模拟电子技术课程培养工程师文化的探索与实践

杨成林

摘要：现代工程师文化的核心元素是热爱创造、善用工具、工程思维、目标导向、团队协作。模拟电子技术作为通信工程专业学生所接触到的第一门工程性较强的专业基础课，是完成工程师文化、思维启蒙的最佳载体。结合模拟电子技术的课程目标和当前教学过程中存在的问题，通过工程近似法融入教学、问题驱动式课堂教学、以产品为载体项目化教学、打造开放式实验环境四个方面改进教学过程，塑造工程师文化，为培养现代工程师人才打下基础。

关键词：工程师文化；模拟电子技术；工程近似；问题驱动；项目化教学

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）27-0178-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

现代工程师的培养绝不是孤立单纯的知识和技能教育，还需要工程思维和文化的培养，二者是相互融合、相辅相成的关系。近现代工程技术的发展史表明，其不断前进的内生动力，凝聚着历代工程师们的特定思维方式和核心价值观，它的内涵沉淀出了厚重的工程师文化[1]。这种文化的核心就是热爱创造、善用工具、工程思维、目标导向、团队协作。

模拟电子技术（以下简称模电）课程作为通信工程专业重要的专业基础课，具有很强的工程性、实践性和系统性[2]，在电子工程技术人才培养方案中，占有十分重要的地位。它的教学目标是培养学生掌握模拟电子电路的基本设计理念、基本方法；培养学生熟练使用电子仪器、设备，分析问题和解决问题的能力；培养具有工程实践技能，工程思维和职业素养，能在通信工程领域解决问题和有所创新的应用型工程技术人才。

作为通信工程专业学生所接触到的第一门工程性较强的专业基础课，学生在模电中第一次接触非线性电路，因而模电课程是完成工程师文化、思维启蒙的最佳载体。而且目前模电教学过程中，存在：缺失工程思维导致畏惧复杂电路、缺乏目标导向理念导致无法应用知识、缺少团队合作意识和方法导致无法应对实际工程项目、缺乏对元器件、工具、仪器熟练使用度导致创造力不足等问题，亟需通过改变教学方法及手段等方式，补齐工程师文化短板，带动知识、技能教育共同进步，从而达到模电的教学目标，培育合格的应用型工程技术人才。

问题的具体形式表现如下：

1）学生工程思维尚未建立。大多数学生延续中学学习方法，習惯线性思维模式，注重严格的理论分析及公式推导，缺乏工程近似估算理念。不善于从工程的角度思处理问题，把握主要的物理特性和电路规律，对复杂的非线性电路望而生畏。

2）知识灌输型教学方法造成学用分离。传统“满堂灌、填鸭式”教学方法，强制学生与抽象的知识直接发生关系，学生被动学习，缺乏独立思考，不但难于激活学习动机，也不利于培养学生运用知识解决实际工程问题能力[3]。

3）实践教学载体脱离工程实际。传统的实验内容单一，多数只涉及一个基础型电路，但实际的工程项目却是多个电路模块的系统组合。导致学生分工协作搭建、制作实际电路产品的综合能力得不到训练，难以应对实际工程项目。

4）缺少提供学生综合使用电子仪器与工具的开放式实验环境。目前模电实验室设备大多为固定的实验箱、实验板，且实验模式固化单一，学生并不能自由改变参数或者完成设计性实验。不利于培养学生熟练使用仪器和自主创新的能力。

为此，本文尝试从以下四个方面改进模电教学过程，塑造工程师文化，为培养现代工程师人才打下基础。

1 工程近似法融入教学，培养工程思维模式

模电是一门技术，而非纯理论，具有较强的工程性，因此需要引导学生，不要沉迷于晦涩的数学推导，而更应该以工程的角度去处理电路问题。实际工程中，在满足基本性能指标的前提下会容许存在一定的误差范围，那么根据实际情况，可在误差允许的范围内对器件的数学模型合理地近似。要善于抓住器件和电路的主要特性进行定性分析和实践应用[2]。“抓主要矛盾，简化电路分析”，建立工程思维，可以采用简单有效的方案解决复杂问题。

纵观模电课程，工程近似法的应用贯穿始终，及时引导学生建立正确的思维方式，会让学生不被非线性电路的复杂表象欺骗，产生畏难情绪，也会让学习效率事半功倍。

例如在分析含有晶体管的基本放大电路时，虽然由于半导体材料的非线性及温度敏感特性，导致由其组成的电路分析过程复杂。但可以针对小信号（即误差允许的范围内），建立微变等效电路模型，将非线性电路转化为线性电路，利用线性电路理论知识分析问题。但是对于深度负反馈放大电路的分析，如果还是采用微变等效电路进行计算闭环电压放大倍数，却会变得很复杂。而如果根据深度负反馈的条件（开环放大倍数A很高）做一个[Xi≈Xf]（输入量≈反馈量）的近似，闭环增益的求解便会迎刃而解。同样的，对集成运算放大器的运算，如果将集成运放近似成理想集成运放，根据其工作在线性区的条件，得出“虚短”和“虚断”的条件，会让集成运算电路的分析大大简化。

工程思维的培养可以帮助学生更好地掌握模电的理论知识，更长远的意义在于，培养抓主要矛盾的科学观和化繁为简的人生智慧，进入社会能以工程思路解决作战难题。

2 问题驱动式课堂教学，培养目标导向理念

问题驱动式教学是反转课堂教学设计，老师设计、设定目标，经过问题分解，串联起知识点；学生经问题驱动，自主思考和探索，并通过生生、师生互动，一步步解决问题、实现目标，同时收获知识。这样，告别传统的以知识为主线，而以问题为主线，变被动学习为主动学习，培养学生分析、解决问题的能力和目标导向理念，帮助从学生到工程师的转型。

在问题驱动式教学方法中，关键的步骤包括：目标的设定、问题的设计、问题的引导、问题的解决等多个层面[4]。其中，目标的设定需要考虑既与生活实际相关，又与学生知识储备匹配，能吸引学生的注意力，也能激发学生自主探索；问题的设计要能将目标化整为零，由浅入深，指引学生层层深入，实现目标；问题的引导，需要借助讨论、互动等手段，在合适的时间抛出问题、引导分析，把握正确的解题方向和课堂节奏；问题的解决需要让学生自己提出解决问题的方案，创造交流讨论的环境，鼓励提出不同的观点和新问题。

例如，在共射放大电路课程设计时，以“搭建一个共射放大电路”为目标，通过预设条件，将目标分解为4个环环相扣的问题，引导学生自己寻找解决方案，最终实现目标。图1为问题驱动下的共射放大电路演进图。

相比于传统的模电教学，以目标为导向的教学，由于电路的设计都是学生自己完成，对电路的掌握程度更高。同时，以目标为导向、以问题为驱动的教学能培养学生面对真实工程问题时的“解题指导思想”，培养会解决问题的合格工程师。

3 以产品为载体项目化教学，培养团队协作精神

为了培养与时代接轨的工程师人才，增强学生团队协作的意识，尝试以产品为载体的项目化教学方法。即以现实生活中或者实际工程中常见的电子产品为载体，将课程分为若干教学项目，每个教学项目要求通过设计、组装、焊接、调试，完成一个具体的、可视的作品[5]。每个项目又分解为若干教学模块，每个模块由一位同学负责，通过各个模块的设计调试，模块与模块间的对接，模块与整体间的协调测试，最终组成一个完成的产品。在制作产品的过程中，既锻炼学生目标导向，解决问题的能力，又培养学生团队协作的精神。

以音频功率放大器项目为例，组建项目团队。各个小组成员根据项目系统结构框图（图2）进行分工：1名成员担任项目经理，承担团队的组织协调工作；4名成员分别承担1个模块的设计开发任务。团队成员之间的协作体现在：各子模块之间需要联调对接，上一级的输出满足下一级的输入要求；并且子模块功能服务于产品整体目标，根据整体目标随时调整。

以产品为载体项目化教学，模拟真实的工程项目运作方式和流程，通过一个团队共同实施一个完整的项目，可初步形成项目制的工程意识和分工協作的团队合作精神；项目化教学也进一步锻炼了学生目标导向以及解决问题的能力；同时，通过具体电子产品的产出，让学生体会到工程师的自豪感，激发创新、创造热情。

4 打造开放式实验环境，引导热爱工具和创造

1）建造开放式实验台，帮助学生熟悉基本仪器。实验台配置通用电路插板，定制电路板。实验元件可以电路板上任意拼插组成实验电路，而不需要焊接电路。使用实验台可以大大减少电路焊接的时间，规避电路接错的风险，方便学生搭建简单电路熟悉基本工具的主要技术指标、性能及正确使用方法。

2）配备常用元件和设备，支持学生自主设计产品。实验室配置齐全的基本元器件、器材，基本仪器和常用设备工具，在学生通过仿真软件完成设计、制板后，可以焊接完成电路进行测试及调试。

3）增加实验室开放时间，打造“创新之家”。建立“谁在谁管理”的实验室管理制度，加强对使用者的安全培训、管理制度培训，打造12小时开放实验室，为爱创造的学生提供家一样的支持[8]。

由于模电强实践性的特点，它的创新离不开实验室硬件的支撑和实验室氛围的营造。打造开放式实验环境，有利于培养学生拿起工具改造世界的热情和能力。

5 结语

在传统的模电教学过程中，教师容易局限于培养知识能力和专业技能的“硬实力”，而往往忽视了培养学生的工程思维模式、职业素养、文化素质的“软实力”。如今，软实力逐渐上升为核心竞争力，而且软实力对硬实力的提升也有积极的作用。创造世界、改造世界是工程师的使命，立德树人是教育的使命。模电在塑造工程师文化，提升工程师人才的软实力，培育合格的现代工程师的路上，任重而道远。

参考文献：

[1] 唐林轩，黄俊伟，谢骐，等.“卓越工程师教育培养计划”背景下工程专业文化精神渗透的研究[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2011，21（4）：119-121，126.

[2] 陈兆龙，杨秀，许昌满.地方高校“模拟电子技术”教与学探析[J].巢湖学院学报，2020，22（3）：157-164.

[3] 陈军波，周慧，杨丹丹，等.新工科背景下“模拟电子技术”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报，2020，42（3）：41-44，48.

[4] 罗桂娥，毛先柏，刘献如.基于问题驱动的模拟电子技术教学模式研究[J].文化创新比较研究，2020，4（16）：34-36.

[5] 张耀锋.以电子产品为载体的模拟电子技术教学改革[J].邢台职业技术学院学报，2020，37（4）：12-15，18.

【通联编辑：李雅琪】