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2016-6-29 閱讀(637)
面向工程應用型本科的模擬電子技術教材構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構組織優(yōu)化教材內容、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”課程的教學理念、教材內容設計、相關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教材的構建思路。
師。(江蘇南京210013)基金項目:本文系南京郵電大學通達學院教學改革項目(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,研究型本科教材內容一般基礎理論偏多偏深,注重知識理論體系的完整性、系統(tǒng)性,比較側重于單元電路的工作原理和分析計算。如果直接作為應用型本科人才培養(yǎng)的教材使用會導致學生產生畏難情緒,不但不能激發(fā)學生的學習興趣,相反還會讓學生產生畏懼心理,影響教學效果。
一、模擬電子技術教材建設的思路和目標現(xiàn)在的模電教材知識結構不夠合理,我們以必需和夠用為原則精簡和精選內容,以應用型工程實踐能力的培養(yǎng)目標為主線組織教材內容。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,隨著技術的發(fā)展,集成電路成為工程應用的主流,對應用型本科教學而言,刪去PN結、二極管、三極管的內部結構和形成原理部分,只介紹二極管和三極管的外部特性和應用電路。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容可以略去,強調電子元件和基本電路的外部特性和電路模型,有些內容可以只談結論,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)教材沿用管路結合的編寫方式,而對應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、教材的體系和內容布局緒論單列一章,介紹電子技術的發(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、收音機、計算機等),并從實例總結出模擬電子系統(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)的劃分模塊化結構圖方法。
*模塊:常用半導體器件。在主體內容上與傳統(tǒng)的教材一致,主要介紹半導體二極管、半導體三極管和晶閘管。
但在內容展開方面與傳統(tǒng)教材相比做以下調整:半導體和PN結的內部結構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、應用電路的定性分析,略去定量計算的內容。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,通過仿真演示加強學生對抽象理論內容的理解。
第二模塊:常用放大器基礎。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。本章內容對應于模擬電子系統(tǒng)中的各種放大模塊,在內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。基本放大和多級放大效果以及各元件的作用和頻率響應主要通過仿真軟件演示效果,不做定量的計算。本章重點內容放在集成運放的特點及線性和非線性應用上,增加使用集成運算放大器應注意的問題。
第三模塊:波形的產生與變換。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)壓電源及其應用。
第四模塊:A/D、D/A變換和應用。因為A/D和D/A的主要性能指標是由模擬電路的性能指標決定的,所以在模擬電子技術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。對于應用型本科教學,我們構想教師主要應把基本概念講清楚,電路的構成、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,線性和非線性失真,集成運放的應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,內容組織圍繞電子系統(tǒng)的每一個組成部分,把零散的內容貫穿起來。
精簡了關于分立元件放大電路原理的分析計算和綜合設計,介紹一些新的器件和集成電路,較多引用一些實際工程應用知識。例如在集成運算放大器部分,除了介紹常見應用外,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構,以電子技術中的典型模塊為載體開展理論和實驗一體化的教學模式。例如:模塊一“常用半導體器件”對元器件的內部結構僅作簡單介紹,要求學生了解即可,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量好壞的判斷上。同時結合元器件的判斷,進一步強化萬用表的使用,并使學生初步認識晶體管特性圖示儀,然后引人仿真軟件MULTISIM的介紹,讓學生了解當前企業(yè)正在使用的全面集成的設計環(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中的元件列表欄,調出課堂介紹的二極管、三極管、場效應管等元件符號展示給學生。通過教學手段的改革可以讓學生建立立體的知識構架,把理論內容、實驗環(huán)節(jié)及工程實踐當中分析設計的實際情景統(tǒng)一起來,明白學習常用半導體器件的目的和意義,感知半導體器件在整個模擬電子技術中的地位。
在教材中的相關章節(jié)引人電子仿真軟件的介紹和仿真實踐。現(xiàn)行的一些教材也開始介紹電路仿真軟件,但由于教學時數(shù)和教學條件等的限制,一般都放在附錄中。在授課過程中基本不涉及計算機仿真問題,反映出在理念上仍然認為計算機工具不能替代電路理論中經典的傳統(tǒng)分析方法,沒有把培養(yǎng)學生熟練掌握計算機仿真技能作為一種必需。忽視計算機工具對學生學習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)介紹應用MULTISIM軟件分析計算過程的實際操作界面,在習題中給出應用計算機軟件分析的習題,通過理論課的仿真演示增加理論內容的直觀性和可信度。學生可以直觀地看到電路的構成、信號的產生和變化、元件參數(shù)變化時對電路的影響等等,有助于學生對理論知識的理解和掌握,增加視覺效應,加深對重點、難點內容的理解。同時為分析計算真實的工程實例打下良好的基礎,使理論與工程實際的結合變得容易,逐步培養(yǎng)工程師應該具備的內在素質。
將電子設計大賽的成果編制在附錄中,降低模擬電子技術的神秘性,激發(fā)學生的學習興趣。例如在理論內容講完放大電路后,把學生制作的寬帶放大器的相關選題背景、論證分析、設計過程、zui終成果以及設計成果在通信領域的使用和推廣價值介紹給學生。不僅可以激發(fā)學生的學習積極性,而且能把課堂學習和工程實踐有機地結合起來。
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用型工程人才培養(yǎng)模式的需求,結合電氣信息類本科專業(yè)的特點和本校的課程建設與改革,提出的模擬電子技術教材的理論體系構建思路。理論教師主要是把基本概念、各部分內容之間的內在關聯(lián)解釋清楚,復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容,實際上大大降低了難度。如果能夠配合理論教材設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地結合起來,組建系列教材,再進一步推進相關課程(“電路分析'”數(shù)字電子技術通信電子電路單片機原理與應用“)攜手改革,促進課程群的建設,必將為工程型、應用型本科生的培養(yǎng)奠定良好的基礎,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。