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信號發生器論文參考文獻:
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[5]張憲、何宇斌主編《電子電路制作指導》P151-161化學工業出版社出版2006年1月第一版(振蕩電路)
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[3]《電子電路制作指導》P151-161主編:張憲、何宇斌化學工業出版社出版2006年1月第一版(振蕩電路)
基金項目:本文系教育部第三批國家級精品資源共享課立項項目的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)15-0040-02
一、教材建設的背景及目標
電子技術基礎課程是電類各專業極其重要的專業基礎課和技術基礎課,隨著市場經濟對高等學校人才素質的要求,它也成為部分非電類專業的必修課。電子技術基礎課程有兩個任務:一是使學生在學習的過程中,獲得電子技術方面的基本知識、基本理論、基本技能;二是培養學生兩方面的能力:分析問題和解決問題的能力,為今后進一步學習、研究、應用電子技術打下基礎。
中北大學(以下簡稱“我校”)電子技術基礎課程2007年被評為國家級精品課程,2013年該課程中的模擬電子技術基礎申請為國家級精品資源共享課立項項目,同時,數字電子技術申請為山西省精品課程資源共享課。按照教育部頒布的高等學校電子技術基礎課程教學基本要求,多年來,教學內容不斷更新,采用的基本原則是:保證基礎、加強集成、聯系實際、體現先進、便于教學。與傳統教學內容相比,主要教學內容、教學方法和教學手段都有很大的更新,教師教學經驗的積累,迫切希望對教材進行改革和建設。教材建設目標:以現代教育思想為指導,借鑒國內外高校編寫教材的精華,結合實際,吸收更新的科技與教學成專業提供論文寫作和寫作論文的服務,歡迎光臨dylw.net果,以及本校教學改革的經驗,借助網絡技術、多媒體技術等現代化的教學手段,打造一套系列化、立體化的教材。為學生提供一套系列化的教材、一個立體化的自主學習空間,使以往的單一的課堂教學或者學習方式向多方式、多途徑發展。目前,已經取得了階段性的成果。[1]
二、教材體系與結構
本教材的特點是系列化、立體化。教材結構如表1所示,它是教學實踐改革的產物,也是教學實踐改革的載體。
表1 教材結構
紙質教材 電子教案或者課件
模擬電子技術基礎 模擬電子技術電子教案與課件
數字電子技術基礎 數字電子技術電子教案與課件
模擬電子技術基礎學習指導及習題詳解 電子教案
數字電子技術基礎學習指導及習題詳解 電子教案
電子技術實驗與課程設計 教學課件、實踐課件與EDA軟件
1.系列化
如表1所示,本教材共有5本紙質教材,自成體系?;旧习吮菊n程的所有教學環節、實踐環節和教學內容,與模塊化、層次化的教學體系相配套,其中:
(1)本教材的第一層次分為兩個主模塊編寫:《模擬電子技術基礎》和《數字電子技術基礎》。編寫時,在保證傳統內容的基礎上,做了如下改進:1)教材內容以集成電路為主,適當保留作為電子電路基礎的分立元件電路內容。模擬電子技術的重點放在討論各種基本放大電路及分析方法、放大電路中的反饋、模擬集成電路及其應用;數字電子技術的重點放在討論組合邏輯電路和時序邏輯電路的分析及設計方法、脈沖信號的產生與整形、大規模集成電路的分析應用、ADC和DAC的分析及應用、VHDL語言及其應用;2)為了激發學生的興趣,并與所學專業相結合,引入了工程方面的內容,如信號檢測中的儀表放大器、精密整流電路、以及采樣保持電路等;3)增加了MEMS等新器件和微電子等新技術的教學內容,適當引入新概念、新技術,新器件,做到了經典與現代融合,與實驗融合,與工程應用融合,與EDA仿真融合,有利于學生更好地理解電路的基本概念、基本理論知識和基本分析方法;有利于培養學生實踐能力、創新能力、分析問題和解決問題的能力;有利于大學生創新和卓越工程師培養計劃的實施;4)為解決學生學習電子專業提供論文寫作和寫作論文的服務,歡迎光臨dylw.net技術基礎入門難的問題,在教學內容安排上,先介紹章節內容、要討論的主要問題以及要達到的目的,然后進行正文敘述、對本章內容進行小結、最后對應章節內容列出自測題和習題。在內容編寫上,做到知識點與例題有機結合,自測題、習題便于學生通過練習鞏固本章所學知識。內容安排上,達到循序漸進、有的放矢、前后呼應的目的。
這些方面的改進,既體現了基礎,又反映了電子技術的最新發展成果,提高了學生的學習興趣。
(2)《模擬電子技術基礎學習指導及習題詳解》和《數字電子技術基礎學習指導及習題詳解》是對應兩本主教材配套的輔導書,為更適合學生參考學習,做到了以下兩點:1)對《模擬電子基礎》和《數字電子基礎》兩本主教材中的全部自測題、習題給出了詳盡的全解。對學生來說,一冊在手,即可全面了解本課程知識結構,課程內容重點、難點和考點,通過詳細的習題分析和解答來提高學生分析問題、解決問題的能力,并直接起到檢查學習效果的作用;2)在選材上,力求做到由淺入深、循序漸進。“典型例題和考研試題解析”部分圍繞主要知識點、重點、難點來選材而非面面俱到,既與主教材有機結合,又對主要知識點進行了更加深入透徹的剖析。“自測題及解答、習題及解答”部分提供了大量豐富的題型及精解。“本科生和研究生試題及答案”部分給出了詳盡的參考答案,并在研究生試題保持原有風貌的前提下,在答案中也采用原題邏輯符號,既滿足了本科生復習和備考需求,又為碩士研究生入學考試提供了一個復習平臺。
(3)《電子技術實驗與課程設計》是實驗指導教材、課程設計參考書兼各類電子設計競賽參考書。1)在實驗方面,引入仿真實驗內容。通過計算機仿真實驗,增強學生計算機應用能力以及電路分析、設計和測試能力。[2]模擬電子技術虛擬實驗用Multisim軟件實現,數字電子技術虛擬實驗用QuarterⅡ軟件實現。硬件實驗保持傳統實驗的精華,分成驗證性、提高性、設計性和綜合性四個層次,提高學生動手能力、分析和解決硬件電路中問題的能力;軟件實驗采用軟件測試仿真,提高學生編程、軟件分析和解決問題的能力,為學生進行研究開發性實驗打下良好的基礎。2)課程設計的 內容涵蓋了模擬電子系統設計、數字電子系統設計和綜合電子系統設計,做到了常規電路設計與EDA技術相結合的設計方法。設計題目新穎,具有實用性。題目給出了設計思路、原理框圖,有必做和選做內容。實現了課程設計與設計性實驗有機結合,既滿足了課程設計的需要,又為學生進行課外科技活動及全國大學生電子設計競賽奠定了基礎。歷年來,我校在全國大學生電子設計競賽中都取得優異的成績,這本教材功不可沒。
2.立體化
對現代教學來說,過去那種“一本教材、一支粉筆”的教學模式早已不適用。我校電子技術基礎課程作為國家級精品課程、國家級精品資源共享課和山西省精品資源共享課,在教學中有多樣性的特色,體現在教學方法的多樣性、教學手段的多樣性和教學內容的多樣性。每本教材都制作了與之相配套的電子課件、網絡電子教案、多媒體資源庫等,并引入了現代化的網絡教學。
多媒體教材除具有直觀形象、信息量大、網絡教學便捷的特點外,更因為其趣味性濃、個性色彩強、互動效果好而吸引學生。因此,筆者充分利用多種媒體,建設網絡課堂,在已經完成的“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“電子技術實驗”等課程的網絡電子教案的基礎上,根據教學改革經驗和實踐教學經驗,不斷完善和更新,建立了多媒體資源庫,內容涵蓋電子教案、多媒體課件、全程教學錄像、案例庫、學專業提供論文寫作和寫作論文的服務,歡迎光臨dylw.net科知識檢索、例題分析、試題庫、在線自測、考試系統、學習軟件、虛擬仿真、學生作品、專家講座等。
為了配合課堂教學,解決內容多、難度大、學時少的矛盾,筆者制作了一套網上學習輔導系統——電子技術學習系統。在該系統內,創建師生互動平臺,便于師生交流。
通過網絡教學,創建師生互動平臺,教師隨時可以答疑解惑,利于學生個性化學習和自主學習,可以激發學生學習電子技術的熱情,培養學生在電子技術方面的創新思維能力;通過網絡教學,實現優質資源共享,緩解了教學資源不足的矛盾;通過網絡教學,便于教師之間的交流學習,有利于中青年教師的快速成長;通過網絡教學,可以大大提高教學管理效能。
三、電子課件的組織形式
由于與紙質教材配套的課件是教學型課件,要求課件文字簡練、條理清晰、提綱挈領、能體現教師在教學中的主導地位。[2]所以,為了設計出高質量的電子技術基礎多媒體課件,筆者做了如下努力:
第一,充分了解本課件在教學中適用的內容。設計者要熟悉本課程的教學內容,掌握知識結構,掌握各部分內容之間的內在關系及每個知識點之間的內在規律。只有對教學內容的重點和難點有了充分理解,才能設計出恰當的多媒體課件。[3]為此,由教研室一位教師制作,其他教師在此基礎上再根據自己的需求和教學風格進行多次修改,才得以在教學中展示應用。
第二,文字簡捷,采用文本分時顯示。如果在屏幕上出現大段的文字反而會降低講課效果,為此,制作過程中,多媒體課件上只出現標題、概念、定理、公式、知識點的結論等內容,采用文本分時顯示方式逐次顯示,用鼠標單擊對應參數或鍵盤控制響應的解釋部分。[4]
第三,圖形分解演示。電子技術基礎課程以分析設計電路圖為主,因而電路圖多、波形圖多。在課件制作中,對于基本電路和重要電路,筆者都對電路進行了拆分。對于最基本的簡單電路,一個一個元件加入,介紹各個元件的作用;對于新的重要電路,總是從已經熟知的簡單電路入手,采取“提出問題——分析問題——解決問題”的方法,刪除或者添加一個個元件,改動一條條線,直到得到目標電路。
第四,在電子課件中添加仿真軟件。“模擬電子技術”和“數字電子技術”兩門課程中分別選用Multisim和QuarterⅡ仿真軟件,對課程中的實例進行動態演示。只要參數設置適當,就可以得到幾乎與硬件電路實驗相同的結果,具有相當高的可信度。[5]為此,事先在軟件上編制調試好電路分析程序存入課件中。在需要演示時,點擊“仿真演示”鍵,即可鏈接進已調試好的相應軟件中,進而進行仿真演示。
例如在講RC橋式振蕩電路時,點擊“演示”鍵,就進入了用軟件編制好的對應電路,點擊“運行”鍵,即可看到起振、穩幅的過程和波形。這種動態的模擬電路變化過程和仿真效果,使學生對電路的正常工作條件及變化過程有很清晰的理解,是任何動畫都不能比擬的。
四、教材的應用效果
該教材的紙質教材和電子課件已使用多年。電子課件在使用過程中,還在不斷地制作、改進。由于使用多媒體課件的種種優勢,教師對課件制作積極性都很高。大家常常一邊討論、提意見和建議,一邊修改,使課件內容越來越完善,也越來越精美。課程組所有教師均采用多媒體上課,電子課件利用率100%。
紙質教材使用多年,受到了教師與學生的一直好評:第一,該教材在編寫過程中緊緊圍繞課程體系,各層次、各模塊都有配套教材與之對應,使用方便。第二,電子課件在制作過程中,講授內容、順序、思路等都與紙質教材保持一致。學生在聽課過程中,只需要在老師講授的重點、難點內容上做標記即可,而不會在課堂專業提供論文寫作和寫作論文的服務,歡迎光臨dylw.net上因為記筆記影響專心聽講。第三,由于課件由一位教師為主制作,其他教師根據個人授課習慣和經驗進行修改、創作,之后才應用于教學,所以教研室教師人手一個課件,卻又各有不同、各具特色。課件為教師提供一個廣闊的創作空間,減輕了教師的勞動強度,提高了教學效率,卻沒有限制老師,更沒有抹殺老師的講課特色,這正是筆者追求的課件存在的意義。第四,教材中,加強學生創新性實踐環節教學與實踐,把最新的科研成果和最新的器件與技術反應到教材和教學當中,開闊了學生眼界,提高學生對電子設計的興趣和提高了學生的動手能力、綜合素質。
這5本紙質教材均已由電子工業出版社和機械工業出版社出版,其中,2005年出版的“十五”國家級規劃教材《電子技術實驗與課程設計》(第三版),該書已被全國50多個高校使用,年出版量上萬冊?!赌M電子技術基礎》 被評為“十五”國家級規劃教材,《數字電子技術》被評為“十二五國家級規劃教材”。兩本教材均已多次印刷,均有10多所普通高等院校使用,一致認為該教材是聯系實際、體現先進、指導創新、便于教學的優秀教材。
五、結束語
立體化教材的建設對課程教學改革具有至關重要的作用。我校電子技術基礎立體化教材的建設,雖然已取得較好的成績,但還有許多不足和不完善之處正在不斷改進,期待達到更滿意的效果。
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【關鍵詞】 模擬電子技術 課程設計 雙語教學 教學改革
【中圖分類號】 G424 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1006-5962(2013)01(a)-0044-02
1 引言
模擬電子技術課程設計是電類專業的一門重要實踐環節的必修課,其教學質量對學生專業素質的培養有著舉足輕重的關系。雙語教學是教育部2007年推出的高等教育改革的重要手段之一,我們已經在09電子信息工程專業開設了模擬電子技術理論課的雙語教學,效果很好。而模擬電子技術課程設計是為能夠應用所學理論知識和技能解決生產實際問題而設置的,因此學生必須經過實踐教學環節的嚴格訓練才有可能牢固掌握課程的基本內容。電子技術起源于西方,西方電子技術的發展要早于我國。為達到模擬電子技術課程設計的目的和要求,我們一直在探索一種更加適合自己特點并且又能夠與國際接軌的教學方式,通過實踐教學改革不斷提高實踐教學的質量。
2 對傳統課程設計教學模式的反思
模擬電子技術課程設計是一門實踐性很強的技術實踐課程,該課程設計是針對《模擬電子技術》課程對學生能力培養的要求進行綜合訓練性質的課程,其目的是讓學生通過有關課題的設計和線路搭試調試,進一步加深對所學基礎知識的理解,培養和提高學生實踐動手能力和分析解決實際問題的能力。在傳統的課程設計教學工作中課程設計總是被看作理論教學的輔環節,例行的設計程序是學生根據教師已編好的課程設計指導書在面包板上搭試實驗線路,機械地測試一些數據來驗證所講理論的正確性。在此過程中由于面包板被使用多次,難免有些插孔會變松,一旦導線去后會有接觸不良的現象,以至會造成電路調試困難。對于許多異?,F象絕大多數學生除了對預先設計好的電路反復檢查實物電路有無錯誤外[1],就根本不知道問題出在哪兒了,即使有的學生很幸運的做出來了,也是知其然而不知其所以然。另外我們實踐環節所用的很多芯片資料都是英文的,需要有一定的英文專業述語。因此我們教師的責任就是必須要在教學中不斷地探索教學方法;要考慮如何發揮學生學習的主動性,培養學生獨立思考、獨立工作的能力;如何提高學生應用理論解決實際問題的能力和動手制作能力。
3 構建新的課程設計教學模式的指導思想及其探索
3.1 教學模式改革
為了改變傳統實驗教學模式所造成的被動局面,須建構一種既發揮教師的主導作用又能充分體現學生認知主體作用的新型教學模式[2]。適量的引入雙語教學,對用到的專業述語用英文表達,并告訴學生上網查閱AD芯片、TI芯片、LM芯片和ST等芯片,讓學生了解如何與國際接軌。我們必須要求課程設計的主體-學生明白課程設計是單獨開設的一門課程,必須要上好。其次給學生提供三個以上的不同課題,課題的選擇上既要結合學生目前學到的知識(因為他們才上了電路分析、模擬電子技術雙語教學2門專業基礎課),又要具有趣味性。讓學生選擇自己感興趣的課題去做,其目的是讓學生能夠根據自己的興趣自主學習,并同時要求學生仔細閱讀課程設計的任務書和指導書,明確要做什么、需要用到哪些英文專業述語、如何去網上檢索可能需要用到的相關芯片、將如何使用該芯片以及對芯片的器件的要求等等。再將電子工藝融進課程設計之中,即在課程設計中除了印制線路板不需要做(由于課時與硬件條件的原因,我選用了焊接板)外,要求學生了解設計中所用元器件及材料的類別、型號、規格、參數和符號;主要性能和一般的選用原則以及所用元器件的測量方法;熟悉電子裝接工藝的基本知識和要求;掌握電子產品的手工焊接、裝配、調試技術。提高了對常用儀器儀表及元器件的選用和使用能力,掌握了焊接的技能。在滿足了電子工藝要求的同時還要求學生具有一定的藝術審美眼光,即出來的產品具有藝術欣賞性。
3.2 教學實施
我在帶09電子信息工程專業學生模擬電子技術課程設計時已經嘗試了上述的教學方法,結果另人滿意。例如課程設計的其中一個課題要求學生設計一個簡易的電子琴電路,能發出八個基本音階。該課程設計要涉及到模擬電子技術理論中運算放大器的原理、振蕩電路的原理,功放電路的原理。那么在其中學生需要掌握small-signal low-power amplifiers、distortion、driving low-impedance loads、……Wien-Bridge circuit、op-amp等重要的專業述語。使得學生很方便的閱讀英文相關資料,同時又進一步加深了對于模擬電子技術雙語理論課程概念的理解。
該課程設計另外一個關鍵知識點是如何選頻,RC橋式振蕩電路是由RC選頻網絡和同相比例運算電路組成,對不同頻率的輸入信號產生不同的響應[3]。通過對RC串并聯選頻網絡的幅頻及相頻特性的分析找出選頻點。起振時>1,=3時,振幅達到穩定且可以自動穩幅;按下不同琴鍵即改變RC值;八個基本音階電路的構建基于此原理。在輸出級功放選取時,學生又能夠進一步加深對功放知識點的理解,學生經過查閱相關資料,選擇了低頻集成功率放大電路芯片及其所需的電路,設計出一個合理的綜合電路圖。在安裝、調試、測試的過程中,遇到能否通過喇叭發出八個基本音階問題。聲音是否好聽即悅耳;若發不出聲音,需要找出問題所在,改進電路。這期間學生必須經過反復的獨立思考、獨立分析問題與解決問題的過程,同時還要有細心、耐心、恒心,從中培養了他們的動手能力與創新能力。在成功調試出電路后,有音樂細胞的學生還激動地當場彈奏了“歡樂頌”,班里其他的學生也都被這個曲子感染得歡呼了起來。雖然感到模擬電子技術這門課程非常抽象、難學;課程設計的過程也是艱苦的,但與有趣的作品結合起來,結果是另人欣慰的。
3.3 課程設計報告撰寫
在課程設計教學改革中,對于課程設計報告撰寫,我又提出了新的要求,即不能像寫模擬電子技術實驗報告那樣寫得簡單化、模版化。而是要寫成小論文的形式,不需要像寫畢業設計論文那樣多的字數,大約3000-4000字左右。我告訴學生論文正文應該圍繞主題有其整篇論文的結構,即節、段的層次及其劃分。正文應充分闡明對課題的觀點、原理、方法及具體達到預期目標的整個過程。內容務求客觀、科學、完備,要盡量讓事實和數據說話。物理量和單位應采用法定計量單位等,完全屬于科技論文的寫作,雖然有一定的難度,但這樣為他們今后畢業設計論文的寫作起了一個引子和鋪墊作用,讓學生腦海里有這么一個意識存在。在我的鼓勵下,結果也是非常令人滿意。
4 結束語
根據我校以高級應用型人才的培養模式,本次課程設計對原有的教學方法與教學手段進行了改革,并且適當融入了雙語教學,跟蹤世界的電子技術發展,注重學生實踐能力的培養,創新思維的培養。通過課程設計,學生不僅掌握了一個小產品的制作過程,而且掌握了相應的專業英文述語;更加理解和掌握了模擬電子技術課程的精髓。使學生將理論知識點運用到實踐中,并通過實踐將理論知識點有機的融合起來。使學生從興趣中感知了理論知識,又從抽象的理論知識中獲取興趣,經過培訓的學生已經在參加全國大學生電子設計競賽中發揮了重要作用。改革也為學生今后的主動學習以及以后的畢業設計打下了良好的基礎。
參考文獻
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[關鍵詞]電子技術課程;教學模式;實驗教學
0引言
《模擬電子技術》課程是第四軍醫大學生物醫學工程專業一門非常重要的骨干專業基礎課程,主要是培養學員對模擬電路的分析、設計、調試等能力,為其畢業后能夠勝任軍隊醫療衛生裝備的維修與研發崗位需求打下堅實的理論基礎?!赌M電子技術》課程的授課內容涵蓋器件、電路及電路應用3個部分,要求學員完成課程學習后,應具備會計算電路參數、會選擇器件、會設計電路、會測試電路參數“四會”基本技能[1]。實驗是《模擬電子技術》課程非常重要的教學環節,通過實驗既可以檢驗學員的理論學習效果,又能提高學員的實際動手能力。但是,傳統的實驗教學模式主要以驗證性實驗為主,即教員指定實驗內容、提供實驗元器件和實驗儀表,學員按照教材中的電路圖完成實驗、測試電路參數后完成實驗報告,整個過程學員始終處于被動,不能形成實驗過程教與學動態交互的平臺,無法激發學員對電子技術的興趣,距離培養創新性思維方式甚遠[2-5]。在這種實驗教學模式下,學員只是能夠計算電路參數、測試電路參數,并不知道如何選擇器件、如何設計電路,無法滿足實用、高素質軍隊醫療衛生裝備研發人才的培養目標和要求。針對以上問題教學組融合課程特點,在實驗教學設計中大膽創新與改革。在完成模擬電子技術經典實驗項目的前提下,整合驗證性實驗內容,將實踐教學拓展由課堂延伸到課外[6-7],增加以問題和需求牽引為導向的綜合設計性實驗,開放性地提出了“五自”實驗教學模式;引導學員主動參與實際科研活動,靈活地選取探索的方法,為學員提供發展創造性思維和實踐的機會,激發了學員對電子技術類課程學習的熱情,同時加強了團隊的協作,鍛煉了對科研活動的總結和表達能力。
1“五自”實驗教學模式
調動學員在《模擬電子技術》課程實驗過程的主觀能動性和學習積極性,教學組在基本要求“會分析計算、會使用常用的儀器儀表、會測量基本的參數”的指標基礎上增加了“會設計電路”和“會選元器”件2個環節;開放性地提出學員自由選題與分組、自行管理與實現、自主設計與實施、自行調試與安裝以及自主答辯與論文完成的“五自”實驗教學模式?,F將具體實施步驟介紹如下。
1.1自由選題與分組
為了培養學員之間的團結協作精神,在其即將完成模擬電子技術課程學習的前2個月,由授課教員針對軍隊衛生裝備中研究的熱點問題以及附屬醫院臨床科室的實際需求,發現問題,并聯系所學理論知識提出問題;重點列出5~10個綜合設計實驗題目(如便攜式心電圖機、自動輸液器、電加熱手套、太陽能電源等),提出電路設計要求和預期達到的主要性能指標,要求學員自主設計實現電路。學員針對教員指定的實驗題目,根據每名同學自身的興趣和專業特長,自由選題與分組。一般每組不超過3人,組內學員自行分配任務,包括文獻查閱、電路設計、電路仿真、印刷電路板(printedcircuitboard,PCB)可在共享上查到制作、元器件購買、電路調試、幻燈制作及答辯等環節。
1.2自行管理與實現
整個教學的實施過程中,教學組采用開放式的管理模式,即教學實驗室時間和空間對學員全部開放,所有的測量儀器儀表設備全部開放。模擬電子技術的網絡教學交互平臺全時段開放,學員選題之后,每個小組的時間和進度節點都自行管理、自行實現,完全發揮學員的主動性。教員只需做好的監督安全、答疑引導工作[8]。
1.3自行設計與實施
在學員完成自由選題與分組之后,可根據實驗項目的要求查閱文獻資料、提出技術方案和實施路線、設計電路并進行電路仿真,通過仿真測試電路的功能及主要性能指標,不斷優化電路結構。當學員在電路設計時遇到問題和困難,由教員針對學員的設計進行專題輔導和引導,突出以學員自行設計為主、教員引導為輔。自行設計重在培養學員靈活運用理論知識、信息檢索工具、電路設計與仿真軟件的綜合能力,是“五自”實驗教學模式中最為重要的一個環節。在學員完成電路設計與仿真之后,教員對學員的設計審核后由學員列出所需元器件型號、數量和主要參數等。學員自行購買,選擇性價比高的元器件,自行購買元器件重在培養學員選擇器件的能力。元器件參數的合理設置是電路設計的基本內容,而器件的性能優劣直接影響到電路實現的功能正常與否,因此綜合性實驗項目增加該環節強化鍛煉學員基本的器件選型能力。
1.4自行調試與安裝
學員將購買的元器件進行分類,按照電路原理圖在PCB上完成焊接,并進行調試、排除電路中可能存在的故障,發現問題,小組內部探討,網上教學平臺發動教學資源共同解決問題,很好地培養了學員解決問題的基本技能,以問題為導向培養了團隊協作能力。設計實驗過程的測試方案,選用合適的儀器儀表測量不同的參數指標,并記錄描繪特征曲線。規范實驗測試流程,熟悉常用儀器儀表的特性、使用條件和使用注意事項。完成電路板調試后,學員自行將電路板安裝到實驗箱內,提供電源輸入接口、信號輸入輸出接口等。自行調試安裝重在培養學員的電路故障排除、儀表使用、電路焊接和安裝等綜合能力。
1.5自行答辯與論文完成
學員完成綜合實驗項目后,要完整地記錄項目的設計和實現過程,準確地記錄實驗結果,提交規范的設計論文,并自行制作PPT,內容包括課題背景、設計思路、方案、電路及主要參數、改進方法及措施等,匯報時間10min。學員答辯時,教員可以針對學員的電路設計、實驗方案或實驗結果隨時提出質疑,其他組的學員也可以提出質疑。自行答辯與論文完成重在培養學員系統化的科研思維和實踐規范,邏輯性的總結能力,精煉客觀的表述能力[9-10]。
2教改效果
從2007屆生物醫學工程專業本科學員開始,我們將“五自”實驗教學模式應用到模擬電子技術課程教學中,通過發放調查問卷和對考試成績分析反饋等方式,對教改效果進行分析和總結。圖1為2007—2011屆學員對“五自”實驗教學模式的問卷調查分析結果,問卷調查采用百分制打分,內容設計“五自”實驗環節的執行效果評價(每項20分)。從結果分析中可以看出,學員對“五自”實驗教學模式的評價分數逐屆提高。2007年級學員評價分數較低,這是因為我們首次改革實驗教學模式,在實驗項目的設立、學員答辯組織等環節存在不足,學員的建議大多是增加實驗項目、不要限制答辯形式;2011年級學員評價分數最高,這是因為我們不斷積累經驗和教訓,靈活設置實驗設計題目、靈活學員答辯形式,使“五自”實驗教學模式日趨完善。對2007—2011屆學員《模擬電子技術》課程考試平均成績(如圖2所示)分析,結果顯示平均成績的提升與“五自”實驗教學模式的配套使用有緊密的關系。2007年級學員模擬電子技術的考試分數較低,這是因為我們首次采用“五自”實驗教學模式,學員準備時間過短,沒有將理論緊密聯系實際,直接影響了理論考試時間;2011年級學員評價分數最高,綜合實驗設計題目選擇來源于實際生活或科研需求,且緊密和理論知識相連接,激發了學員對《模擬電子技術》的極大興趣,鞏固了學員的理論知識,提高了學員的理論考試成績。
3結語
“五自”實驗教學模式在2007—2011級生物醫學工程專業的《模擬電子技術》課程教學實踐中取得了很好的效果。與傳統的實驗教學模式相比“,五自”教學模式將學員的學習模式從被動變為主動,充分發揮和調動了學員的主觀能動性。同時,用問題導向和需求牽引來提高學員的創新意識,用大科學的理念來培養學員的團結協作精神,為學員畢業后的第一崗位任職需求奠定了基礎。為了更好地發揮“五自”實驗模式在軍內生物醫學工程人才方面的培養作用,我們將在今后《模擬電子技術》課程的實驗教學中令實驗項目選題更貼近部隊實際需求,即實驗調試環節增加機電一體化、電磁兼容、特殊環境設計的內容,使新的實驗教學模式更加實用、有效。
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關鍵詞:模擬電子技術;科技競賽;教學改革
模擬電子技術是電子信息類各專業必修的專業基礎課,具有很強的理論性和實踐性[1].課程涉及半導體基礎、放大器、反饋、信號的產生及處理等多方面內容,要求學生有較扎實的電路分析基礎和物理基礎.作為專業基礎課,開課時間一般是在大二上學期,此時學生對專業尚迷茫,加之課程的強理論和工程實踐性,使課程教學推進困難.因此,在創新應用型人才培養的模式下,如何調動學生積極性,轉聽講為互動交流;如何直觀地傳授模電課程,為學生今后的專業發展打下基礎等,一直是教師探討的問題.本文針對課程教學存在的問題,從專業相關活動的舉辦到應用在課堂上進行教學改革,旨在提高學生的自主學習性.
1教學現狀分析
在實際教學中,學生反映模擬電子技術學習普遍存在幾個問題:(1)學生對電子類從業應具備的技能比較迷茫,不清楚模擬電子技術與后續相關課程的聯系;(2)課程理論性強,學生學習時相對被動,以聽為主,無法與教師討論,枯燥乏味時直接放棄;(3)由于電路基礎和物理基礎相對薄弱,所以學習半導體基礎如二極管、三極管時,過半學生對非線性器件的特性不能理解,造成后續章節如二極管的穩壓原理、三極管的放大原理等學習效果不佳,以致于進入惡性循環.究其原因:(1)學生對專業的從業方向不了解,不能把握應用的學習目的;(2)模擬電子技術課程較難,理論推導多,大部分教材較為深入;(3)模擬電路涉及到了非線性器件的應用,要在掌握器件特性的基礎上學習電路,對學生來說確實較難.為了讓學生對課程產生興趣,把握學習課程的目的,發揮主觀能動性[2],扭轉“我聽老師講”為“我跟老師切磋”的互動交流模式.一方面,學生得以學以致用,另一方面,督促教師改變“依書教書”的習慣,提高自己的專業水平.如此循環,形成良好的學風和教風,提高課程的整體教學水平.因此,對模擬電子技術課程教學進行了改革探索.
2教學改革思路
在分析模擬電子技術教學現狀的基礎上,提出發揮學生的主觀能動性,改變“你教我學”的局面,結合專業培養計劃和課程體系,鼓勵學生多參加活動,包括:(1)開展“精英講壇”,邀請企業界精英人士分享創新創業或者職業發展歷程,為學生帶來從業方向的指導,系統把握專業學習的目標;(2)與企業聯合形成實踐基地,組織學生到企業短期學習,認識專業的分工合作、部門設置和崗位職能等,系統上認知就業所需的職業技能;(3)組建校園小家電義務維修隊,將所學知識與日常結合,學習系統的模塊布局,認識二極管、三極管及放大器等的應用,切身感受電路就在生活中;(4)發揮學院科技協會的帶頭作用,定時舉辦科技節,宣傳參加競賽的重要性,并定期舉辦焊接、院級電子設計/挑戰杯等賽事,組建種子隊,備戰全國電子設計大賽.提出一條以應用為基本出發點,以科技競賽、實踐項目為引導,實現教學互動的良好局面的教改思路.
2.1應用是基本出發點
電子技術應用在海陸空無孔不入,小到生活中可見的手機家電,大到航天船舶,更深入的是物聯網智能時代[3].作為電子信息類的學生,不僅是既有領域的繼承者,更是未來領域的開拓者.模擬電子技術課程的學習,就是使學生獲取入門鑰匙.模擬電子技術課程內容給出的是基本單元電路的原理和參數處理過程,缺乏系統的功能應用[4-5].學以用為先,結合多年的工程經驗,以直流電源系統[6]為例(見圖1),系統地給學生展示電子技術的應用.該系統用來產生1.2~5V的直流電壓源,輸出電流為1A.系統涵蓋了模擬電子技術的大部分內容,包括差分放大電路(EA)、低通濾波(typII)、比較器(PWM)和互補輸出級(MP&MN)等.在講述相應的課程內容時,結合模塊電路在系統中的功能進行講解,并結合EDA工具[7](如Multisim等),仿真給出模塊的輸入輸出波形,使得模塊功能可觀可測.講述差分放大時,讓學生設計差分電路(見圖2a),涉及到了器件的對稱性和電流源的設計;當講述集成運放時,以低通濾波器(見圖2b)和比較器(見圖2c)為例,讓學生明白集成運放線性和非線性應用的區別;當講述功放時,引入互補輸出級(見圖2d),讓學生明白功放管的工作原理、極限參數的依據,順帶地復習了大功率管的相關參數及器件選擇;當講述反饋時,以系統的電源穩定輸出調節,讓學生直觀地明白反饋的自我調節原理;從整個系統的實現,學生可以了解到直流電源的產生和輸送原理.因此,從應用的角度,全局把握系統功能,分化模塊作用,直觀上明白所學基本單元的用處.
2.2科技競賽、實踐項目是引導
目前,各大高校都在探索如何實現創新創業應用型人才的培養[8-10].從完善模擬電子技術“理論課——實驗課——實訓課”的課程設置到開放創新創業實驗室,讓感興趣、想做事的學生能切實地將想法實現;從舉辦焊接大賽、院級電子設計大賽到組織學生參加省級或全國電子設計大賽,讓學生在有限的時間里完成項目制作,真切體會所學得以所用的成就感;和企業聯合建立實踐基地,為學生提供假期、畢業實習機會,從實戰項目中得到能力的提升,如器件識別、器件使用、測試方法和設計過程等,學會做事的基本流程,從項目管理上學會把握進度,責任落實到人.以2016年校電子設計大賽的賽題“簡易信號發生器的設計”為例,來說明學生如何在賽事引導下實現專業知識的應用.題目的要求是產生一個頻率、幅度可調的信號發生器,包括三角波、方波和正弦波.從開題到作品上交,為期3天,成果需包括實物和論文以及現場答辯,學生以3人一組,分工合作.題不難,但是時間短,需要學生平時對專業知識的把握以及如何應用有個較清晰的思路.結合專業知識以及平常所教,學生需對題目進行仔細分析之后,通過文獻查閱,方案比較,然后選購器材、焊板調試,并根據結果做出論文以及答辯PPT.其中獲獎學生的信號發生器方案見圖3.該方案涉及到了集成運放的應用及反饋原理,包括積分電路(方波到三角波的變換)、正反饋振蕩(方波的產生)以及帶通濾波(方波到正弦波的變換),融合了模電的基本知識.通過該方案的仿真和調試,以及論文和答辯的理論闡述,相信學生對模擬電子技術的相關應用可以更直觀、更身有體會.學生疲于學習,很多時候源于沒有成就感.從應用出發,加之科技競賽、實踐項目的引導,學生能夠獲得階段性的成就感,樹立專業學習的信心,從而有了和教師討論和溝通的驅動力.學生向教師求知,而非教師在灌輸,這樣的良好互動局面,是學生熱情學習的環境.
3結語
結合多年的工程經驗,將應用帶入教學中,同時將從業方向信息與學生分享,并鼓勵學生在課程設計時,不用局限于題目,只要有新想法,都可以拿來實現.每次的實現都是一次鍛煉的機會,厚積薄發,就可以在以后的競賽中更有實現作品的能力.該教學方法在學生的反應中收效很好,真切體現出學生是為了探索和解惑而學習,而非為了應付學分,充分發揮了學生的主觀能動性,提高了學生學習的自主性.
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關鍵詞:信息技術;模擬電子技術;課程理論;教學整合
【中圖分類號】 G642【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1671-1297(2012)10-0179-02
21世紀是信息化的社會,隨著多媒體技術的發展和高等院校課程改革的推進,信息技術逐漸與課程教學整合,已成為高校教育教學模式的必然趨勢。
模擬電子技術課程是高校電信類電子類各專業的一門重要的專業技術基礎課,具有強大的知識理論體系。本課程理論教學特點是:①教學難度大。模擬電子技術課是電子技術課群中難度最大的課程,被戲稱為“魔電”。②學時少、內容多、課堂信息大。因此教學要采用學生自主學習、教師指導--學生探究學習、教師主導學習等多種教學方式相結合的方式。與此同時,必須合理選用教學媒體才能解決課堂信息大的問題,單靠傳統的“黑板加粉筆”是無法完成的。③電路復雜、電路圖多。單靠傳統的“黑板加粉筆”效率太低并且太差,無法完成教學目標。④電子科學技術的發展異常迅速,新知識、新技術、新產品不斷涌現,使得電子技術課程的深度和廣度都在增加。
本文針對信息技術與高校模擬電子技術課程理論教學整合后的教學模式、評價體系、教學效果、存在的問題進行一些初步的探究。
一 信息技術與高校模擬電子技術課程理論教學整合后的教學模式
模擬電子技術課程具有完整而又強大的知識體系,為更好地掌握該課程的基本原理、基本理論、基本知識,必須將信息技術有效地與模擬電子技術課程的理論教學進行整合。根據整合時所采用的教學手段和形式,結合筆者多年的教學實踐,將整合后該課程的教學模式分為三種:教師主導教學模式、學生主講教學模式、探究式教學模式。
1.學生主講教學模式。
這樣的好處是不在課堂上自學、合作,提前在課余課前進行,不占用課堂時間,提高了效率,同時更為重要是這種方式既調動了學生自主學習的積極性,學習氣氛熱烈,又鍛煉了學生自學合作的能力。運用這種教學模式要注意兩點:一是要保證學生自學的自覺性和積極性,采取的措施是將學生的課件和課堂主講按質量評分并以一定比例計入課程成績;二是要選擇一些難度相對較小的教學內容。
2.教師主導教學模式。
但有別于傳統的教師主講課,要對各種教學資源、要素、環節等精心設計,主要從以下五個方面進行:①在教師的主導和調控下,營造自主、探究的學習氛圍,引導學生“發現”和“創新”,培養學生的思維能力和創新意識。②把信息技術融入學科教學,為學生創設探究學習的環境,該環境能支持實現情景創設、啟發思考、信息獲取、資源共享、多重交互、自主探究、協作學習等多方面要求的教學方式與學習方式。③培養學生工程化思維和工程應用能力,要將這一目標有意適得落實到每一堂課。④注意教書育人和素質教育,落實情感方面的教學目標。⑤關注學科前沿的發展動向。這種模式的好處主要有:①刺激學生的多種感觀,從而提高教學效率。研究與實驗表明,在教學中應用多種媒體組合能真正實現視聽的完美結合,有效地提高學生的注意力和記憶力,從而提高教學效率。②改進信息的呈現方式,從而提高教學質量。
3.探究式教學模式。
探究式教學模式即應用信息技術提供信息、收集信息、整理信息、深化理解、靈活虛用、培養創新能力。運用這種方式要注意兩點:①要認真指導、修改、評閱學生上交的論文。②要根據學生的學習態度、論文質量評分并以一定比例計入課程成績。
由于模擬電子技術課程學時少、內容多、教學難度大,因此在信息技術與模擬電子技術課程的整合中,教師主導教學的課堂教學依然是主要的教學形式,而學生主講教學和探究式教學是其有效的、必要的補充,而且每種教學形式,都少不了雙主的相輔相成、相互聯系。
二 信息技術與高校模擬電子技術課程理論教學整合后的評價體系
教學成效的測量和評價是教學過程中的重要環節,對學生的評價方式主要采用了形成性評價和總結性評價,評價內容主要包括了:作業、課程小論文、課堂主講及課件、期末考試。傳統課堂教育的質量評價體系是在經歷了數百年的發展才逐步形成和完善起來的,對于信息教育這一全新的教育方式,建立一套科學實用的質量保障和評價體系也需要教育工作者長期不懈的探索與實踐。
三 信息技術與高校模擬電子技術課程理論教學整合后的教學效果
為了研究信息技術與高校模擬電子技術課程教學整合后的教學效果,筆者選取了本系09級電子信息工程本科1、2班作為對照班,其中1班采用與信息技術整合的、既發揮教師主導作用又充分體現學生主體作用的雙主教學模式進行教學,2班采用黑板加粉筆為主的、以教師的教為中心的傳統教學模式進行教學。教學效果采用的是模擬電子技術課程成績指標。課程成績=平時成績×30%(作業占10%、課程小論文占10%、課堂主講和課件成績占10%)+期末考試成績(期末理論考試卷面成績)×70%。
為了研究信息技術與高校模擬電子技術課程教學整合后的教學效果,筆者分別從兩個班級的課程成績分布以及兩個班級的各分數段的人數分布做了數學統計,并將統計結果采用表1、表2清楚、直觀地表達出來。
從可以表1、表2看出:采用新型教學模式教學后,學生的課程成績明顯提高了,而且優秀率、良好率、合格率都顯著上升了。
四 結論
1.優勢:
采用信息技術與高校模擬電子技術課程教學進行整合后,對學生的優勢表現在:有助于激發學生的學習動機,增強學生的自信心和自豪感;有助于提高學生的信息索養;有助于增強學生之間進行“協作”的能力;有助于提高學生的設計技巧。
2.問題:
采用信息技術與高校模擬電子技術課程教學進行整合時有待進一步解決的問題為:教師綜合素質的提高是實施“整合”的前提;建立恰當的評價體系是“整合”的重要組成部分;資源建設和應用是搞好“整合”的關鍵。
參考文獻
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