用在課堂上進行教學改革,旨在提高學生的自主學習性.
1教學現狀分析
在實際教學中,學生反映模擬電子技術學習普遍存在幾個問題:(1)學生對電子類從業應具備的技能比較迷茫,不清楚模擬電子技術與后續相關課程的聯系;(2)課程理論性強,學生學習時相對被動,以聽為主,無法與教師討論,枯燥乏味時直接放棄;(3)由于電路基礎和物理基礎相對薄弱,所以學習半導體基礎如二極管、三極管時,過半學生對非線性器件的特性不能理解,造成后續章節如二極管的穩壓原理、三極管的放大原理等學習效果不佳,以致于進入惡性循環.究其原因:(1)學生對專業的從業方向不了解,不能把握應用的學習目的;(2)模擬電子技術課程較難,理論推導多,大部分教材較為深入;(3)模擬電路涉及到了非線性器件的應用,要在掌握器件特性的基礎上學習電路,對學生來說確實較難.為了讓學生對課程產生興趣,把握學習課程的目的,發揮主觀能動性[2],扭轉“我聽老師講”為“我跟老師切磋”的互動交流模式.一方面,學生得以學以致用,另一方面,督促教師改變“依書教書”的習慣,提高自己的專業水平.如此循環,形成良好的學風和教風,提高課程的整體教學水平.因此,對模擬電子技術課程教學進行了改革探索.
2教學改革思路
在分析模擬電子技術教學現狀的基礎上,提出發揮學生的主觀能動性,改變“你教我學”的局面,結合專業培養計劃和課程體系,鼓勵學生多參加活動,包括:(1)開展“精英講壇”,邀請企業界精英人士分享創新創業或者職業發展歷程,為學生帶來從業方向的指導,系統把握專業學習的目標;(2)與企業聯合形成實踐基地,組織學生到企業短期學習,認識專業的分工合作、部門設置和崗位職能等,系統上認知就業所需的職業技能;(3)組建校園小家電義務維修隊,將所學知識與日常結合,學習系統的模塊布局,認識二極管、三極管及放大器等的應用,切身感受電路就在生活中;(4)發揮學院科技協會的帶頭作用,定時舉辦科技節,宣傳參加競賽的重要性,并定期舉辦焊接、院級電子設計/挑戰杯等賽事,組建種子隊,備戰全國電子設計大賽.提出一條以應用為基本出發點,以科技競賽、實踐項目為引導,實現教學互動的良好局面的教改思路.
2.1應用是基本出發點
電子技術應用在海陸空無孔不入,小到生活中可見的手機家電,大到航天船舶,更深入的是物聯網智能時代[3].作為電子信息類的學生,不僅是既有領域的繼承者,更是未來領域的開拓者.模擬電子技術課程的學習,就是使學生獲取入門鑰匙.模擬電子技術課程內容給出的是基本單元電路的原理和參數處理過程,缺乏系統的功能應用[4-5].學以用為先,結合多年的工程經驗,以直流電源系統[6]為例(見圖1),系統地給學生展示電子技術的應用.該系統用來產生1.2~5V的直流電壓源,輸出電流為1A.系統涵蓋了模擬電子技術的大部分內容,包括差分放大電路(EA)、低通濾波(typII)、比較器(PWM)和互補輸出級(MP&MN)等.在講述相應的課程內容時,結合模塊電路在系統中的功能進行講解,并結合EDA工具[7](如Multisim等),仿真給出模塊的輸入輸出波形,使得模塊功能可觀可測.講述差分放大時,讓學生設計差分電路(見圖2a),涉及到了器件的對稱性和電流源的設計;當講述集成運放時,以低通濾波器(見圖2b)和比較器(見圖2c)為例,讓學生明白集成運放線性和非線性應用的區別;當講述功放時,引入互補輸出級(見圖2d),讓學生明白功放管的工作原理、極限參數的依據,順帶地復習了大功率管的相關參數及器件選擇;當講述反饋時,以系統的電源穩定輸出調節,讓學生直觀地明白反饋的自我調節原理;從整個系統的實現,學生可以了解到直流電源的產生和輸送原理.因此,從應用的角度,全局把握系統功能,分化模塊作用,直觀上明白所學基本單元的用處.
2.2科技競賽、實踐項目是引導
目前,各大高校都在探索如何實現創新創業應用型人才的培養[8-10].從完善模擬電子技術“理論課——實驗課——實訓課”的課程設置到開放創新創業實驗室,讓感興趣、想做事的學生能切實地將想法實現;從舉辦焊接大賽、院級電子設計大賽到組織學生參加省級或全國電子設計大賽,讓學生在有限的時間里完成項目制作,真切體會所學得以所用的成就感;和企業聯合建立實踐基地,為學生提供假期、畢業實習機會,從實戰項目中得到能力的提升,如器件識別、器件使用、測試方法和設計過程等,學會做事的基本流程,從項目管理上學會把握進度,責任落實到人.以2016年校電子設計大賽的賽題“簡易信號發生器的設計”為例,來說明學生如何在賽事引導下實現專業知識的應用.題目的要求是產生一個頻率、幅度可調的信號發生器,包括三角波、方波和正弦波.從開題到作品上交,為期3天,成果需包括實物和論文以及現場答辯,學生以3人一組,分工合作.題不難,但是時間短,需要學生平時對專業知識的把握以及如何應用有個較清晰的思路.結合專業知識以及平常所教,學生需對題目進行仔細分析之后,通過文獻查閱,方案比較,然后選購器材、焊板調試,并根據結果做出論文以及答辯PPT.其中獲獎學生的信號發生器方案見圖3.該方案涉及到了集成運放的應用及反饋原理,包括積分電路(方波到三角波的變換)、正反饋振蕩(方波的產生)以及帶通濾波(方波到正弦波的變換),融合了模電的基本知識.通過該方案的仿真和調試,以及論文和答辯的理論闡述,相信學生對模擬電子技術的相關應用可以更直觀、更身有體會.學生疲于學習,很多時候源于沒有成就感.從應用出發,加之科技競賽、實踐項目的引導,學生能夠獲得階段性的成就感,樹立專業學習的信心,從而有了和教師討論和溝通的驅動力.學生向教師求知,而非教師在灌輸,這樣的良好互動局面,是學生熱情學習的環境.
3結語
結合多年的工程經驗,將應用帶入教學中,同時將從業方向信息與學生分享,并鼓勵學生在課程設計時,不用局限于題目,只要有新想法,都可以拿來實現.每次的實現都是一次鍛煉的機會,厚積薄發,就可以在以后的競賽中更有實現作品的能力.該教學方法在學生的反應中收效很好,真切體現出學生是為了探索和解惑而學習,而非為了應付學分,充分發揮了學生的主觀能動性,提高了學生學習的自主性.
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論文摘要:《模擬電子技術》是電專業的一門非常重要的專業基礎課程。《模擬電子技術》的教學改革具體表現在教學內容、教學方法、教學手段、實踐環節、等方面的改革。本文對模擬電子技術課程簡單介紹,通過五方面闡述了模擬電子技術教學改革的方法,并對模擬電子技術課程的發展進行展望。
一、引言
《模擬電子技術基礎》課程是工科電氣信息類專業的一門重要技術基礎課程,其工程性和實踐性都很強。它是繼《電路分析基礎》之后又一門主干技術基礎課程。并與《通信電子線路》一起為電子專業的學生提供有關模擬電子電路必備的理論基礎知識,也為其它實踐性課程和專業課程提供了必要的知識準備。模擬電子技術基本概念多、原理強、與工程實踐聯系緊密,分析方法與以往的課程有很大的不同,再加上課程“學時少,內容多”,學生學習起來普遍感到困難。為達到應用型的人才培養目標、以專業素質教育為教學目標,以基本概念、基本原理、基本分析方法為教學內容。在將基本教學內容貫穿課程始終的同時,加強對學生應用技能的培養,并在教學過程中采取多種教學方法貫徹落實。
二、模擬電子技術教學改革的基本方法
(一)強化基本概念,加強實踐應用。本課程有很多基本概念,這些基本概念回答的是模擬電路最基本的問題,構成了該門課程的根基,因此必須強化基本概念,并在應用中反復強調,進一步加深印象。模擬電子技術基礎課程有很強的實踐性,而實驗是培養理論聯系實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學研究方法的重要手段。應精選了最基本的和有較高實用價值的綜合實驗項目。實驗過程中,注重介紹新儀表、新儀器的使用,這樣學生會直接感受到科技發展帶來的巨大方便,通過對企業及畢業生的跟蹤調查,進一步明確了知識體系的重點和難點,明確了學生學習本課程的核心能力。基礎實驗、綜合實驗和創新實驗(課程設計中完成)三階段臺階式教學方式,教學目的層次分明,循序漸進,使學生從常用電子儀器的使用方法和電子電路的測試方法學起,通過綜合應用到創新的設計和實現,經歷完整的科學的自主的訓練過程,培養了學生實踐能力、綜合應用能力和創新意識,使之在“硬件”實現和eda技術的應用上能夠達到一定的水平,并為進一步發展打下基礎。加上之后的“電子工藝實習”、“電子設計大賽”和貫穿學生學習期間的課外科技活動,形成一個整體,使對電子技術感興趣的學生能夠有個性地健康發展,達到較高的水平。
(二)在教學過程中注重定性分析。從工程思維觀念出發,不過分追求理論分析的嚴謹。注重培養系統的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和創新意識,學習科學的思維方法。例如,介紹rc串并聯選頻網絡的選頻特性時,先定性分析該網絡對低頻和高頻信號的相移,確定有一頻率信號通過時相移為零,依據該特點再與放大電路配合,滿足振蕩相位平衡條件,則該選頻網絡就具有選頻特性,其定量推導只給出思路和結果即可。
(三)化大為小,化繁為易。對于難度較大的內容,采取化大為小,化繁為簡,各個擊破的方法。例如,負反饋組態的判斷是一個難點,要根據反饋性質、取樣方式、反饋方式進行判斷,每一類判斷又有多種方法,若三類判斷混在一起講,多種方法無重點的講,學生一方面很容易混淆,另一方面每種方法可能都掌握不好。為此,我們把三類判斷分開講,講一種,練一種,學生掌握后,再講下一種,把大難點分散為小難點,再各個擊破。講判斷方法時,先介紹定義法,然后引出短路法,最后引出更簡單易行的方法——從結構判斷,并重點練習,這樣將繁瑣的判斷簡單化,化繁為簡,便于學生掌握。
(四)及時對教學內容進行改革。模擬電子技術是當今自動化控制的基本手段,集成化技術發展非常快,因此及時調整教學內容,追蹤最新技術,增加新知識,講授中對分立元件的電路從器件、電路產生的背景和需求入手進行基本原理分析,然后講解其結構、作用和電路的分析,并將重點放在廣泛應用的集成元件的電路分析和使用上。
(五)采用多種形式的課堂教學。在教學手段上,利用現代化教學手段,采用多媒體課件、黑板授課及實驗仿真和實際操作相結合的方法,將肢體語言與聲光電有機的結合起來,全方位對學生實施情景教學,學生可以在電腦上進行課程實驗的調試與測量,加大課程信息量,使學生對所學知識產生興趣,很快進入學習狀態。教學活動的主體是學生,為了能讓學生真正參與到教學活動中,我們采用討論課、練習課、提問課等多種形式,激發學生學習興趣,培養學生創新精神。采用啟發式、仿真環節、邊講邊練、理論與實踐穿行的教學方法,在講授完本節內容的同時提出新問題,為下面的新內容、新知識的講授作好鋪墊。做到“提出問題——¬¬¬¬¬引導思考——求證歸納”,同時總結一些有助于學生形象化思維和記憶的竅門、比喻,通過傳授知識提高學生的學習興趣,使學生和教師達到互動,調動大家學習的積極性。
三、結束語
隨著電子技術學科的發展,如何更好地解決基礎與發展、基礎知識與實際應用、理論與實踐等矛盾,處理好“寬”“新”“深”的關系,建立先進和科學的教學結構,以適應不斷更新的課程內容體系始終是我們改革的重點。本課程需要建立起課堂教學、實驗教學、網絡教學和eda教學交叉融合的教學結構,并使各教學環節各司其職,相輔相成,互相交融,實現“加強基礎,注重實踐,因材施教,促進創新”的同一個目標,并不斷地研究國內外高等教育的發展,把新的教育思想、教學方法和教學手段恰當地應用于本課程。
參考文獻:
關鍵詞:電工學;教學改革;教學實踐
作者簡介:謝玲玲(1980-),女,廣西昭平人,廣西大學電氣工程學院,講師;韋東梅(1961-),女,廣西南寧人,廣西大學電氣工程學院,副教授。(廣西 南寧 530004)
基金項目:本文系2013年度廣西高等教育教學改革工程重點項目“電工電子學類課程體系的創新改革與實踐”(項目編號:2013JGZ101)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)30-0102-02
隨著科技的進步,電工電子技術在工業、農業、科研、教育、醫療、文化娛樂、日常生活等領域的應用范圍不斷擴大,各行業的技術人員也要掌握更多的電工電子知識和技能。“電工學”課程是國內高等學校大多數工科非電專業的一門必修基礎課程,它所涉及的教學內容豐富,包括“電路理論”、“電工測量”、“安全用電學識”、“電機學”、“電氣控制技術”、“可編程序控制器”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”等方面的知識,這些教學內容涉及多門課程。[1]隨著電工電子技術的迅速發展,新的技術不斷涌現,“電工學”課程的教學內容也在不斷地增加。但是,“電工學”教學學時卻在減少,學時少與教學內容多這一矛盾更加突出。因此,要達到良好的教學效果,必須對“電工學”課程進行教學改革。廣西大學根據“電工學”課程的特點和要求,對其在教學大綱、教學內容、教學方法、實驗教學和考核方法等方面進行改革。
一、教學大綱和教學內容的改革
1.教學大綱的改革
“電工學”實質上是電類專業電路、電機學、模擬電子技術和數字電子技術等課程的簡化和濃縮,教學內容涉及面廣,概念多,理論性和實踐性強。“電工學”的教學對象涉及的專業較多,如土木、機械、化工、材料等專業,不同的專業對該課程的要求也不同。[2]如果對各個專業采用統一的教學大綱,必然導致有些專業的學生學少了不夠用,而有些專業的學生學多了沒有用。因此,我們根據各專業要求制定出有針對性的教學大綱,做到因材施教。在這個基礎上制定出其相應的學時。針對不同的專業將“電工學”課程分為46學時、66學時和72學時。學時多的專業,所學的內容相應就多些;學時少的,所學的內容也就少些。
2.教學內容的改革
“電工學”作為一門非電類專業學生的必修基礎課程,其基本概念、基本理論和基本方法是教學重點,這些必須講得清楚、透徹,要讓學生掌握這些基本的知識。對于一些系統的理論知識和繁煩的數學推導、論證,盡量刪減。為此,對教學內容進行精簡和優化。
(1)電路部分,壓縮部分電路分析的內容,重點強調電路的基本概念和基本的分析方法,如基爾霍夫定律、支路電流法、結點電壓法、疊加定理、戴維寧定理,而諾頓定理不作講解。此外,對于這些定理的由來不做講述,只講述如何應用。電路的暫態分析部分,教學重點放在三要素法和微分電路、積分電路的應用,對于如何求解微分方程簡要闡述即可。
(2)電機部分,重點講授廣泛應用的三相異步電機,對直流電機及伺服電機,僅作簡要的介紹。電機自動控制部分,圍繞繼電接觸器和常用低壓電器的工作原理進行展開,重點是要讓學生掌握基本控制環節的組成、作用和工作過程,能讀懂簡單的控制電路原理圖,并能設計簡單的控制電路。
(3)模擬電子技術部分,弱化對二極管、三極管的內部機理分析,重點放在其外部特性及應用方面;對于放大電路部分,重點突出基本概念和基本分析方法,以共射極放大電路為例講授如何分析放大電路的靜態和動態分析方法,共集放大電路強調其組成和應用,而共基放大電路不作講解。
(4)數字電子技術部分,壓縮分立元件內容,重點放在集成元件的應用上。
此外,在教學過程中,除了讓學生牢牢掌握本課程的基本理論外,還向他們介紹電工和電子技術的新產品、新技術、新方法,結合當前科技發展拓寬學生的視野,開拓他們的創新思維。通過對教材內容做適當的優化,收到了良好的教學效果。
二、教學方法的改革
“電工學”課程涉及的教學內容多,并且大部分內容都很抽象,學生理解起來有一定的難度。為此,要努力提高學生的學習興趣,激發他們的求知欲。這就要求我們在教學的時侯,要做到深入淺出,把抽象的東西形象化。
第一,要做好課前引導工作。這要求教師對教學內容要做好充分準備。上課時,先把上一次課的內容簡要復習一次,并把布置的作業詳細講解,然后給學生簡要闡述本次課的教學內容,采用提問式的方法引出具體的知識點。從知識點切入,逐漸向外擴寬,循循善誘。通過這樣的方法,既可讓學生鞏固上一次課的知識點,也可激發學生的好奇心,提高他們學習的積極性。
第二,合理安排教學內容,突出教學重點,注重與學生的互動交流。教學過程中,要做到重點突出,對重點內容要詳細講解。在課堂上,增加課堂討論的時間,并將課堂問答作為平時成績考核的一部分,達到與學生互動、交流的目的,進一步提高學生的自學能力。在課外,通過電子郵箱、QQ、電話和學生溝通,并且每周安排一次答疑時間,讓學生有更多的時間和教師交流。通過這些方式,不僅有助于教師更好地了解學生的學習情況和自己教學中存在的不足之處,還能大大地改進師生關系。
第三,開拓視野,培養學生的創新思維。在課外,我們給學生介紹一些與電工電子有關的專業期刊,讓他們了解電工學的學科前沿,有利于拓寬知識面。圍繞教學大綱,給定一些題目,讓學生完成課程小論文的寫作。學生通過查閱課外資料,更好地了解電工和電子技術的發展和應用,大大提高了他們的學習興趣。
第四,改進教學手段。把教學手段和教學方法有機地結合,可以達到事半功倍的效果。在教學手段上,充分利用多媒體教室,將多媒體課體與黑板板書有效地結合起來,以課件為主,板書為輔,在課堂中合理運用。課后習題和測驗題的講解,利用板書逐步給出解題步驟,讓學生慢慢理解和消化。對于各種原理圖和結構圖,利用多媒體課件可以提高圖的美觀度,由此增加其直觀性,并且可以提高效率。對于一些學生難以理解的抽象內容,通過采用課件、動畫等手段進行展示,使得抽象的教學內容形象化,進一步提高學生的理解能力和接受能力。如在講解三相電路時,通過播放一個單相電機和三相電機發電的動畫,使得學生更好地理解和接受相關的理論知識。靈活運用多種教學手段,可以更好地激發學生的學習興趣。
第五,理論與實際相結合,進一步提高學生的感性認識和學習興趣。比如,在講解三相電源時,結合實際生活,說明要采用三相四線制供電和三相負載不平衡的原因;在講解常用控制電器時,拿一些實際使用的交流接觸器、行程開關到教室給學生講述,讓學生對其結構有更直觀的認識;在講解電氣自動控制時,用學生熟悉的電梯作為例子進行各種控制技術的講述,把課本的理論與實際生活結合起來,達到學以致用的目的。
三、實驗教學的改革
“電工學”是一門理論和實踐性很強的課程,實驗教學是教學中必不可少的一個內容,它和理論教學相輔相成。學生通過實驗,不僅能加深理解書本上的內容,提高動手和思考能力,還能培養他們的創新能力。與理論課程相對應,實驗課程也分為電路、電機及控制、模擬電子技術、數字電子技術四部分的實驗內容。電路部分的實驗包括觸電現場的緊急救護和基本定律、定理(如基爾霍夫定律、疊加定理、戴維南定理)的驗證實驗。學生通過搭接實驗電路、調試、測量即可完成。這些驗證性實驗的目的就是為了讓學生正確使用常用的儀器儀表,掌握正確的實驗方法。電機及控制、模擬電子技術、數字電子技術這三部分的實驗,采用開放設計性實驗。根據給定的題目,如設計異步電動機的正反轉,要求學生自己設計實驗方案和實驗電路,確定所用元件的參數及儀表。這些開放設計性實驗,旨在鼓勵學生創新,用多種方法來完成實驗,進一步增強他們對理論知識的理解和掌握,培養他們的思考能力和應用能力。實踐結果表明,實驗效果較好,培養了學生的動手能力和學習興趣。
四、考核方法的改革
“電工學”課程考試為閉卷考試,以期末考試成績作為學生期評成績的考核方法存在以下弊端:不能客觀反映學生學習的真實水平;部分平時不認真學習的學生,通過期末突擊復習也有可能會取得較高的成績,這對平時認真學習的學生來說不公平。因此,將考核分為平時成績和期末考試成績兩部分。為了公平、全面評價學生的平時成績,對平時成績的考核方法進行改革[3],其考核方法為:根據學生上課的出勤情況、作業成績、實驗成績、測驗成績、課堂表現和課程論文得到其原始的平時成績,其計算公式為:原始平時成績=(作業總平時成績+n次測驗成績之和+考勤成績×2+實驗成績×2+課堂表現+課程論文)/(n+7)。將原始平時成績從高到低排序,從高分到低分評定其最終平時成績,并且最終平時成績的每個分數段按一定比例分配。學生的期末考試的卷面成績即為其期末考試成績。學生的期評成績=最終平時成績×40%+期末考試成績×60%。這種考核方法比較全面、客觀、公平,有利于提高學生學習的主動性,調動他們的積極性,更好地提高教學質量。
五、結論
“電工學”是一門教學內容豐富的專業基礎課,經過以上幾個方面的改革和探索,學生由原來的“害怕、抵觸”情緒轉變為“我要學”,大大提高了學習的主動性和積極性,教師和學生對“電工學”的教學都比較滿意,取得了很好的教學效果。
參考文獻:
[1]孫君曼,鄧瑋,劉潔.電工學類課程教學綜合改革研究[J].中國電力教育,2009,(14):122-123.
關鍵詞 電子信息 畢業設計 工程實踐 課程體系
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
應用型本科院校電子信息類專業的畢業設計一般要求學生獨立完成課題的方案設計、電路設計、原理圖與PCB圖設計、實物制作與調試、撰寫論文以及答辯等多個環節,是對電子信息類畢業生工程實踐技能和科學研究能力的綜合考核。但是,近年來由于高校擴招和生源質量的下降,以及畢業生就業壓力增大的影響,導致電子信息類專業畢業論文(設計)的質量出現明顯的下降。因此,如何提高畢業設計(論文)的質量已成為高校教學改革研究的一個重要課題。
1 畢業論文(設計)中的主要問題
1.1 學生缺乏工程實踐能力
我校工程實踐教育中始終存在著“重理論、輕實踐”的認識傾向,忽視了大學生實踐能力的培養,因此學生在做畢業設計時,有的不會做方案設計;有的缺乏研究思路和方法;有的儀器操作不熟練,不會排除在實物制作與調試中遇到的故障和問題,導致實物沒調試成功;這些極大地挫傷了學生的積極性,影響了畢業設計的質量。
1.2 學生投入的時間、精力嚴重不足
我校的畢業設計安排在第8學期的1~16周,正是企事業單位招聘的高峰時刻,由于如今經濟轉型,大學生就業壓力巨大,尋找一個好單位,需要花費大量的時間去參加招聘會和面試,如果面試成功,用人單位希望學生馬上頂崗實習,使得學生在畢業設計中實際投入的時間和精力不足,當然還有極少數學生忙于補考等遺留問題的解決也牽扯了大量的精力,影響了畢業設計的質量。
1.3 學生對畢業設計認識上有誤區
我校大多數學生認為畢設對尋找工作單位沒有影響,同時認為畢業設計總是可以通過的,沒有將畢業設計看成是大學實踐活動中最重要的綜合實習,是對自己工程實踐能力和創新能力的培養,是自己清晰了解設計過程的學習,是自己論文撰寫能力的培養,對自己在以后的實際工作中盡快適應社會,影響巨大。
2 提高畢業論文(設計)的措施和建議
2.1 合理設置課程體系,優化教學內容
我校作為應用型本科院校,為培養學生的工程實踐能力,對人才培養方案和教學大綱進行了修改,突出學生實踐能力的培養,使學生有進行系統設計、實驗分析和數據處理的能力。課程體系改革中進行了如下修改:(1)將課程體系分為公共基礎課、專業基礎課、專業必修課、專業選修課、實踐教學五個模塊。(2)重視專業基礎課程平臺建設,對電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術等教學內容優化,主要強調電路理論的基本理論和概念,電子器件的外部特性,突出實踐運用,加強實驗教學,在實驗性教學中增加設計性實驗。(3)對一些實踐性較強的課程,如單片機,將其由專業基礎課調整為選修課,考核方式為項目設計,突出學生的實踐能力。(4)針對應用型本科的特點,調整專業選修課程內容,突出實踐運用,將一些理論性較強的選修課進行調整,如模式識別、圖像處理等,調整為射頻電路及CAD技術、FPGA通信設計基礎、ARM原理與應用等。(5)優化實踐教學內容,增加了電子技術課程設計,專業實踐課程體系更加合理有序,符合認知規律,學生在一、二年級注重專業基礎訓練,培養學生的儀器操作能力和建立基本的系統概念,掌握基本的設計流程和動手制作實物的能力;三、四年級則是專業工程設計的培養,使學生具備獨立設計一個完整電子系統的能力。(6)為提高學生實踐能力,建立實驗室開放機制,電子工藝實驗室全天開放,學生自主管理,其他專業實驗室由學生申請,系部批準后對申請學生開放,盡可能提供實驗室給學生使用,提高學生的工程實踐能力。(7)改革教學方法和教學手段,在課堂教學和實驗教學中引入仿真工具和軟件,如MATLAB,MULTISIM,PROTELL等。尤其是單片機教學采用CDIO模式取得了較好的效果。(8)校企合作,與企業合建實驗室,如與TI公司合建單片機實驗室,將最新的電子技術引入教學中;并設立大學生創業創新基地,鼓勵大學生自主學習、探索和開展科研活動。(9)開設科技講座,擴展學生的知識面,激發學生的創新意識和興趣。
2.2 對畢業論文(設計)的時間、模式進行調整
(1)由具有中級職稱以上的有責任心的中青年教師組成畢業論文(設計)選題小組和指導小組,對選題的綜合性、實用性、創新性和時效性進行評價和篩選,強調選題以設計類題目為主,要求軟硬件相結合。(2)學生的選題時間可靈活調整,我校鼓勵學生參加各種學科競賽。如大學生電子設計競賽,在做畢業設計時可選取與學科競賽相近的題目;參加飛思卡爾的可選取智能車的題目;還有一些學生可在第6學期單片機實踐時就選取自己感興趣的題目作為選題,如有學生在單片機實習時做的是電子搶答器,畢設時做的是無線搶答器,學生完成得非常好。(3)對學生加強教育,認真開好畢業設計動員大會,提高學生的主觀能動性,畢業設計是一個自主學習、實踐、探索和創新的過程,是學生參加實際工作的一個預演,對學生很重要,消除學生的認識誤區,提高學生的積極性。(4)嚴格畢業論文(設計)考核制度,對在畢業設計中期檢查中不合格的給予警告,如在畢業設計中確實不合格的要求二次答辯,二次答辯還不合格的則畢業設計判定不合格。
3 總結
近年來我校通過不斷地探索和調研,借鑒其他學校的一些經驗并結合本校的實際情況,科學設置課程體系,優化突出應用型教學內容,合理安排畢設時間和組織機構,整合學校實驗室教學資源,與企業合建實驗室,充分調動學生的主觀能動性,達到提高畢業設計質量的目的,從實施的效果來看,已初步扭轉質量下滑的趨勢。
參考文獻
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