“模拟电子技术”课程教学改革与实践*

陈 静 史雪飞

（北京科技大学 自动化学院，北京 100083）

“模拟电子技术”课程是高等院校电气、信息 类专业知识平台的核心课程。 课程具有非线性、复杂性和工程性等特点，是一门理论与实践紧密结合的基础课程。 通过对“模拟电子技术”课程的学习，使学生了解模拟电子技术的应用及其发展概况，获得适应信息时代电子技术的基本理论、基本知识、基本分析方法和基本设计技能。 课程教学目的就是培养学生初步的工程实践观念、综合应用能力、创新能力以及电子电路计算机分析、设计能力，为今后深入学习和从事电子技术的相关工作奠定基础。

“模拟电子技术”一直以来都是在教与学两方面比较难的课程。 一是课程难度大，内容多，涉及的知识面广，这就对学生的学习积极性产生影响，容易使学生产生畏难情绪；二是学生对前后课程所学知识的相关性和联系度不明确，不能做到知识的衔接贯通；三是理论教学与实际操作之间存在脱节，降低了课程教学的有效性。

本文针对“模拟电子技术”课程的教学目的和教学过程中发现的问题，从深化课程内容、重视课程衔接、丰富授课过程、搭建随课实验平台等方面，进行了教学改革和实践，从而更好地培养学生系统掌握本课程知识、应用理论知识解决工程实际问题、训练科学实验能力和创新能力。

一、深化课程内容，融合实践模式

“模拟电子技术”课程具有自身的体系，它在本科阶段各专业知识体系的构建和专业技术能力的培养中有着至关重要的地位（见图1）。 其在本科学习中起到“承上启下”的作用，是进行后续数字电子技术、电力电子技术、嵌入式控制系统等专业课程学习的基础，直接影响着后续专业课程的学习。

图1 主要课程执行计划架构图

“模拟电子技术”课程需要在有限的学时内使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，具有较强的工程性和实践性。 我们将课程内容以问题为导向，提炼为三大主线［1］。第一条主线是辨别和使用电子器件，提出“常用电子器件有哪些？ 具有怎样的工作特性？”的问题，引导学生重点掌握这些器件的外特性；第二条主线是分立元件构成的基本放大电路，提出“基本放大电路有哪些类型？ 如何分析计算？”的问题，使学生在理解放大的基本概念的基础上，重点掌握基本放大电路的构成原则、基本分析方法及功能；第三条主线是集成运放各种应用电路，提出“集成运放的应用电路有哪些？ 如何分析与应用？”的问题，让学生从实际应用需求出发，重点掌握集成运放应用电路的分析方法，以及根据需求有一定的设计电路的能力。 在教学过程中提出问题，要求学生在课程知识基础上分析和解决问题，能够培养学生的工程实践能力和运用现代电子技术的技能。

在课程内容体系方面，更加注重理论教学与实践教学的融合，在保证经典理论的基础上重点讲授集成运放组成的各种信号运算、信号处理和信号产生电路，培养学生系统级的分析与设计能力［2］，即加强集成运放应用电路相关内容的学习与研究。 实践教学重点引入研究型和设计型的实践环节。 理论教学知识与实践教学知识相互衔接、相互融合，有利于提高课程教学的效果。 同时，教学内容还增加了反映新技术、新方法、紧密联系快速发展的电子技术方面的介绍。

二、重视课程衔接，强调知识应用

课程衔接是课程组织的一部分，也就是要连接相关的课程内容或学习经验，以达到更好地教学效果。 “模拟电子技术”课程内容与其要求学生先修课程“电路分析基础”是有紧密联系的（见图2）。 学生通过“电路分析基础”课程的学习，已熟悉了电阻、电容和电感元件，它们都是基本无源二端元件，这些元件（特别是电容和电感）用途广泛，在模拟电子技术中起着重要的作用［3］。 所以在教学过程中，还需要注意引导学生将两门课程有机结合起来，在旧知识的基础上学习新知识，如运用电路分析中的基本定理、模型和分析方法等（例如等效电路法、叠加原理、戴维南定理、二端口网络、正弦交流电路的求解方法等）来分析和设计各种模拟电路［4］。

图2 电路分析基础与模拟电子技术的知识衔接关系

因为“模拟电子技术”课程中接触到的器件具有非线性的特性，所以分析思路和方法要由原来的线性思维向非线性思维转换，分析和计算的电路也由线性电路要向非线性电路过渡。 相比线性电路的分析，非线性电路的分析更复杂。 在“模拟电子技术”课程中，需学会从工程的角度思考和处理问题，即实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的，在电子电路的定量分析中也容许存在一定的误差范围，因而称这种计算为“估算”［5］。 所以分析含有二极管、晶体三极管（以下简称“晶体管”）等这类非线性电路的方法，我们的思路就是根据实际情况，在误差允许的范围内对器件的数学模型和工作条件进行合理地近似，也就是在一定条件下将特性线性化，即用线性电路来描述其非线性特性，建立线性模型（见图3），然后就可以应用“电路分析基础”课程中学过的线性电路的分析方法来分析二极管或晶体管电路，从而用简便的方法获得具有实际意义的结果［6］。 同时，还要注意强调在用这样的思路解决问题的过程中，近似分析一定要合理，近似后得到的结果要在允许的误差范围内，即一定要注意所选用等效模型的成立条件，只有实际问题符合该等效模型的条件，才能使用该等效模型来分析和解决问题。

图3 晶体管直流等效模型和交流等效模型

三、丰富授课过程，激发学习兴趣

在模拟电路的教学过程中，首先要学习辨别和使用电子器件。 二极管、晶体管是模拟电子技术中两个基本的器件，一部分学生在学习二极管、晶体管时就开始发晕，主要原因是对模拟电路的器件特性理解不够。

在授课过程中，我们选取典型的应用电路实例，分析组成这个应用电路的电路器件如二极管、晶体管和集成运放的特性及作用，从而拉近理论与实际的距离。 比如晶体管是一个电子电路中最为基础的半导体器件之一，也是学习“模拟电子技术”课程的重点和难点所在，所以在介绍晶体管的特性及作用时，先通过引入“肌电信号的放大”实例和耳机放大器的电路［7］，让学生先了解晶体管的一个典型应用就是构成放大电路，而在生活、生产许多应用中都离不开放大电路。 并且列举出在不同的应用场合，可以用由晶体管构成的各种放大电路来实现所需要的功能，比如可以放大电压（肌电信号的放大和耳机放大器）、放大电流（小电流控制大电流）或放大功率（音频功率的放大），从而引起学生想继续探究晶体管的特性以及放大电路工作原理的兴趣。

此外，还可以采用类比的方法帮助学生加深对理论知识的理解。 比如在介绍晶体管的电流放大作用时，将晶体管比喻成一个水槽，它的三个极可以分别看作阀门、水箱和出水口，通过打开或关闭阀门控制水箱水流的过程，就形象地比喻了晶体管小电流控制大电流的电流放大作用了。

四、搭建随课实验平台，贯通理论与实践

“模拟电子技术”课程具有实践性强的特点，而学生实践能力的提高主要通过实验［8］。 然而，“模拟电子技术”课程实验开课班级较多，实验室需要循环多次使用，这样，课程实验室很难做到开放，设备也无法外借，学生无法在课下进行更多的实践和创新训练［9］。

近年来，为了让学生能有更多的锻炼机会，能让学生拥有自己的一个便携式硬软件实验平台，以便他们可以随时随地进行实验学习，口袋实验室逐渐走进高校。 口袋实验室是装在口袋里的“实验室”，具有体积小、价格低、携带方便、功能丰富等优点［10］。 我们采用口袋实验套件搭建口袋实验室，应用口袋实验平台开展了“模电小组合作学习”的教学计划（见图4）。 首先选择课程中重点、难点内容，设计相应的典型应用实例作为实验选题，例如对于难以理解的放大电路的频率响应内容，学生可以通过自行搭建实验电路来观察实验结果，不仅可以直观地看到频率响应特性曲线（见图5（a）），而且可以改变频率参数直接看到频率对输出波形幅值和相位的影响（见图5（b）），这样先让学生有一个感性的认识，然后在课堂上就更容易理解理论知识。 然后，为了充分调动学生的主观能动性，还增加了拓展课题供学生自主发挥。 此外，还有一个重要步骤的训练，就是进入安装调试的阶段，完成设计电路的接线之后，要使电路达到设计要求，还必须对电路进行测试和调整，如调节电位器，并保证调节过程中波形不能出现失真等。 总之，从选题确定、电路设计、电子器件选型、搭建实物电路、调试、改进、完善等各个环节，培养学生实践能力及创新精神。

图4 “模拟电子技术”口袋实验平台应用

图5 放大电路频率响应实验举例

我们将过程控制的思想引入评价体系，建立了相应的考核评价方式。 学生在提交探究实验和实例设计的实践成果时，考核方式有两种：一种是基础性实验内容，学生以视频文件形式上传，并且将口袋实验设备号作为第一画面，保证了学生随课实验的不可复制，以及教师验收考核的可操作性；另一种是应用实例实验内容，采用口试＋现场验收方式，要求学生现场展示实验成果，并随机抽取问题回答。 这种操作性较强的考核评价方式，既保证了合作学习的效果，又能合理地安排教师验收的工作量。

我们已经在测控技术与仪器专业的课堂开展了本项活动，取得了良好的教学实践效果和成果，不仅充分调动了学生的学习积极性，使学生加深了对课程理论知识的理解，而且提高了学生的实践和创新能力。 今后我们将会继续在自动化专业及智能科学与技术专业的教学过程中全面开展。

五、结束语

“模拟电子技术”课程工程性和实践性强，电路千变万化，不同于前面课程的思维方式，入门难，而且新知识点多、内容多、涉及面广。 本文针对课程的教学目的，在深入挖掘课程内容（以问题为导向提炼课程主线）、重视课程知识衔接（加强知识的融会贯通和应用）、丰富授课过程（激发学生学习兴趣）、搭建随课实验平台（加强理论与实践的良好对接）等方面进行了教学改革与实践，同时应用视频文件、现场口试验收、网络平台等方式实现了较大规模学生人数的考核与验收。教学实践表明：（1）教学内容以问题为导向的深入挖掘，以及前后知识的衔接，使学生掌握课程的精髓并逐步培养学生高级思维的能力；（2）通过课堂引入应用实例和随课实验的开展，有效调动起学生的学习积极性和主动性，进一步加深学生对重要知识点的理解和领悟。 同时通过学生及实验课授课教师的反馈，学生的动手实践能力也取得了很大的进步。 并且小组成员之间的协作意识、沟通能力以及撰写研究报告能力等方面也得到了提高；（3）重视过程学习效果的评价考核方式，激励学生自主学习、独立思考，从而起到学生自身能力的培养作用。