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(一)教学手段不断改革
为了改进教学质量,提高教学效果,为培养应用型人才提供有力支持,近年来,我们在教学手段的不断改进方面做了有益的尝试。第一,引入计算机仿真技术,将理论与实践有机结合。在教学中引入仿真技术,有效的改进了教学效果,增强了学生分析问题、解决问题的能力。首先,站在教师的角度,仿真技术的使用,使教师在原有电子课件的基础上,加入了对实际电路的分析过程,使得教学生动直观,加深学生对概念和规律的理解和掌握。通过仿真软件,不仅可以帮助学生理解一些抽象概念,并且可以使其深刻理解在电路中,各元件参数对电路的影响。其次,从学生的角度看,将计算机仿真技术与模拟电子技术教学内容有效结合,使学生通过仿真直观的了解本课程研究中所能解决的实际问题,有利于激发学生的学习兴趣与参与探索的求知欲。如在学习完相关理论后,引导学生利用仿真软件自行设计波形信号发生器、多路输出的直流稳压电源、心电图信号放大器、低频功率放大器、光电报警器等。学生通过这样一些模拟电路的实际应用,了解了课程的作用,明确了学习目标,产生了好奇心,激发了学习动力。在教学中引入计算机仿真技术,使学生在教师的引导下带着问题进行自发学习,使整个学习过程始终处于探索研究、再探索研究到最终验证的良性循环过程。第二,开放实验室,提供探究和创新的良好环境。模拟电子技术是一门实践性很强,并且面向工程的课程,基本的应用电路在掌握了基本理论后,都需要实验来验证。通过实验验证理论→发现问题→结合理论修正问题→再次进行实验验证,通过这样一个螺旋式过程,学生学习知识的深度和广度均不断拓展。同时,也让学生深刻体会到了实践和理论的差异,在实践中切实锻炼了学生分析解决问题的能力。院系面向电子信息类学生开放电子技术实验室,为学生提供了理论联系实践的场所,更为学生进行探究式学习提供了不可取代的自主学习平台,是培养学生探究未知能力、实践能力和创新能力的必要途径。除集中实验外,课后及其他学期学生根据自己的兴趣及时间安排,自行登记到实验室进行实验和研究。电子技术实验室安排值班教师为实验学生答疑,帮助学生探究和创新。实验室的开放,满足了不同层次学生培养实践能力的要求,体现了因人而异、因材施教的教育理念。第三,充分利用网络资源,引导学生自主学习。模拟电子技术课程为校级精品课程,目前在建校级资源共享课程。现有的精品课程网站,为学生的课外学习提供了一个高效的研究型学习平台。精品课程网站提供了丰富的和教学相关的资讯。学生可以根据自己的兴趣和爱好,进行探索式研究式自主学习。这样的学习模式不受空间和时间的制约,延伸了学生获取知识的途径,不仅使得学生的学习变得更加便捷,而且学习起来更加自主、高效,更重要的是在学生能力培养方面起到了不可或缺的作用。
(二)教学方法不断改进
教学是一个获取知识、启迪思想、激发潜能、培养能力的过程,它需要教师根据自己的教学能力设计一种教学策略,通过优化的教学手段和教学方法,在课堂上将教学内容精彩而生动地展示给学生,并且在课后进一步挖掘学生自主学习的潜力。在培养应用型人才思想指导下,我们不断在教学方法上进行探索和改进,侧重培养学生的工程应用能力。
1.采用启发探索式教学激发学生学习兴趣,提高教学质量。
采用启发探索式教学提高学生的学习兴趣,教师在教学中主要承担主导作用。在对课程进行教学设计时,在保证基本概念的基础上部分重点采用案例式教学,通过分析实际电路,引入知识点。通过课堂讨论、仿真软件演示、习题研究等环节,引导学生自主学习,让学生由被动的接受知识转化为主动的探索知识,充分发挥学生在教学中的主体作用。教师在完成一个知识点或一个章节的教学后,布置两到三个综合性的问题,让学生自由分组形成课题组。利用课余时间自行通过查阅资料完成题目的分析、方案选择、电路仿真设计、结果分析,并制作出一份多媒体课件及电子文档说明原理、分析过程、重难点及注意事项,由课题组选派一名同学在课堂上进行讲解,并且接受老师和同学的提问,进行讨论。在这个过程中,学生不仅从中领会自学的思路,学会分析问题和解决问题,而且还培养了团队协作能力和科技论文的写作能力。还有一点也是很重要的,即讲解之后还要接受老师和同学的提问,进行讨论。在这个环节中,不仅可以查漏补缺,检查出学生在学习过程中的薄弱环节,及时加以弥补,而且也可以有效的促进教学相长,教师可以根据讨论中学生反映出的兴趣点对教学过程进行进一步优化。最后,在教与学的位置互换中,学生亲身体验了“教”,这有助于加强师生之间的互相理解。
2.鼓励支持学生自主学习,拓展知识广度与深度。
课堂教学无论在时间和内容上都是有限的,除了课堂教学,课后可供学生自主支配的时间很多。引导学生利用好课余时间,是提高学习质量的一个有效工具。如在初期给出参考书目,让学生阅读,撰写读书报告;给出优秀的模拟电子技术学习网站或电子论坛,指导学生进行自主学习;订好答疑时间,定期解答学习过程中遇到的问题;鼓励学生参加专业社团及校省级大学生创新项目;在学生自愿报名的基础上,优选学生参与省及国家的电子设计竞赛和智能车大赛;鼓励和帮助学生在校学习期间发表学术论文等。参与以上活动的优秀学生,根据培养方案中规定,均奖励相应的学分,旨在鼓励和培养学生的研究创新能力。通过近几年的实践,反映出学生普遍对面向实际、有挑战性的课题比较感兴趣。而兴趣是促进学习的强大动力,在强大的兴趣驱动下,在团队精神的鼓舞下,学生自发学习,分析问题、解决问题的能力得到了迅速的提高。近年来,电信专业的学生在大学生电子设计竞赛、智能车大赛中均获得省级以上奖项。
(三)重组优化教学内容,充分发挥课堂教学的效果
在课时压缩的客观条件下,教学内容必须进行优化重组。教学内容在保证本课程基础及关键知识点完整的前提下进行了合适的优选。在电子教案中增加了本学科领域的技术前沿和新科技成果的应用介绍,在不多占用课时的基础上扩展了知识的广度,提高了学生的学习兴趣,同时也为学生的自主学习指引了方向。
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1.2教学内容的选取充分体现职业技能和综合素质训练的特点
通过对企业职业岗位的调研,根据高职高专教学理论及职业岗位知识能力要求分析本课程,把实用电子电路如直流稳压电源、晶体管延时释放电路、正弦波振荡电路、音频功率放大器等电子产品的制作与调试作为教学的主线,按电路的结构进行剖析,分解成若干个项目,每一个项目中又用若干个任务来承载,以任务驱动式的方式,体现对学生职业技能和综合素质的训练。
1.3构建《模拟电子技术》课程体系
首先,《模拟电子技术》课程要学习基本电子器件,这部分内容要突出各种电子器件的基本结构、工作特性、主要参数及应用这条主线;其次,电子电路部分,要从静态和动态的角度分析电路的工作情况,这部分内容要突出放大电路的三种组态这条主线。
2多种教学方法和手段在课程教学中的有机结合
2.1传统板书教学与多媒体技术教学相结合
《模拟电子技术》作为一门专业基础课,理论教学是必要的而且是重要的,学生只有掌握了必须的和够用的基本理论,才能进行实践活动。传统的理论教学手段是“粉笔+板书”的模式,这种教学手段便于学生与教师的直接交流,有效信息保留的时间长,便于学生思考和记笔记,特别是对电子电路图的来龙去脉有清晰的理解和认识,但画图费时间,影响了教学的进程,教学效率较低。采用电化多媒体教学,教师能从大量的板书解脱出来,可以预先将大量的教学信息存储起来,并且可以反复取出,不断加深学生的印象,但有效信息保存的时间过短,不利于学生的思考和记笔记。实践证明,传统板书教学手段在模电教学中,优势更明显,特别对高职学生来说,更加适用,故笔者坚持一堂课三分二时间用板书教学,三分之一时间用多媒体教学。
2.2引入实例,激发求知欲望
目前,大部分高职学生对理论学习兴趣不大,如果不改进教学方法,势必会使学生越来越厌学,到头来大部分学生理论不懂,技能也不会。因此,根据高职学生的职业要求和模电在日常生活中的应用情况,在课堂教学中应该努力提高学生的学习兴趣,古语云:“好之者不如乐之者”,这充分说明,能激发学生的学习兴趣对学好一门课程的重要性。因此在每一个课程单元的讲授中,都需引入与之相关的示例,譬如,讲授到二极管这一单元时,先引入实际中的直流稳压电源这一实例,可以是实物也可以是图片,再说明没有二极管,也就不可能得到直流电源,学生的兴趣上来后,再讲解二极管的基本结构、工作特性及主要参数,这样可以让学生在精神振奋中愉快地接收这个知识单元。
2.3精心备课、激情讲解
对于高职学生来说,精心备课、激情讲解尤为重要,因为高职学生基础相对较差,理论知识的接受相对缓慢,稍不留意,就会出现上课讲话或打瞌睡的情况,激情的讲解,巧妙的提问可以缓解这种现象。2.4反复练习,进行章节测试在平时的教学中,根据内容的重、难点,反复练习,从而达到巩固所学知识的目的。严格的练习和测验,还能使学生养成良好的学习习惯和严肃认真的学习态度。
2.5进行课外质疑
课后立即抽一部分学生对所学内容进行质疑,以反思教与学的情况,同时也带动了学生的学习主动性。
2.6组织班级学习小组
高职学生自主学习的主动性相对较差,为了改变这种现象,先组织一部分班级学习成绩较好的同学,成立学习小组,每周活动一次,任课教师到场指导,以部分带动全部,班级的学习积极性有了很大的提高。
2.7学生模拟讲课
提前一周把需要模拟讲课的内容告知学生,模拟讲课的时间控制在10分钟左右,学生准备教案,老师检查并提出修改意见,学生讲完后,进行学生互评、教师点评、教学补充。这样有助于锻炼和提高学生的社会交际能力;有助于学生表达能力的提高;有助于营造教学相长的学习氛围;有利于培养学生自主学习的能力。
2.8进行课外制作
精选10个左右实际应用电路,如:可调直流稳压电源、水位开关、触摸开关、声光控节能灯、耳放电路、音频功率放大器等。在讲授相应部分的理论内容之前开始布置题目,这样学生就会带着问题听课,要我学变成了我要学。该部分理论内容讲授完后,学生就要去购买元器件,进行焊接制作,在制作过程中,学生对实际的电子元器件的工作原理、主要参数、管脚判别就有了新的认识。要求每个学生单独制作,一周后老师进行验收,并记录平时成绩。没有通过的,展开讨论,查找原因,这样既锻炼了学生的动手能力又促进了理论的学习。
2.9参加技能大赛
提升创新能力、实际工程应用能力和团结协作能力在班级成立兴趣小组,利用课外时间进行科技活动,指导他们绘制PCB板图,并利用制版机设备自行加工制造PCB板,使学生掌握电子线路设计的全过程,为他们以后参加各类电子设计大赛打下良好的基础。
2.10仿真训练
利用EWB仿真软件对模拟电子技术中的单元电路进行仿真。由于教学时数的限制,教师在课堂上只须简要的讲解该软件的使用方法,其余留给学生自学。每讲完一个单元电路,就布置EWB仿真作业,并记录平时成绩,这样能充分发挥学生的主观能动性和创造性,培养学生的专业能力和方法能力。
3实践教学环节的改革
《模拟电子技术》课程作为一门应用技术,具有很强的实践性,必须加强实践教学环节。实践教学是培养学生技能的重要途径,能够有效地提高学生分析问题、解决问题及理论联系实践的综合素质。实验必须由验证性、综合性和设计性实验三部分组成。目前,大部分学校都是教师少、实验时间短(一个实验基本上是两节课),为了解决这个矛盾,要求学生实验前必须预习。每个实验就是一个项目,实验的每一步就是一个子项目,指导教师在实验过程中,对每一个子项目进行验收,现场评分,这样极大地提高了学生实验的积极性,对提前做完的学生,加做实验,验收通过后加分。
4考核方式的改革
考核模式不但要注重理论,还要注重技能的考核,这样才能使教师的教学重点放在必要的理论与技能并重培养上来。具体考核模式为:综合成绩(100分)=理论考试成绩(40分)+平时成绩(考勤、作业、EWB仿真,课堂提问,10分)+课外质疑及学习小组活动(10分)+课外制作作品(20分)+实验(20分),其中,任何一项成绩达不到本身所占成绩的60%,视为综合成绩不及格。这样能使学生自始至终地重视整个教学的各个环节。
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EDA即电子设计自动化,以计算机和仿真软件为工具,可以完成整个电路从系统级到物理级的设计与分析。常用仿真软件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等,考虑到Multisim先进的电路仿真和设计功能且一年级时曾作为学生的自修课程,本次教学研究采用Multisim软件。在模拟电子技术的理论教学中,对于那些概念分析抽象、不易理解的部分,利用Multisim,教师可以构建电子电路模型进行仿真演示,通过波形图和数据直观展示各种参数变化和虚拟故障对电路静态动态性能的影响,具体而又生动,不仅可以加强学生对理论知识的理解,还可以激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效果。例如在模拟电子教学中第一次讲解共射放大电路时,很多同学对放大线路中各个节点的波形分不清楚,不知道直流信号和交流信号如何叠加在同一个电路中,电路中各节点信号的相位关系如何觉得难以理解。传统教学中,仅仅靠在黑板上画图讲解,教师难讲,学生难懂,费事费力效果却不好。现在针对这个问题,教师可以通过Multisim搭建基本共射放大电路模型,设置模型参数,观察仿真波形。共射电路输入信号(节点2波形)和输出信号(节点5波形)的反相关系,并且根据波形的峰值可以直接算出电路的电压放大倍数。节点2和节点4波形是静态工作点电压和交流信号叠加信号,c1和c2两个电容起到隔直作用。通过Multisim软件的演示过程,直接把抽象的理论转化成直观的视觉感受,电路各点波形在学生的脑海里留下深刻的印象,教学效果事半功倍。教学过程的前期,可以在课堂上现场建立电路模型,演示如何进行仿真,让学生逐渐掌握Multisim的使用。在教学过程的中后期,随着学生对Multisim软件的熟悉,为了节约课堂时间,可以事先把教材中需要讲解的电路模型搭建好,用到时直接调用即可。通过这种理论教学和软件演示相辅相成的教学方式,使得学生把电路原理、工作波形和数学关系等紧密结合在一起,全面掌握模拟电路的基础理论,更好地理解这门课程。
3.EDA技术在模拟电子技术实践教学中的应用
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在每个知识点上,我们都设置了“三段九步”的教学组织形式,其中“三段”指的是“任务准备阶段”、“任务实施阶段”和“总结和考核阶段”。“九步”指的是“分组”、“下达项目任务书”、“教师分解任务”、“分组讨论任务”、“任务分析设计”、“项目制作”、“项目验收考核”、“总结汇报”和“教师点评”。在整个教学设计中,我们主要强调的是充分发挥学生的主观能动性,让学生自己去发现知识点,找到自己的薄弱环节,用每一个任务去驱动学生主动地学习,查找资料。
3提高学生学习兴趣,增强自主学习能力
在教学过程中旨在提高学生的学习兴趣,培养学生的自学能力,教师起到引导的作用。由于之前学生没有这样上过课,所以学生在整个课程的学习中兴趣还是很浓厚的。每一个项目都要求学生自己查阅相关资料,在正式进行项目制作之前通过各种渠道进行知识的储备和积累,教师进行提示,把学生应该在本项目中掌握的知识点以任务书的形式传达下去,很大程度上提高了学生的自主学习能力,学生能够在项目任务书中看到任务的趣味性,能够真正提高兴趣,自己想学,去学,从而达到教学的目的,做到做中学,学中做,学生在项目制作中如果遇到问题,教师也是起到引导的作用,引导学生自己去解决问题,可以给学生提供解决问题的途径,或者给学生提出合理化的建议,当真正遇到大多数学生都解决不了的问题的时候,才集中给学生做讲解,尽量避免传统教学中“满堂灌”的教学模式,使学生不会感觉枯燥乏味,对学习这门课程产生兴趣。用问题去引导学生向着更深层面的去发掘。举个例子,在学生制作“声控电子猫”的时候,项目初始时,学生只要能让电子猫的眼睛(两个发光二极管)发光,发出叫声(蜂鸣器响)就可以了,之后对学生提出新的要求,能够让眼睛眨起来,叫声忽高忽低,提出这些要求之后,学生就开始主动通过上网、查阅书籍,想办法去解决问题,最后有一部分学生能够基本完成任务并把自己经验分享给其他同学。学生的学习兴趣提高了,学习态度和学习中的一些不良习惯也慢慢改善了,例如个别学生在第一次项目中积极性很差,在经过了几个项目的制作后可以将自己融入到小组中,服从小组的分工,尽力的去完成应当完成的各项工作。
4增强学生团队意识,培养学生职业素养
在这门课程中,我们重点强调团队协作,考虑到将来学生走上社会,走上工作岗位,面临着和人相处,与人合作的问题,所以在课程的组织上,我们尽可能多的考虑学生职业素质的培养,我们在每次项目进行之前都对学生进行趣味性的分组,既保证学生分组的公平性,随机性,还要顾及到分组的趣味性,在项目制作的时候,学生的考核主要是采取过程考核的方式,将学生在项目制作过程中对学生的表现进行采分,而且要让学生明白个人的表现不仅仅影响着个人的成绩,还与小组成绩息息相关,而每个人都要以小组成绩作为基分,才能够得出最后的个人总分,由此可见,团队协作的重要性,每个人都不是独立的个人,每个人的背后都有团队,要在所有项目进行完之后,把团队协作的理念潜移默化的给学生灌输进去。我们在进行考核分数的设定上也充分考虑到了小组与个人的这种相互作用的关系。在每一个项目结束之后还要求学生针对自己所做的项目进行PPT汇报,一方面能够使学生对自己的学习过程做一个总结性回顾,另一方面还可以培养学生的计算机能力和口头表达能力。学生从第一个项目生涩的语言组织,简单的幻灯片发展到最后能够声情并茂的去讲解自己制作的精美PPT,这也是一个非常大的进步,相信能给他们今后的职业生涯奠定一定的基础。
5促进教师能力的提高
这一点作为教师感触颇深,以前进行传统授课,需要提前备教材,备学生,现在进行改革模式的教学,课上做的事少了,可是课下却要进行更加充足的准备,寻找合适的项目,既要满足知识点的要求,又要有一定的趣味性,构思整个项目制作的安排,考虑到学生在项目制作过程中可能遇到的问题,能否提出解决的方案,在这个过程中,需要查找大量的资料,以前是讲什么看什么,而现在则需要参考很多的东西,涉及很多的领域,在知识的储备上也有了一个较高的要求,要站在一个宏观的高度上去看待每一个项目,包括这个项目最后要达到的效果,都需要提前做好设想。
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PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别,形成多子扩散运动,N区的电子扩散到P区,P区的空穴扩散到N区,在交界区域原有的电中性被破坏,P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子,N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近,形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散,而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程,得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质,带来了半导体导电能力质的突变,这就是PN结的单向导电性,即正向偏置导通,反向偏置截止。复合的PN结,在制作工艺上的差别,分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能,即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。
三、放大电路的得与失
晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路,一个微弱的输入信号从输入端引入,在输出端得到一个幅值足够的输出信号,表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量,淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知,这种放大电路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的现象,而没看到“失”的本质。在放大电路中,工作电源不仅仅只是提供合理的偏置,更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台,微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机,收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池,不可能发声,装上电池后就可以接收电台信号,伴随听的时间与音量的大小,电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机,人们不可能感受到空中的电磁波能量,有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐,电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以,严格意义上的放大电路是一个能源控制电路,放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大,实质上消耗了电源电能。
四、差分电路的失与得
单级放大电路的放大能力是有限的,总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成,这样单级放大电路之间就存在耦合关系,直接耦合是多级放大电路的典型结构形式,直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移,零点漂移最核心的表现形式就是温漂,解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成,表现在晶体管的特性一致,晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变,即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路,这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论,差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的,然而,差分电路的共模增益接近零,有较大的共模抑制比,可以很好地抑制温漂,而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂,所以,集成运放的第一级总是差分输入级。可见,差分电路通过“失去”硬件(增加结构等价的电路,增大电路成本),得到了对共模信号的抑制能力,而并不改变对差模信号的放大能力。
五、带宽增益积的得与失
考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中,它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中,总是期望放大电路的放大倍数越大越好,一级放大能力不够就采取多级放大,以提高放大增益;在放大电路的频域分析过程中,总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率,频率响应范围越宽越好,即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值,提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现,提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的,一旦当放大电路的晶体管选定之后,带宽与增益之积是一个常数,放大电路的放大倍数增大几倍,相应地该电路的带宽就会减小几倍,实际中,既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽,总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见,放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念,欲想得到较大的增益,必然失去频率响应的范围。
六、反馈放大电路的得与失
反馈是自动控制的一个重要概念,反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段,在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号,使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍,表面上损失了放大电路的增益,然而,对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善,表现在增益的稳定性得到了提高;环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善;电路的带宽得到了扩展;输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路,增大了输入电阻,有助于电压输入信号的放大;减少了输出电阻,有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号,闭环增益相对开环增益进一步增大,这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路,电路接通电源瞬间形成电路换路情形,通过正反馈选频网络(RC或LC选频网络)把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大,这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真,所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真,总是需要设置输出稳幅网络。可见,信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈,所以,信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益,得到了电路性能技术指标的改善;正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”,失去了输出信号的线性度,实际中为了挽回这种“失”,再次引入负反馈特性。
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PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别,形成多子扩散运动,N区的电子扩散到P区,P区的空穴扩散到N区,在交界区域原有的电中性被破坏,P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子,N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近,形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散,而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程,得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质,带来了半导体导电能力质的突变,这就是PN结的单向导电性,即正向偏置导通,反向偏置截止。复合的PN结,在制作工艺上的差别,分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能,即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。
三、放大电路的得与失
晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路,一个微弱的输入信号从输入端引入,在输出端得到一个幅值足够的输出信号,表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量,淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知,这种放大电路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的现象,而没看到“失”的本质。在放大电路中,工作电源不仅仅只是提供合理的偏置,更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台,微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机,收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池,不可能发声,装上电池后就可以接收电台信号,伴随听的时间与音量的大小,电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机,人们不可能感受到空中的电磁波能量,有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐,电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以,严格意义上的放大电路是一个能源控制电路,放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大,实质上消耗了电源电能。
四、差分电路的失与得
单级放大电路的放大能力是有限的,总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成,这样单级放大电路之间就存在耦合关系,直接耦合是多级放大电路的典型结构形式,直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移,零点漂移最核心的表现形式就是温漂,解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成,表现在晶体管的特性一致,晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变,即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路,这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论,差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的,然而,差分电路的共模增益接近零,有较大的共模抑制比,可以很好地抑制温漂,而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂,所以,集成运放的第一级总是差分输入级。可见,差分电路通过“失去”硬件(增加结构等价的电路,增大电路成本),得到了对共模信号的抑制能力,而并不改变对差模信号的放大能力。
五、带宽增益积的得与失
考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中,它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中,总是期望放大电路的放大倍数越大越好,一级放大能力不够就采取多级放大,以提高放大增益;在放大电路的频域分析过程中,总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率,频率响应范围越宽越好,即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值,提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现,提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的,一旦当放大电路的晶体管选定之后,带宽与增益之积是一个常数,放大电路的放大倍数增大几倍,相应地该电路的带宽就会减小几倍,实际中,既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽,总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见,放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念,欲想得到较大的增益,必然失去频率响应的范围。
六、反馈放大电路的得与失
反馈是自动控制的一个重要概念,反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段,在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号,使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍,表面上损失了放大电路的增益,然而,对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善,表现在增益的稳定性得到了提高;环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善;电路的带宽得到了扩展;输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路,增大了输入电阻,有助于电压输入信号的放大;减少了输出电阻,有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号,闭环增益相对开环增益进一步增大,这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路,电路接通电源瞬间形成电路换路情形,通过正反馈选频网络(RC或LC选频网络)把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大,这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真,所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真,总是需要设置输出稳幅网络。可见,信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈,所以,信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益,得到了电路性能技术指标的改善;正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”,失去了输出信号的线性度,实际中为了挽回这种“失”,再次引入负反馈特性。
七、桥式整流的得与失
小功率直流稳压电源中整流的任务就是把交流电转换成直流电,衡量整流电路性能的主要参数表现在两个方面:(1)表征整流电路质量的参数,有输出电压和脉动系数;(2)表征整流电路对整流元件要求的参数,有正向工作电流和反向峰值耐压。半波整流输出电压低,脉动系数大;全波整流输出电压高,脉动系数小。然而,全波整流不仅需要降压变压器的副边引出中间抽头,更主要对整流元件的反向耐压提出了苛刻的要求,它是半波整流对整流元件反向耐压值要求的两倍。实际中,既要提高整流输出电压并减少纹波系数,又要对整流元件反向耐压的要求不苛刻,有效的技术手段就是桥式整流,桥式整流相比全波整流,在电路结构上只是增加了两个整流元件,但输出效果等同于全波整流电路的整流;桥式整流电路对整流元件的要求等同于半波整流电路对整流元件的要求,把半波整流与全波整流各自的优势整合在一个应用电路中。可见,桥式整流电路通过“失去”硬件(增加电路成本),得到了优于半波与全波整流电路的整流性能。
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对于信息工程专业来说,现有的研究型教学改革已经相当完善,研究型教学是指教师引导学生主动去进行学习的一种教学方式,可以极大的提高学生的学习兴趣和创新能力,然而,作为一个热点的教学改革模式,它所面临的问题仍然很多,比如在课堂中很难有足够的时间进行研究,或者缺乏在课下进行充分交流的平台,本文将在教学目标、教学内容、教学方法和实验分析四个方面进行进一步的研究型教学改革的探究.
2.1明确课程教学目标,真正发挥学生的主体地位
《模拟电子线路》是一门应用性较强的技术基础课程,主要介绍模拟电路的结构与工作原理、模拟电路的定性分析与定量计算、集成模拟电路的应用,是进行实验、测量以及微机原理的基础,也是高校理工科学生的一门必修课程.该课程包括理论教学和实验教学,学生在课堂上学习了基本的电路原理和估算方法后,通过实验课程的学习,锻炼自己的动手能力,理论与实践的结合,可以替将来的工作打下基础.课程的性质决定教学目标,同时也决定了其授课方式.在理论学习方面,从13年开始,我校就在原有基础上制定了新的信息工程专业人才培养方案,模拟电子技术作为信工专业的专业基础课,将和数字电子技术同时在第三学期开课,这样就为模拟电子后续的课程比如嵌入式系统、FPGA、DSP等课程提供了充足的时间,既能保证合理的授课顺序,也使学生尽早地掌握信工专业的基础知识,有利于参加各项科技设计活动,参与实验室开放性课题申请以及大学生电子设计竞赛等.在实验教学方面,实验课程体系由基础实验、综合实验、课程设计以及开放性实验构成,实验课将在学期第八周开始,这样既能保证学生具有一定的理论知识,也能够保证实验能够针对理论知识进行及时验证,以不断提高学生的知识运用能力和综合创新能力,并且鼓励学生在课外进入实验室或者课题组,参与大学生创新训练、飞思卡尔智能汽车竞赛、以及大学生电子设计竞赛等活动,并将这些课外活动列入培养方案,给予相应的额外学分,激发学生的学习兴趣和创新精神,真正达到以学生为主的教学目的.
2.2丰富教学内容,提高学生的综合能力
在新的专业人才培养方案中,针对模拟电子技术课程,删除了课程中比较繁琐以及难度较高的部分,重点讲解基础知识和应用,着重介绍目前的前沿知识,努力提高学生的综合能力和专业素养.课程针对教学改革后的学时安排,对以往陈旧部分的教学内容进行适当删减,包括放大电路的频率响应,功率放大器的部分内容以及波形电路及电源部分,针对部分可由EDA软件自动完成部分比如卡诺图部分,不再要求学生推导,只要求掌握过程即可.在删减陈旧内容的同时,还应加强基础理论知识的讲授,进行适当拓宽,如集成运算放大器和其他模拟集成电路的应用.在每章小结部分引入EDA内容,围绕教学的基本要求和重点内容进行仿真,培养学生的动手能力,加深课堂理解.课堂教学不必照本宣科,也不必完全采取教师讲授学生听课的灌输模式,老师根据课程性质,开辟新的教学方法.在每节课接近下课时间布置学习任务,让学生课后阅读教材,分组讨论,并且提出自己解决不了的问题.在下节课上课时,利用10—20分钟的时间分组汇报学习心得并提出问题,由其他小组对该问题进行解释.这样的互动学习结束后,教师可以针对各小组的疑难问题,结合教材难点和重点内容进行分析、讲解,这样一来,不仅调动了学生的积极性,让他们主动查阅资料解答疑惑,同时,也可以加深对知识点的记忆.
2.3充分利用多媒体网络技术教学,提高学生的综合能力
对于研究型教学来说,网络是老师教学信息的平台,而目前多媒体网络技术日新月异,当前学生获取信息的主要途径也是网络,因此,网络并不应该只局限于远程教学,应该存在于任何需要应用的教学课堂中,作为老师和学生之间共同研究和交流的平台.第一,利用网络技术培养学生的创新能力.传统的教学模式,教师和学生面对面授课,学生遇到难题,往往羞于向老师请教,或者在同老师交流的过程中产生失败感,面对纷繁枯燥的知识点,学生往往感到力不从心,缺乏自信.而面对虚拟的网络,学生不用担心同老师的交流带来的尴尬,面对网络这一新型学习工具,面对网络中丰富的知识,学生会有强烈的探索欲去探求新的知识.当然,这种探索是要在任课教师的有效引导下进行.任课教师通过《模拟电子线路》学习网站,将平时课堂上讲授的重要知识点梳理出来放在网站上供学生们共享;建立BBS模电学习交流网站,供学生们就相关知识点发表自己的看法.任课老师只要稍加引导,就能将网络变成教学阵地,为教师和学生共谋福利.第二,利用网络技术培养学生的思维能力.任课老师通过模电学习网站,将知识点上传到网络中,并留给学生一定的自我动手机会,学生针对学习网站中的大量知识点,可以进行整理、比较、分析,从大量纷繁复杂的信息中提取出有利于自身理解记忆的部分.通过这样的思维训练,可以培养学生的创新思维能力.同时,任课教师还可以针对知识点布置给学生诸如程序设计之类的课后作业,同一程序,不同的学生会有不同的分析方式和解决方法,通过网络信息平台上的交流,自然可以培养一种发散的思维方式.要实现以上要求,网络平台必须包括以下几个部分:
(1)课堂区:作为每一节课后的延伸,主要包括课件区和作业区,老师在课堂区该节课的课件以及课后作业供学生下载;
(2)综合讨论区:里面包括各个老师认为重要知识点的分区,学生可以对感兴趣的话题进行提问和探讨,针对问题和老师形成讨论;
(3)悬赏区:老师不定期的任务,并附加任务相应的分数,任务内容包括课堂知识的运用以及课堂延伸知识题目,学生领取任务并完成后可得到相应分数,允许学生在综合讨论区讨论相关题目,在每期任务完成后公布答案和完成人,实验任务也可放入悬赏区;
(4)意见区:学生和老师可就教学情况进行沟通,帮助老师及时了解问题所在,帮助教学任务的完成.
2.4上好实验课程,做好理论知识与实践能力的有效衔接
作为课堂教学的延伸,实验课是理论课的有效指导以及必要补充,因此,实验教学同样是提高学生创新及思维能力的有效途径,帮助学生巩固知识和发现创新.通过网络实验目的和实验过程,指导学生在实验过程中验证知识、开拓视野.最后通过网络上传实验结果以及学习心得,提出疑惑并寻求答案,通过各种途径提升学生的学习和动手能力,真正掌握所学习的知识.在课余生活中,建立了一个完全开放性的实验室,学生可以随时进入到实验室当中,通过完成实验内容验证自己所学习的知识,教师在授课过程中,将课程与实验相结合,鼓励学生进入实验室中去验证,通过在网络实验任务,促使学生主动进入实验室中完成任务并领取奖励,这样既调动了学生的学习积极性,使学生主动的参与网络知识的探讨,又可以有效的完善课堂教学,将网络中的问题拿到课堂中与学生互相探讨,创造了良好的学习氛围,在相互学习的过程中,教师也不断的积累了丰富的教学经验.
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模电作为一门技术基础课,有其自有的特点和规律,其课程更重视理论与实践的结合。一般教学计划都是电工基础安排在模电课程之前来作为模电的基础课程,但如果不加分析地用电工基础的分析方法去分析模电,可能不会得到正确的结论。模电的理论有其自身的特点,表现在:第一,模电主要的电子器件二级管、三级管都是非线性器件,这与线性电路的分析和计算是有很大区别。第二,模电的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道决定静态工作点,而交流通道是信号的通道。第三,反馈网络是模电经常使用的电路,不管是运算放大器还是振荡器都必须有反馈网络的构成。以上几点正是学生学习模电的难点,因此在讲课过程中,要让学生了解这些特点与难点,调整思维方式和学习方法,使学生能够正确把握这门课程的学习特点。以下通过几个实例说明如何引导学生思维方式的转变。
2.1非线性电路与估算
在模电中常用的二极管、三极管的伏安特性为非线性,一般称为非线性元件,而电阻、直流电源的伏安特性为线性,一般称为线性元件。在模电中线性元件与非线性元件共同组成各种电路,那么电路的计算问题在电工基础中并未涉及,那么计算这种电路目前使用估算法、图解法。有的同学往往提出为什么不用解析法,而那样计算的不是更精确吗?在讲解这类问题时要给学生讲清楚估算法在工程计算中是非常重要的,它能使有些计算问题变得简单,能较快地解决实际问题,而用解析法,一是目前学生的数学知识不能解决这种问题,二是如果能用高等数学的方法解决,但过程过于繁杂,虽然计算精度高,但与估算结果差距不大。因此在这里要让学生思维方式有一个转变。
2.2放大电路的直流通路与交流通路
在模电的放大电路中,直流通路和交流通路的分析也是模电独特的电路分析方法,由于二极管、三极管中PN结死区电压的存在,必须在交流信号通过放大电路时有一个直流电压及电流的存在,这样才能保证交流信号不失真地通过放大电路。这也是学生需思维转变的一个重要方面。对于三极管、电阻、电容、电感、电源等电子元器件,它们分别在直流电及交流信号激励作用下的不同响应决定了它们在直流电及交流信号中所起的不同作用,这些都是分析复杂放大电路的基础。很难想象不清楚放大电路直流通路和交流通路的学生能够学习好这门课程。
3通过课程综合实验提高学生的整体水平
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(一)更新教学内容、加强教材建设针对模拟电子技术教学中存在的内容多、学时少的矛盾,以及教材理论多、应用少的矛盾。我们将理论知识与实践技能相融合,改革传统的理论与实践相分离的情况,重新构建模拟电子技术课程教学内容,选择与日常生活密切相关的实际的电子产品为项目,将模拟电子技术的知识点与技能点分散到项目中,让学生边做边学,学做合一,有利于提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
1.构建教学内容的指导思想及基本理念。该课程是电类专业的重要专业基础课,十分强调技术的实际应用,并且具有工程性质,对电类专业的人才培养起着至关重要的作用。我们以“强化能力、重在应用”为指导思想。课程设计的思路是以“职业能力培养为核心”,以“技能训练为主线,以理论知识为支撑”。在教学内容选择上以职业岗位能力分析和国家职业技能的要求为依据来进行教学内容的选取。在确定了《模拟电子技术》课程的技能要求后,再以各类电子电路为载体精选教学内容。
2.课程内容设计。首先深入企业调研,以市场调研为基础,定位专业岗位,明确专业培养技能。我们将理论知识与实践技能相融合,改革传统的理论与实践相分离的情况,为此我们打破了模拟电子技术这门课原有的知识体系,重新构建模拟电子技术课程教学内容,将模拟电子技术的知识点与技能点分散到项目中,本课程的所有项目均来自于实际的电子产品,与日常生活密切相关,学生易于接受。
3.教材建设。采用实际的电子产品作为教学载体,采用项目导向的编写模式,对传统的教学内容进行了精选与整合,精简和优化了经典的模拟电子技术基础知识,将各知识点融入到各项目中,合理安排学科所需的知识点,恰到好处地处理重点和难点内容。使完成工作任务和讲授相关知识同步进行,有助于学生掌握模拟电子技术的相关知识和技能,重视培养学生的实际工程应用能力和创新能力。
(二)多种教学方法和教学手段并存,调动学生学习积极性
1.多媒体教学。多媒体教学是指在教学过程中,根据教学目标和教学对象的特点,通过教学设计,合理选择和运用现代教学媒体,并与传统教学手段有机组合,共同参与教学全过程,以多种媒体信息作用于学生,形成合理的教学过程结构,达到最优化的教学效果。课程教学中采用传统板书与多媒体相结合,取得较好的教学效果。对于基本原理和公式采用板书推导,以便学生思考与分析;对于复杂的动态过程采用动画来演示,如PN结中电子和空穴的扩散与复合,三级管内部多数载流子和少数载流子的运动等,采用flas演示学生可以清楚的理解其工作原理。
2.仿真教学与实物装调相结合。仿真教学与实物装调相结合极大的提高了学生的学习兴趣,仿真教学是具有综合作用的教育手段,学生置身于仿真环境中,可以充分调动感觉,运动和思维,提高了学习效率。课程讲授中,针对项目首先进行仿真演示,使学生能够直观观察到项目功能,对于项目中各单元电路功能进行分块演示,学生对于电路的结构和功能有直观的认识。如讲授助听器项目,采用multisim软件进行仿真,一方面,让学生通过仿真能看到调整时的变化过程,有利于学生对知识点的掌握;另一方面,现代企业电子电路的设计过程先进行仿真,然后进行实物测试,仿真教学与实物测试相结合,有利于学生与今后的工作过程联系在一起,也为加强职业技能打下良好的基础。
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首先,教师要在教学过程中去激发学生想要深入探究的欲望。大体是说老师在教学上要善于运用问题教学法。所谓的问题教学法就是将问题作为主题去驱使学生学习的方法。它主要是为了培养学生的思考能力,培养学生主动探究问题的意识以及培养学生解决问题的能力。其次,教师为了培养学生的自主学习的意识和能力,要懂得运用项目教学法。所谓的项目教学法就是以培养学生的各方面能力为目的的教学方法。将项目作为任务,学生需要解决任务,而教师是辅助学生解决任务。让学生在做任务的同时逐步培养学生的各方面的能力。最后,教师为了促进学生的主观能动性和培养学生学习的兴趣,需要运用互动式教学以及多媒体教学,来激发学生们的主观能动性和其对学习产生兴趣。俗话说的好,兴趣是最好的帮助学生学习的良方。所以,教师要正确的运用这些教学方法来促进学生的学习,进而提高模拟电子技术课堂的教学效率。
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为了满足独立学院将学生培养成为应用型人才的目标,借鉴职业教育理念,我们准备对模拟电子技术课程进行项目化教学改革,目的是将传统意义下的模拟电子技术课程知识进行解构、整合、序化,加入电子工艺学知识,配合课程实验、课程设计项目,按照“做中学,学中做,递进交互”的教学理念,以行业和岗位需求为导向,以培养学生的实践技能为主线,以具体的电路产品为载体,实施项目化教学,一步步提升学生的专业实践能力。
2.1项目化教学目标的分析
根据项目化教学要求,以社会就业行业和岗位需求为导向,通过对独立学院往届电信和通信相关专业的毕业生及其就业单位企业、工作需求市场进行调研,分析其就业岗位,总结出主要的职业岗位群;然后通过分析各种岗位群对模电课程相关内容的要求,确立独立学院模拟电子技术课程的知识要求、能力要求及素质目标。
2.2项目化教学理念与思路的确立
根据项目化教学要求,以生活中具体的电路产品为载体,探索基于工作过程的课程开发与设计,通过分析真实产品的生产流程,以培养学生的实践技能为主线,以职业资格标准为参照来开发和设计模拟电子技术项目化教学中合适的项目,实施行动导向的项目式教学方法,使学生在获取知识、提高实践能力的同时,获得再学习能力和职业技术能力。
2.3项目化教学课程内容新体系的构建
模拟电子技术项目化教学中,课程内容和体系改革是课程建设的核心。本课程在进行教学的时候,应考虑哪些知识是进行项目所需的基础,或者项目进行过程中关键点所在。课程内容选取遵循独立学院教育的基本规律,基于行动优先原则,针对独立学院电信和通信类专业培养目标及学生就业岗位需求,以职业能力培养为重点,根据职业岗位的任职要求,构建新的教学做一体化课程内容体系。根据课程教学的需要,将教学内容划分为两个大的模块。基础模块:包括基本器件和基本放大电路。在教学过程中,突出应用,以电子产品实例为载体,使学生掌握模电基本知识点、基本放大电路的分析和设计方法。这个模块应该强调基础,支撑后续课程的学习,培养学生的学习兴趣。实用模块:包括集成运放电路和应用模块。通过该模块的学习,基本掌握实用模拟电子系统分析、计算、调试、检测、设计的能力。教学过程中知识应该精炼,教学内容及时更新,尽量与实际岗位工作要求相符,更好地培养学生的应用能力和实践能力。
2.4项目化教学方法与手段的设计
对课程进行基于行动导向的教学改革与实践。实践课程中选取多个项目,根据项目重新整理课程内容,将原模拟电子技术课程理论教学与实践教学有机融合到这些制作项目中,通过完成产品组件的分析、制作与调试等综合性学习任务,使教学内容更加丰富、直观,更加贴近工程实际。理论教学主要采用以下方式:(1)“精讲+演示”的教学方式,通过各个具体项目的实物电路呈现,使学生最直观地认识电子产品的设计、制作与调试等相关知识,通过应用实例启发学生兴趣、举一反三。(2)根据学习情境和教学对象的特点,灵活运用基于行动导向的多种教学方法,通过多媒体课件、动画演示、课程学习网站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的软件测试等多种现代化教学手段。将传统教学手段与现代教学手段紧密结合,增强教学内容的动感和趣味性,从而实现更生动的教学模式。(3)引导学生使用相关软件工具分析和设计电子电路、重视课后答疑并及时组织习题讨论课,引导学生进行研究性的学习,鼓励学生大胆提出问题、研究解决问题的途径和方法。实践教学主要采用以下方式:(1)基础实验:“模拟电子技术实验”。学生通过实际元器件的识别和基本电路的测试等训练,对基本放大电路、差分放大电路、功率放大电路、集成运放电路等相关电路的性能有了更进一步的认识和理解。基础实验的具体目标是使学生从枯燥的理论知识和乏味的实验箱操作回归实际,让学生对实际元器件和电路进行感性认识,并在此基础上培养他们识图、识器件的基本能力以及实际电路调试能力,加强理论和实际的结合。(2)提高性实训:“专业实训”和“电子工艺实训”。完成Protel、Proteus等电子相关软件的学习,指导学生利用软件完成功能较为简单的电路的分析与设计。要求学生利用仿真软件绘制原理图,利用软件中的函数发生器、示波器、万用表等虚拟仪器仿真。通过仿真,及时修改电路中出现的错误,经过反复调试、修改,确定电路参数、验证电路设计的正确性,直到电路仿真通过,达到设计要求。根据仿真成功的电路确定具体电路。然后要求学生利用实验室提供的元器件和工具,自己焊接电路板,并进行调试。(3)综合性设计:“模拟电子技术课程设计”。①为了更好地灵活应用所学的理论知识,将实际结合到理论中去,在广泛调研的基础上,依据工作任务分析,以小型的电子产品组件的制作、调试作为能力培养的主线,教师确定多个项目任务,每个项目囊括较多的模拟电路知识点。②要求学生选取项目任务,根据教师下达的任务和要求,讨论系统的规范与功能,并提出系统框图。③将框图具体电路细化,利用理论知识,针对实际要求,完成电路的设计。④利用软件仿真来确定设计电路元器件的参数,验证电路的正确性。⑤根据设计电路,学生列出元器件采购清单,要求亲自到市场调研采购,并结合成本考虑,采购元器件。⑥学生通过自己搭接或焊接电路、测试电路性能,最终设计方案实现。⑦设计完成之后,学生必须参加项目答辩,完成设计报告。
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2.教材与参考书目选用应符合物理师范生专业特点
全国各大高校都陆续出版了许多优秀的教材。但是每一本教材的侧重点和难易程度也各不相同。选用较多的是高等教育出版社出版、由康华光主编的教材,由童诗白主编的教材以及杨拴科等主编的教材。根据物理师范生注重公式的逻辑推理的思维特点。所以选取更侧重于基本概念的讲解,逻辑性强,知识点丰富,学生需要掌握的内容多,由童诗白主编的教材更加适合西部师范院校物理专业的学生。
3.核心突出内容的取舍
模拟电路就是处理模拟电压和电流的电路,而由于现实生活中大多信号较为微弱的模拟信号,所以要进行信号的放大,这也是模拟电子技术课程的核心部分。所以本课程的核心内容自然非放大电路莫属。与此同时,现实生活中相关器件的供电电源很多为直流电源,所以必然需要一种将电厂的交流电转为直流的电路,此电路就是直流稳压电源。由此可知,主讲内容就是放大电路和直流稳压电源,尤其是放大电路部分。
二、教学方法和教学手段改革
1.教学方法多元化
在选择教学方法的时候,要特别注意培养学生的感性认识,以调动学生的主观能动性为目的。比如在讲授“反馈”概念时,我们可以运用类比教学法。教师可以以常见的冷暖空调的温度调节过程为例。另外在教学过程中,也需多运用启发式教学法,教师只有善于提出问题,才能更好地启发学生进行积极的思考,变被动接收为主动学习。
2.充分利用仿真软件
因为师范生最在意教学形式,如果仅仅在课堂平白地传授复杂的模拟电路理论知识,枯燥的形式会让师范生认为理论与实际相差太远,进而对电子类课程失去兴趣。所以在讲授理论课时,利用计算机仿真技术,将虚拟电子实验引入课堂教学中,可以随时进行电路连接、仿真和测量,增强了教学的直观性、形象性和生动性,有助于加强课堂互动,激发和调动学生的学习兴趣,从而实现了理论教学和实践教学的有机结合。
三、实践教学环节
1.实验准备
首先在开展实验之前,在理论课堂上通过多媒体课件,使学生们对常用电子仪器、半导体元器件、实验箱等有直观认识,并进行演示实验,以激发其兴趣。其次针对不同的实验教学内容,采取不同的实验指导形式。
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模电作为一门技术基础课,有其自有的特点和规律,其课程更重视理论与实践的结合。一般教学计划都是电工基础安排在模电课程之前来作为模电的基础课程,但如果不加分析地用电工基础的分析方法去分析模电,可能不会得到正确的结论。模电的理论有其自身的特点,表现在:第一,模电主要的电子器件二级管、三级管都是非线性器件,这与线性电路的分析和计算是有很大区别。第二,模电的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道决定静态工作点,而交流通道是信号的通道。第三,反馈网络是模电经常使用的电路,不管是运算放大器还是振荡器都必须有反馈网络的构成。以上几点正是学生学习模电的难点,因此在讲课过程中,要让学生了解这些特点与难点,调整思维方式和学习方法,使学生能够正确把握这门课程的学习特点。以下通过几个实例说明如何引导学生思维方式的转变。
2.1非线性电路与估算
在模电中常用的二极管、三极管的伏安特性为非线性,一般称为非线性元件,而电阻、直流电源的伏安特性为线性,一般称为线性元件。在模电中线性元件与非线性元件共同组成各种电路,那么电路的计算问题在电工基础中并未涉及,那么计算这种电路目前使用估算法、图解法。有的同学往往提出为什么不用解析法,而那样计算的不是更精确吗?在讲解这类问题时要给学生讲清楚估算法在工程计算中是非常重要的,它能使有些计算问题变得简单,能较快地解决实际问题,而用解析法,一是目前学生的数学知识不能解决这种问题,二是如果能用高等数学的方法解决,但过程过于繁杂,虽然计算精度高,但与估算结果差距不大。因此在这里要让学生思维方式有一个转变。
2.2放大电路的直流通路与交流通路
在模电的放大电路中,直流通路和交流通路的分析也是模电独特的电路分析方法,由于二极管、三极管中PN结死区电压的存在,必须在交流信号通过放大电路时有一个直流电压及电流的存在,这样才能保证交流信号不失真地通过放大电路。这也是学生需思维转变的一个重要方面。对于三极管、电阻、电容、电感、电源等电子元器件,它们分别在直流电及交流信号激励作用下的不同响应决定了它们在直流电及交流信号中所起的不同作用,这些都是分析复杂放大电路的基础。很难想象不清楚放大电路直流通路和交流通路的学生能够学习好这门课程。
3通过课程综合实验提高学生的整体水平