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        1. 北京北信科遠(yuǎn)儀器有限責(zé)任公司

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          面向工程應(yīng)用型本科的模擬電子技術(shù)教材構(gòu)想

          2016-6-29  閱讀(619)

          面向工程應(yīng)用型本科的模擬電子技術(shù)教材構(gòu)想何秋陽朱敏王紅玉課程的教材改革,主要闡述了如何按照模塊化的結(jié)構(gòu)組織優(yōu)化教材內(nèi)容、如何借助于仿真軟件闡述抽象的理論以降低課程難度等問題。把實踐能力、工程能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)理念、教材內(nèi)容設(shè)計、相關(guān)知識點的處理方法等各個方面,比較具體詳盡地提出了模擬電子技術(shù)教材的構(gòu)建思路。

            師。(江蘇南京210013)基金項目:本文系南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院教學(xué)改革項目(項目編號:09-4-22)的研究成果。

            目前正在使用的模擬電子技術(shù)本科教材主要是面向研究型本科教育的,研究型本科教材內(nèi)容一般基礎(chǔ)理論偏多偏深,注重知識理論體系的完整性、系統(tǒng)性,比較側(cè)重于單元電路的工作原理和分析計算。如果直接作為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的教材使用會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒,不但不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,相反還會讓學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理,影響教學(xué)效果。

            一、模擬電子技術(shù)教材建設(shè)的思路和目標(biāo)現(xiàn)在的模電教材知識結(jié)構(gòu)不夠合理,我們以必需和夠用為原則精簡和精選內(nèi)容,以應(yīng)用型工程實踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)為主線組織教材內(nèi)容。具體方式如下:原教材中分立元件占的比例偏大,主要從電路分析的需要來討論和分析電路,缺乏電路系統(tǒng)的概念,隨著技術(shù)的發(fā)展,集成電路成為工程應(yīng)用的主流,對應(yīng)用型本科教學(xué)而言,刪去PN結(jié)、二極管、三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形成原理部分,只介紹二極管和三極管的外部特性和應(yīng)用電路。教材中用來分析單管單元電路的圖解分析法、微變電路分析法、直流通路和交流通路內(nèi)容可以略去,強(qiáng)調(diào)電子元件和基本電路的外部特性和電路模型,有些內(nèi)容可以只談結(jié)論,不必解釋由來。增加直流穩(wěn)壓電源模塊,振蕩器模塊,A/D、D/A變換模塊。

            傳統(tǒng)教材沿用管路結(jié)合的編寫方式,而對應(yīng)用型本科采用功能模塊式的教材體系,注重單元電路之間的,并把單元電路放在實用的系統(tǒng)中,重點討論系統(tǒng)的功能,各模塊在系統(tǒng)中的作用和相互間的關(guān)系。這些功能模塊可以由一個或幾個集成芯片組成,也可以是一種芯片為核心加上其他元件組成的功能電路(如比例放大、振蕩器等)。

            二、教材的體系和內(nèi)容布局緒論單列一章,介紹電子技術(shù)的發(fā)展歷史,以一個日常生活中的實例給出電子系統(tǒng)的概念(手機(jī)、收音機(jī)、計算機(jī)等),并從實例總結(jié)出模擬電子系統(tǒng)的組成框圖(如所示)。在緒論中給出模擬信號和數(shù)字信號的概念,以及模擬電路系統(tǒng)與數(shù)字電路系統(tǒng)的劃分模塊化結(jié)構(gòu)圖方法。

            *模塊:常用半導(dǎo)體器件。在主體內(nèi)容上與傳統(tǒng)的教材一致,主要介紹半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管和晶閘管。

            但在內(nèi)容展開方面與傳統(tǒng)教材相比做以下調(diào)整:半導(dǎo)體和PN結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按照夠用的原則稍作介紹,重點介紹各類器件的符號、伏安特性、應(yīng)用電路的定性分析,略去定量計算的內(nèi)容。各個器件在電路中的作用效果通過EWB仿真軟件給出,并在實際教學(xué)課堂上做演示。比如二極管的檢波作用,三極管的放大作用和效果,通過仿真演示加強(qiáng)學(xué)生對抽象理論內(nèi)容的理解。

            第二模塊:常用放大器基礎(chǔ)。主要介紹三種組態(tài)基本放大器、多級放大器、差動放大器、集成運算放大器、功率放大器。本章內(nèi)容對應(yīng)于模擬電子系統(tǒng)中的各種放大模塊,在內(nèi)容組織上保留直流偏置電路部分。圖解分析法主要是闡述放大原理和失真分析,*可以由仿真波形分析替代,因此略去圖解分析法。由于在實際工程應(yīng)用中很少用到分立放大電路,分立元件放大倍數(shù)的計算更少涉及,所以主要用于計算放大倍數(shù)和輸人輸出電阻的微變等效電路分析法也可略去?;痉糯蠛投嗉壏糯笮Ч约案髟淖饔煤皖l率響應(yīng)主要通過仿真軟件演示效果,不做定量的計算。本章重點內(nèi)容放在集成運放的特點及線性和非線性應(yīng)用上,增加使用集成運算放大器應(yīng)注意的問題。

            第三模塊:波形的產(chǎn)生與變換。主要介紹正弦波振蕩器、非正弦振蕩器、直流穩(wěn)壓電源。正弦波振蕩器部分介紹分立和集成振蕩,并把二者結(jié)合起來講述;非正弦振蕩器只介紹集成電路部分;直流穩(wěn)壓電源只介紹集成穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用。

            第四模塊:A/D、D/A變換和應(yīng)用。因為A/D和D/A的主要性能指標(biāo)是由模擬電路的性能指標(biāo)決定的,所以在模擬電子技術(shù)中介紹常用芯片和實用電路,以及可以實現(xiàn)高分辨率的過采樣A/D轉(zhuǎn)換器。

            第五模塊:仿真分析軟件。一般教材會把仿真軟件的介紹放在zui后一章,由于課時的關(guān)系往往沒有時間介紹。仿真工具可以有效地解決抽象理論與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)的問題。對于應(yīng)用型本科教學(xué),我們構(gòu)想教師主要應(yīng)把基本概念講清楚,電路的構(gòu)成、電路的仿真分析、電路功能的測試等工作都可以借助于仿真軟件完成。比如放大電路的頻率效應(yīng),線性和非線性失真,集成運放的應(yīng)用等用仿真軟件介紹效果非常好。另外借助仿真軟件可以清楚地觀察到改變電路連接或改變元件參數(shù)對電路性能的影響,略去繁瑣的計算。

            建立電子系統(tǒng)的概念,內(nèi)容組織圍繞電子系統(tǒng)的每一個組成部分,把零散的內(nèi)容貫穿起來。

            精簡了關(guān)于分立元件放大電路原理的分析計算和綜合設(shè)計,介紹一些新的器件和集成電路,較多引用一些實際工程應(yīng)用知識。例如在集成運算放大器部分,除了介紹常見應(yīng)用外,增加了工程實踐中正確使用集成運放的注意事項。

            采用模塊化的體系結(jié)構(gòu),以電子技術(shù)中的典型模塊為載體開展理論和實驗一體化的教學(xué)模式。例如:模塊一“常用半導(dǎo)體器件”對元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅作簡單介紹,要求學(xué)生了解即可,把重點放在元器件的外部特性(即伏安特性)和元器件的識別和質(zhì)量好壞的判斷上。同時結(jié)合元器件的判斷,進(jìn)一步強(qiáng)化萬用表的使用,并使學(xué)生初步認(rèn)識晶體管特性圖示儀,然后引人仿真軟件MULTISIM的介紹,讓學(xué)生了解當(dāng)前企業(yè)正在使用的全面集成的設(shè)計環(huán)境MULTISIM.在這一模塊主要介紹MULTISIM的基本界面和主要菜單欄當(dāng)中的元件列表欄,調(diào)出課堂介紹的二極管、三極管、場效應(yīng)管等元件符號展示給學(xué)生。通過教學(xué)手段的改革可以讓學(xué)生建立立體的知識構(gòu)架,把理論內(nèi)容、實驗環(huán)節(jié)及工程實踐當(dāng)中分析設(shè)計的實際情景統(tǒng)一起來,明白學(xué)習(xí)常用半導(dǎo)體器件的目的和意義,感知半導(dǎo)體器件在整個模擬電子技術(shù)中的地位。

            在教材中的相關(guān)章節(jié)引人電子仿真軟件的介紹和仿真實踐?,F(xiàn)行的一些教材也開始介紹電路仿真軟件,但由于教學(xué)時數(shù)和教學(xué)條件等的限制,一般都放在附錄中。在授課過程中基本不涉及計算機(jī)仿真問題,反映出在理念上仍然認(rèn)為計算機(jī)工具不能替代電路理論中經(jīng)典的傳統(tǒng)分析方法,沒有把培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握計算機(jī)仿真技能作為一種必需。忽視計算機(jī)工具對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中重點和難點理解的巨大幫助。在新的教材體系中,我們把計算機(jī)仿真軟件的介紹和使用滲透在每一個具體的章節(jié)里。一般在每一章的zui后一節(jié)介紹應(yīng)用MULTISIM軟件分析計算過程的實際操作界面,在習(xí)題中給出應(yīng)用計算機(jī)軟件分析的習(xí)題,通過理論課的仿真演示增加理論內(nèi)容的直觀性和可信度。學(xué)生可以直觀地看到電路的構(gòu)成、信號的產(chǎn)生和變化、元件參數(shù)變化時對電路的影響等等,有助于學(xué)生對理論知識的理解和掌握,增加視覺效應(yīng),加深對重點、難點內(nèi)容的理解。同時為分析計算真實的工程實例打下良好的基礎(chǔ),使理論與工程實際的結(jié)合變得容易,逐步培養(yǎng)工程師應(yīng)該具備的內(nèi)在素質(zhì)。

            將電子設(shè)計大賽的成果編制在附錄中,降低模擬電子技術(shù)的神秘性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在理論內(nèi)容講完放大電路后,把學(xué)生制作的寬帶放大器的相關(guān)選題背景、論證分析、設(shè)計過程、zui終成果以及設(shè)計成果在通信領(lǐng)域的使用和推廣價值介紹給學(xué)生。不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,而且能把課堂學(xué)習(xí)和工程實踐有機(jī)地結(jié)合起來。

            以上是筆者在本科教育普及化的教育背景下,面向民辦高校本科應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)模式的需求,結(jié)合電氣信息類本科專業(yè)的特點和本校的課程建設(shè)與改革,提出的模擬電子技術(shù)教材的理論體系構(gòu)建思路。理論教師主要是把基本概念、各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)解釋清楚,復(fù)雜的電路分析和計算主要借助仿真軟件做課堂演示來完成。這樣做看似增加了內(nèi)容,實際上大大降低了難度。如果能夠配合理論教材設(shè)計相輔相成的輔助實驗教材,將電子仿真實驗和硬件實驗有機(jī)地結(jié)合起來,組建系列教材,再進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)課程(“電路分析'”數(shù)字電子技術(shù)通信電子電路單片機(jī)原理與應(yīng)用“)攜手改革,促進(jìn)課程群的建設(shè),必將為工程型、應(yīng)用型本科生的培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ),為民辦本科教育的發(fā)展起到重要的推動作用。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。



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