智能科学与技术专业模拟电子技术实验教学改革

李 晖，潘 凡

（1.武汉工程大学 计算机科学与工程学院，湖北 武汉 430205；2. 武汉工程大学 邮电与信息工程学院，湖北 武汉 430073）

0 引 言

最近，谷歌（Google）公司在大获成功的阿法狗1.0版本之上，推出了基于深度学习的新一代阿法狗2.0版本，为人工智能热度再添了一把火[1]。在人工智能大火的今天，智能科学与技术专业也备受关注[2,3]。国内各个高校（包含地方高校）都争先恐后发展智能专业，以应对时代的需求。这对国内各个高校的智能专业建设提出了更高的要求。众所周知，一个专业的建设，关键在于人才的培养[4]。而为培养学生创新性工程意识，增强学生动手能力，实验教学则是必不可少的一个环节。模拟电子技术是电子与信息类专业本科生必修的专业基础课程，同时也是该类本科生后续高年级硬件课程的基础，其理论性和工程性均较强[5,6]。

模拟电子技术课程在电子与信息类专业的本科专业课程中，属于较难的课程，一直以来都存在教师教授困难、学生也学习困难的问题。但是，该课程作为一门承上启下的关键基础课程，在智能专业人才的培养环节中极为重要。一个成功的智能系统不仅仅由软件系统构成，还需要相应的硬件系统配合软件系统，才能够达到最佳工作状态。这就要求本专业的学生不仅要熟练掌握软件开发流程，还需要对硬件开发具有一定程度的了解。各个地方高校的模拟电子技术课程在人才培养计划中的目标，就是希望学生通过本课程的学习，掌握电子系统的开发能力，能够针对具体工程问题设计出相应的模拟电路。

1 当前模拟电子技术实验教学现状

传统的模拟电子技术实验教学，都是针对课程知识点，对应设置分立电子元件、常用电子仪器使用方法等内容，较为琐碎和分散。当前，各个高校尤其是地方高校，模拟电子技术课程实验的学时数一般压缩至16学时左右。实验按对应课程知识点来编排，强调的是对理论知识的解释，以验证理论为主要目的[7,8]。一般各个高校会提前给学生下发编写好的实验教程或实验讲义，多数学生只需要根据教程或讲义上编写的内容，逐步进行操作即可完成实验。这种教学方式和方法不足以培养学生的创新性工程意识。近年来，虽然各个高校对于模拟电子技术实验教学开展了许多教学改革实践，在综合性实验、设计性实验方面也取得了一些成果和进展，但是仍旧存在以下问题。

首先，实验教程或实验讲义设计上没有涉及分层教学的理念，学生对实验教程或实验讲义依赖性较大。学生在传统的模拟电子技术实验教学前，很少提前准备或预习，直到上课时才对照实验教程或实验讲义开展实验，实验之中没有自我思考，仅仅是依葫芦画瓢，这样导致实验效果不理想。预习实验报告对于培养学生的创新性工程意识非常重要，而很多学生对其重视程度不够，导致实验很难达到预期效果，具体有两类情况：有一定数量的学生在实验之前基本没有进行任何预习或准备，这类学生实验效果较差，基本上没有达到实验教学的目的；还有部分学生，在实验之前，仅仅将实验教程或实验讲义上的相关内容照搬至预习报告上面，没有主动查阅相关资料并思考如何实验，这类学生创新性工程意识没有得到有效训练。

其次，缺乏完整项目式的综合性或设计性实验，当前实验教程或实验讲义，多以理论知识为主线，整套实验均以验证性为主。传统实验教学内容多以电容、电感、电阻、二极管、三极管等分立元器件进行编排；此外，当前的实验教学还强化了各类常用电子仪器的原理及使用方法[7,8]。这样虽然可以加强学生对模拟电子技术基础知识的理解，但是不利于培养学生的创新性工程意识，与期待的培养目标相差甚远。

再者，传统实验涉及的电路多以标准教科书的式样呈现，学生对实际工程电路仍旧缺乏认知，不利于学生实际动手能力的培养。当前的实验教程或实验讲义中，多以参数简单的电路为例，基本没有器件参数选择，学生在实验中思考较少；而且所呈现的电路较为简单，一般很少在工程实际中采用。

模拟电子技术实验一直是电子与信息类实验教学的难点，不仅实验内容繁杂，而且知识点众多，学生难以记忆、理解。国内众多高校，尤其是地方高校的智能专业，都将智能专业设置在计算机学院，这进一步增加了学生学习模拟电子技术课程的难度。这也使得模拟电子技术实验教学改革迫在眉睫，势在必行。

2 模拟电子技术实验教学改革思路

针对实验教学中已经存在的问题，根据地方高校的实际情况，重新编排了实验教学内容，并进行了教学方式和方法的改革。以武汉工程大学智能专业模拟电子技术实验课程为例，阐述改革思路。

2.1 分层教学、强化预习实验效果

传统模拟电子技术实验一般分为基础性、综合性实验，以基础性实验为主、辅以综合性实验[5,6]。本次教学改革在考虑覆盖最大范围学生的前提下，适当调整基础性实验的比例，增加综合性实验内容，将两者的比例设置约为6：4。具体教学方式和方法调整为分层教学、强化预习实验报告制度。

分层教学目的是让所有参与实验的学生均能够在实验后，进一步加深对模拟电子技术基础知识的理解程度。在基础性实验设置中，除了强化了基本元件以及基本电子仪器使用的教学外，还将传统的琐碎、分散的实验教学精选精练。例如，将原本分开的二极管、三极管的实验对照同时进行，让学生加深对半导体中关键知识点PN结的认知，使其对两个典型元件的基本性能及工作原理有更为深入的认知。此外，给学生对电路元件的选择空间。传统实验教学中，每次实验所需要的各类电路元件均固定，学生无需选择，只需要根据实验教程或实验讲义上面的指导内容，逐步操作即可顺利完成相关实验。分层教学就改变了这种现状。在保证大多数学生实验正常进行前提之下，让学有余力的学生自行选择电路元件以及电子元件的参数。例如，让学有余力的学生自行查阅厂家的产品手册，自行设定放大电路的静态工作点，自行选择反馈电阻的大小，经过多组实验查看改变后对最终放大电路增益的影响。这样可以让学有余力的学生根据实际电路问题，选择最合适的电路元件及参数完成实验。

强化预习实验报告制度。有科研经历的研究人员都知道，每次实验成败的关键在于实验之前的准备工作。准备工作做得越细致，实验成功的概率也就越大。为了让学生在本科学习阶段就养成这种良好的科研习惯，强制性要求学生完成预习实验报告。如果学生没有按时按要求完成报告，就无法进入实验室参加实验，直至及时完成预习实验报告为止。而对于预习实验报告的内容也提出要求：对于基础性实验，学生不仅要根据实验教程或实验讲义撰写出预习实验报告，还需要根据实验内容自行在网上查阅相应的电路元件及参数指标；对于综合性实验，需要完成实验老师预先下发的思考题，以备老师在实验中进行抽查。预习实验报告制度，可以让学生进一步深入了解课程中讲解的知识点，并在针对性问题的指引下，学习如何使用网络资源完成相应的资料收集、整理工作。充分的准备，将为学生成功完成实验提供强而有力的支持。

2.2 以完整项目式设计综合性实验

将模拟电子技术综合性实验进行项目化设计，让学生自己动手设计并实现一个完整的电子工程项目。该综合性实验设计包含了模拟电子技术课程内重要的知识点，即基本运算放大电路、反馈放大电路以及集成运算放大电路等；同时也包含了常用电子仪器使用、模拟电子电路焊接以及调试等内容[7,8]。

选择调频式收音机设计制作、温度检测与控制器设计制作等完整的项目作为综合性实验内容，以调频式收音机设计制作为例，将其分为5个模块：输入调谐电路模块，变频电路模块，中频放大电路模块，检波、自动增益控制电路模块，功率放大电路模块。例如，让学生学习使用二极管与滤波电容构成检波电路，利用该电路将调幅信号包络解调，获得调制前的音频信号。或者让学生自行选择中频放大电路中反馈电阻的数值，经过多组实验对比，查看使用不同数值的电阻对于中放增益的影响。

调频式收音机综合性实验分3次实验课，每次2个学时。第1次实验课，学习认知并选择基本电子元件，重点掌握如何辨认色环电阻，还需要掌握常用仪器的使用，如万用表、示波器等，以及学习读懂工程电路图；第2次实验课，学习使用晶体管构成负反馈放大电路，以及学习采用振荡线圈构成中频变压器，掌握实用放大电路的设计能力，初步实现收音机的调频功能，在整个实验当中允许学生自行选择相关电子元件及参数；第3次实验课，学习使用常用仪器，对焊接好的调频式收音机安装联调，并收集、整理实验资料准备完成实验报告。整个综合性实验，以项目式开发为导向，积极引导学生借助各类资源设计并制作一个完整电子项目，让每位参与实验的学生均能够动手、动脑完成实验。

3 模拟电子技术实验教学实践

武汉工程大学的模拟电子技术实验教学改革从2016年起至今已经开展了一段时间，取得了显著的效果，学生对于模拟电子技术课程的兴趣有较大幅度的提升。改革前，实验课程教学完成后，基本上无人向上课老师咨询任何信息；改革后，一些学生在完成实验后，积极向老师咨询各种问题。此外，最为可喜的是，在改革后，学生对于每次实验内容都了解得非常清晰，实验目标认知明确，较改革之前无人预习的情况，有较大幅度改善。在完成调频式收音机综合性实验后，有相当一部分学生对模拟电路开发与设计表现出较大兴趣；还有不少学生在顺利完成实验后，在原有基础上进行了许多有意义的新尝试；更有学生积极联系相关老师，参加各类电子设计大赛。近两年来，我校智能专业本科生，尤其是高年级学生，积极参加各类课外科技活动，在“智能机器人湖北省重点实验室”等各类科研项目、“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛、FIRA国际机器人足球联盟世界杯比赛以及“挑战杯”比赛中都取得了优异成绩。本次实验改革培养了学生的创新性工程意识，增强了学生的动手能力，为学生参加后续的科技活动奠定了坚实的基础。

4 结 语

实践表明，所采取的改革措施能够较为有效地提升智能专业学生对于模拟电子技术实验课程学习的积极性；对于学有余力的学生来说，其创新性工程意识、动手能力等综合素质得到较为明显的提升。本文实验教学改革的探讨，可以为各个地方高校智能科学与技术专业模拟电子技术实验教学提供一条有效的改革路径，并为本专业学生后续高年级专业素质、科研素质的培养奠定较为扎实的基础。