“模拟电子技术基础”课程改革的探索

王 波， 王美玲， 刘 伟， 金 英

(北京理工大学 自动化学院， 北京 100081)

0 引言

“模拟电子技术基础”是电气类、自动化类、信息类等相关专业的核心专业基础课之一，具有很强的工程性和实践性[1,2]。该课程教学质量的高低、教学效果的好坏直接关系到学生后续相关专业课程的学习。传统“模拟电子技术基础”课程教学中存在的主要问题有[3-5]：

第一，教学内容相对陈旧，知识点更新缓慢；

第二，教学理念落后，教师上课时全堂灌输授课内容，教学过程中学生参与率低，学生的自主学习能力较差，缺乏思考；

第三，理论脱离实际，缺乏实践应用背景，学生缺乏足够的学习兴趣和动力；

第四，单一的期末闭卷考试形式使很多学生通过在考前死记硬背书本知识来应对，而灵活运用所学知识的能力差。

1 教学内容的改革

“模拟电子技术基础”课程的知识结构框图如图1所示。

1.1 优化和整合传统教学内容

(1)在强调基本概念、基本原理和基本方法的前提下，突出“模拟电子技术基础”课程的工程性和实践性。在“模拟电子技术基础”课程中，学生要学

图1 “模拟电子技术基础”知识结构框图

会从工程的角度思考和处理问题，学会使用合理近似的方法。实用的模拟电子电路几乎都要经过实验才能达到预期的指标，注重实验本身就是工程思维的重要特征。在教学过程中结合工程应用实例(例如非理想集成运放等)突出实践性。

(2)突出“模拟电子技术基础”课程教学内容的一条主线——各种基本放大电路的组成原则，分析方法和性能特点，将原来位置相对滞后且略显孤立的功率放大电路的内容向前调整到多级放大电路和集成运算放大电路之后[6]。使学生不仅能掌握各种基本放大电路的性能特点，而且要搞清楚为什么会有这些差别和特点，以便学生适当选择各种基本放大电路，组成需要的电子电路和系统。

(3)将难点内容分散化。例如将各种半导体器件的内容加以分散，改为每一种半导体器件与其对应的放大电路放在一起讲述。将工程上合理近似的思想反复强调，强调二极管的模型、三极管的模型、场效应管的模型、晶体管放大电路的等效模型、单管放大电路的频率响应等效模型等各种等效模型的成立条件，增强学生的工程思维能力。

1.2 引入新教学内容

PSOC(Programmable System on Chip)器件是一种可系统编程的片上系统，它将一个8位微控制器与可编程数字阵列和模拟阵列集成在一个芯片上，也称为可配置型混合信号阵列[7]。利用这种器件能够完全自由、灵活地设计出集模拟电路、数字电路与微处理器于一身的电子系统，而不再需要复杂的外围电路[8]。将PSOC的内容引入到“模拟电子技术基础”的课堂教学中，使学生尽早接触电子技术的前沿知识，拓宽学生的学术视野。

1.3 适当增加教学内容

根据学生专业方向的不同，对电子技术能力要求的不同，侧重面的不同，适当增删教学内容，做到“按需施教”[9]。

1)晶体管

针对电气专业的特点，为做好电子技术与电力电子技术之间的衔接，适当增加场效应管的课时，通过比较，让学生了解到两门技术中场效应管描述和功能的不同：①电子技术将晶体管分为双极型晶体管BJT( Bipolar Junction Transistor) 和单极型晶体管FET(Field-Effect Transistor)，又称场效应晶体管，一般为小功率管；电力技术将其分为单极型、双极型和混合型，一般指在高电压、大电流的条件下工作的晶体管。②电子技术中讲述的小功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管一般为横向导电器件，但电力MOSFET 一般采用垂直导电结构。③电子技术中不讲述混合型三极管，但绝缘栅双极型晶体管IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种混合型器件，它是新型电力电子器件。

2)滤波电路

在工程实际应用中，滤波电路在信号处理等领域得到了广泛的应用。“模拟电子技术基础”在集成运放的线性应用中重点介绍了有源滤波电路。授课时发现，学生对RC无源滤波电路所知甚少。因此在课程教学过程中，一方面在放大电路频率响应部分加强无源滤波电路性能介绍，另一方面在直流电源一章增加电源滤波电路的介绍。

2 教学方法和手段的改进

课堂教学是整个“模拟电子技术基础”教学工作的中心环节，课堂教学的成功与否与教师组织教学能力的好坏，与教师的授课方法有着密切的关系。教学方法的改革要充分体现“以学生为本”的教学理念和思想。教学方法需以学生为主体，调动学生的参与性与积极性，师生协同，营造活跃的课堂氛围，应使学生的理论学习联系实际问题，培养创新思维，能够创造性地解决问题[10]。

2.1 调动学生的学习兴趣

结合“模拟电子技术基础”课程工程性、实践性强的特点，在课堂教学中结合具体的工程实例来讲解所学的理论知识的应用背景，从而激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。例如针对物理学院应用物理专业对电路等相关知识缺乏，进而对“模拟电子技术基础”课程不够重视的实际情况，在讲到晶体管时，就特别强调肖克利、巴丁、布拉坦三位物理学家共同发明晶体管，晶体管的发明奠定了模拟电子技术的基础，并获得1956年度的诺贝尔物理学奖，应用物理专业与模拟电子技术的发展密切相关。

在授课的过程中，改变以往由教师将上课内容“全堂灌输”给学生的被动学习模式，采用传授知识与问题导向相结合的教学方式，适当采用启发式、参与式、讨论式等多种交互式方法，鼓励学生发现问题、提出问题和讨论问题，引导学生进行一些深层次的思考和探索，以期达到主动探索式的学习模式。例如在三相桥式整流电路中，引导学生对使用的二极管分别出现短路、断路、反接三种情况的结果进行分析。

2.2 板书与多媒体相结合

板书教学方式能够最大限度的帮助学生集中注意力，跟随教师的思路和逻辑，实现教师与学生的双向交流反馈，有助于学生对知识的整体学习和把握。多媒体教学手段的优势则是灵活、生动和直观，能够利用大量视听信息、高科技手段给学生带来思维冲击，调动学生探索和了解知识的兴趣。例如，使用多媒体资源讲解晶体管处于放大状态时结构内部的载流子运动和分配，从而形成各极电流的过程，帮助学生直观感受，增强生动性。教师针对每堂课所要讲授的内容做详尽细致的设计，使课件内容精良，适当板书，并配合生动精准的多媒体分析讲解，做到授课内容与教学案例设计浑然一体，达到良好的教学效果。

2.3 EDA工具的合理使用

电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术是现代电子技术的标志，将EDA工具的使用贯穿整个“模拟电子技术基础”课程教学的始终。例如，为了让学生更好地理解放大电路的频率响应，利用Multisim仿真软件对两极放大电路的频率响应进行教学，其仿真电路如图2所示，仿真结果如图3所示。由仿真结果可以看出，改变输入信号的频率，不仅使输出信号的幅值发生了变化，也使输出信号的相位发生了变化，这样就可以使学生很容易接受放大电路的频率响应的概念，调动学生学习的积极性。

2.4 合理组织习题课

安排一定数量的习题课来督促和巩固学生在平时的学习很有必要。在习题课上，习题一般没有固定的答案，教师进行适当的引导，鼓励学生进行发散式的思维，习题课上的题目多来自课后习题中比较典型的题目，教师根据学生上交的完成作业情况，有针对性的让不同的同学上台讲解自己的设计思路，然后由教师进行总结，强调各种不同方案中所用到的相关的知识点，加深学生对所学知识的理解和掌握。例如，RC正弦波发生电路中，让学生分析当不同电阻分别处于短路和断路时，电路输出将产生什么状态。

图2 利用Multisim对两极放大电路的频率响应进行仿真

(a) 低频

(b) 高频图3 两级放大电路的频率响应

3 配套实践环节的体系建设

“模拟电子技术基础”课程是一门对实践环节要求很高的课程，必须通过实习、实验和课程设计等实践环节进行加强、巩固，使学生加深理解课堂理论教学知识。为了更好的调动学生的学习兴趣，培养学生的创新实践能力，我们建立了完整的“模拟电子技术基础”课程的实践教学体系，其结构如图4所示。

图4 模拟电子技术基础课程的实践教学体系

4 完善考核机制

为了克服以往学生死记硬背书本知识的弊端，我们对“模拟电子技术基础”课程的期末考试采用了半开卷形式。试题重点放在考核学生对所学知识的掌握水平和灵活运用所学知识的能力上。为了更好地把握学生的学习情况，考试结束后要对学生的成绩进行综合统计和整理，以便教师能针对学生的薄弱环节进行相关方面的持续改进。例如，表1给出了2015-2016学年第1学期物理学院应用物理学专业2013级66名学生“模拟电子技术基础”期末考试卷面成绩中每道题目的平均分和得分率情况。从表1可以看出，试题第五题的得分率只有42%，说明学生对于该题涉及的负反馈知识掌握不够深入，今后的教学过程中在这方面需要改进。

表1 卷面成绩中每道题目的得分统计表

5 结语

我校“模拟电子技术基础”课程的教学改革经过近几年的实践，学生的学习兴趣明显提高，模拟电路的综合设计能力也比往届有所提高，在近几年我校参加的全国大学生电子设计竞赛、北京市大学生电子设计竞赛以及其他各种全国性大赛中均取得了较好的成绩。目前，为了适应未来工程专业人才培养的质量需要，深化人才培养模式和专业课程教学改革，我校电子学教研室正在进行广泛的调研和研讨，进行“模拟电子技术基础”课程教学大纲的修订工作，以期能够在更好的培养学生创新实践能力的同时，更好的为后续专业课程学习服务。

[1] 教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会.电子电气基础课程教学基本要求[M].北京:高等教育出版社,2011.

[2] 刘芸,陆洪毅,王学慧.浅谈模拟电子技术的学习难点及教学策略[J].南宁：大学教育,2015(1):120-122.

[3] 唐坤杰,赵天啸,孙盾.“模拟电子技术”课程过程监控的教学探究[J].北京：实验技术与管理,2016,33(3): 229-231.

[4] 邓天平,张林.“电子技术基础”课程改革的探索[J].南京：电气电子教学学报,2014,36(5):24-26.

[5] 孙盾,田社平,范承志,黄少卿.结合实验功能电路,培养模电学习兴趣[J].北京：实验技术与管理,2015,32(2): 176-178.

[6] 王远.模拟电子技术基础(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2007.

[7] 叶朝辉,华成英.可编程片上系统(PSoC)原理及实训[M].北京:清华大学出版社,2008.

[8] 雷芳,刘乔寿,刘科征,邓炳光.电子技术教学中的PSoC教学平台建设[J].上海：实验室研究与探索, 2014,33(12):183-186.

[9] 王美玲,刘伟,王波,肖烜.电气专业“电子技术基础”课程教改探索[J].南京：电气电子教学学报,2016,38(2): 46-49.

[10] 李如春,施朝霞,陈秀丽.基于协同机制的多元化课堂教学模式探索[J].南京：电气电子教学学报,2015,37(2): 70-72.