模拟电子技术实验项目化教学改革

段福斌， 朱建华

(浙江科技学院 工程训练中心，杭州 310023)

模拟电子技术实验项目化教学改革

段福斌， 朱建华

(浙江科技学院 工程训练中心，杭州 310023)

针对模拟电子技术实验的知识点繁杂、大多数知识点零散独立、实验中将其与具体应用电路联系起来比较困难等问题，根据“卓越工程师培养”和工程教育专业认证的相关要求，探索以提升工程能力为目标、以项目教学为主线开展模拟电子技术实验。以一个完整电子产品为主线开展模块化、递进式、项目化的实验，将电子产品分解为若干个包含模拟电子技术课程关键知识点的实验模块，以一个实验模块为一个实验单元，在完成所有实验模块实验后进行组装联调，最后制成该电子产品。以一个完整电子产品为主线开展实验教学，对学生建立系统的概念，培养学生的工程意识，增强学生的动手能力和创新能力，初步训练学生解决复杂工程问题的能力具有积极意义。

模拟电子技术实验； 项目化教学； 实验教学改革

0 引 言

模拟电子技术实验作为模拟电子技术课程的实验环节，是模拟电子技术课程的重要组成部分。该实验内容包括各种器件、电路形式、信号类型等概念理解与问题分析方法[1]，以及仪器仪表的使用等，涉及知识点多且相对独立，并具有很强的实践性。大学生通过模拟电子技术实验各环节的实践，既能巩固模拟电子技术的理论知识，又能将抽象的、不易理解的模拟电子技术理论知识转变为直观的感性认识，同时还可通过对所学知识的运用提高动手能力。因此，模拟电子技术实验环节在培养电类相关专业大学生的分析与解决问题的能力、工程意识和创新意识等方面具有重要作用，在提高学生的技能及综合运用能力方面，也具有理论课堂教学所无法替代的作用[2]。

1 模拟电子技术实验课程现状分析

1.1 传统实验教学存在的不足

许多学校的模拟电子技术实验都独立设课，时数不等，一般为16～24学时。传统的实验教学模式从属于理论教学[3]，以验证性实验为主，实验过程基本按照实验教材所要求的操作步骤进行，因此，对大多数同学而言，实验的效果仅仅是熟悉了仪器仪表的使用、熟悉了电路的连接和测试，因而无法达到实验教学的目的[4]。近年来虽对该实验课程进行了一些改革，增加了一些综合性实验及设计性实验，改进了教学方法和手段，取得了一些成果，但仍然存在诸多不足，主要体现在以下4个方面：

(1) 未能将模拟电子技术实验零散独立的知识点与具体的应用电路联系起来。模拟电子技术实验知识点涉及二极管、三极管、场效应管、集成电路等半导体器件及电阻、电容等常用电子元器件，实验中要使用电源、信号发生器、示波器等仪器仪表，实验电路包含各种基本电路、功能电路、应用电路且具有各种不同的分析方法，具有众多的概念、参数和各种模型，涉及电路之间的互联匹配[5]，知识点繁杂，且大多数知识点是零散独立的，很难将众多零散独立的知识点用一个适宜的应用电路串起来。

(2) 实验中设计性实验电路参数设计计算比较简单，器件选择的机会也较少，学生得到的训练不够。例如，在集成运放组成的反相比例运算放大电路中，虽不同的实验小组给定了不同的放大倍数，但学生只要按比例选择反馈电阻即可。因此，学生在实验过程中，还是较少有机会遇到器件选择及电路设计的问题，也不知道单元实验电路在电子产品的用途或者如何用在电子产品中，这种实验方法显然不利于学生实践能力的培养[2-3]。

(3) 学生实验前预习不够，对实验准备不足，实验中很难达到预期的效果。预习资料比较缺乏，如果不去图书馆借阅资料或网上查找资料，只有实验指导教材和理论教材，不利于学生系统地了解与实验有关的工程案例、相关规范和标准、元器件参数等知识。

(4) 实验报告的质量低。工程教育专业认证毕业要求指标点对实验报告的撰写提出了明确的要求，这些要求包括：能对实验结果进行分析、解释数据；会采用信息综合手段对实验结果得出合理有效的结论；具有撰写设计报告、技术总结报告及项目申请报告的能力。现学生撰写的实验报告的主要内容为实验原理(包括原理图)、实验内容及步骤、实验数据或波形记录及简单的结论，较少涉及实验结果分析、数据解释及推断实验结论等方面的内容，对照毕业要求指标点要求尚有明显差距。

1.2 OBE模式的教学改革要求

近年来，为了不断提升专业水平和培养质量，我校电气工程及其自动化、化学工程与工艺、土木工程等专业实施了教育部“卓越工程师培养计划”，并陆续完成了工程教育专业认证工作。“卓越计划”和专业认证给模拟电子技术实验提出了更高且非常明确的教学目标要求：①通过实验帮助学生掌握模拟电子技术理论、电子元器件、测量及调试等方面知识，能用于解决电气工程领域复杂工程问题，从而提高学生设计开发能力；②通过设计实验、分析与解释数据提高学生的研究能力。模拟电子技术实验按照专业认证OBE(基于产出的教育模式，Outcomes-based Education)教学模式[6-7]，围绕要达成的教学目标，开展了教学内容、教学方法和教学手段的教学改革。

2 模拟电子技术实验教学内容改革

2.1 教学内容改革思路

针对实验教学中存在的问题和工程能力培养的目标要求，我们开展了以项目教学为主线，重新设计和编排教学内容的改革。实验课程以一个完整电子产品为主线开展模块化、递进式、项目化实验，达到将一些零散孤立的知识点贯穿整个实验过程的目的，通过这种方式，帮助学生学习和理解模拟电子技术理论基础知识，建立系统的概念，培养学生工程意识、动手能力和创新能力。整个实验过程是一个电子产品的设计调试过程，调动了学生在实验教学中的积极性，有助于其主体地位的发挥，从而提高学生分析问题、解决问题的能力。

将模拟电子技术实验课程的教学内容进行项目化设计[8]，关键是设计一个包含模拟电子技术课程关键知识点并具有实际应用价值的电子工程项目(电子产品)。该电子工程项目应包含基本放大电路、负反馈放大电路、集成运放构成的运算放大电路、各种比较器、各种波形发生器及直流电源的关键知识点。实验中，将该电子工程项目分解为6或7个单元模块(单元电路)，并将实验的关键知识点分配到单元电路；单元电路的设计要可以衔接并有一定梯度，一个单元电路为一个实验项目；在完成各个单元电路实验的基础上，将相关单元电路进行组合联调，实现项目功能。

经过项目化设计的实验教学内容包括：常用仪器仪表的使用模块、项目功能单元模块设计和制作模块(6或7个)、电子工程项目安装联调模块等。图 1为模拟电子技术项目化实验教学整体设计方案。

图1 模拟电子技术项目化实验教学整体设计方案

2.2 教学内容设计

我们将理论课程、传统的实验项目及其他教学资源进行对比分析，选择恒温控制器设计制作、压力控制器设计制作等电子工程项目作为实验主体内容，以恒温控制器为例，将其分解为5个实验模块，分别是：电压跟随器、运算放大电路、比较器、波形发生电路、直流稳压电源及继电器驱动电路。其中的部分内容并非恒温控制器功能必须，而是为涵盖课程重要知识点专门设计。例如：波形发生电路在实际恒温控制器中并不需要，但因其是模拟电路中的一个关键知识点而刻意植入，其在电路中可完成一个超限报警功能。

实验内容确定后，分8次实验课(每次3学时)实施，分别为：实验1，常用仪器仪表的使用；实验2，射极跟随器及继电器驱动电路(模块1)；实验3，晶体管构成的负反馈放大电路；实验4，集成运放构成的运算放大电路(模块2)；实验5，集成运放构成的比较器(模块3)；实验6，波形发生电路(模块4)；实验7，直流稳压电源(模块5)；实验8，恒温控制器安装联调。实验教学始终围绕电子产品的设计制作进行，贯穿整个实验过程。

3 模拟电子技术实验教学方法

本实验中各实验模块的设计是有梯度和分层次的[9]，可分为基础层实验(实验1、2)、功能层实验(实验3～7)、应用层实验(实验8)3个层次。在教学过程中，不同层次的实验项目的教学方法和教学要求不同。

基础层试验的主要目的是为了让学生熟悉相关实验教学仪器设备的使用方法，掌握基本测量方法，通过验证相关理论的真实性掌握相应的知识点。具体做法是，使用毫伏表、示波器、信号发生器调整并测量给定的多组信号参数，通过反复调整测量达到熟悉仪器仪表使用的目的；在验证性实验部分，要求学生按照电路原理图完成电路的连接，然后加上各种信号进行调试，一方面验证了理论的真实性，另一方面也熟悉了相关电路的主要技术指标，初步培养学生的工程意识。

功能层实验要求学生能够完成某种电路功能的电路，例如比例运算放大电路，将小信号按要求进行放大。在这个实验环节中，首先由教师讲解电路原理，器件参数选择一般原则，然后给出实验要求(例如，放大倍数等)，学生根据理论计算结果结合器件参数选择原则选择部分器件(例如，反馈电阻等)，最后学生根据电路图将已选器件和给定器件进行连接，电路连接后再进行通电调试。在实验中，改革用统一的实验器件连接实验电路、测量数据、验证理论计算就能完成实验的做法[10]，鼓励学生自己选择实验器件及其参数[11]，培养学生独立思考、设计和综合调试的能力。

应用层实验是在已完成基础层实验和功能层实验的基础上进行的。实验中，将功能层实验的各模块进行组合，逐一安装并连接各功能模块，拟定联调实验方案，完成整体调试，实现恒温控制器的所有设计功能。应用层实验注重培养学生的系统观，提高学生分析问题解决复杂工程问题的能力。

4 实验教学手段改革

实验能否达到预期目的，一定程度上取决于实验前的准备工作是否充分[12]。在实验前，要求学生对实验内容进行预习，预习内容主要包括：与实验内容相关电子工程案例、电路原理、参数设计、常用电子元器件参数。为了方便学生预习，使用网络教学是很好的教学手段。教学网站上模拟电子技术在线课程及模拟电子技术仿真实验平台对学生有很大的帮助，教师收集的电子工程案例资源、相关规范和标准、常用电子元器件参数、题库资料等，也能为学生提供有力的支持。

实验报告是学生通过实验将原理、步骤、数据、波形等进行汇总的过程[13]，按工程教育专业认证毕业要求指标点[12]的要求强化数据分析及实验结论部分，要求根据实验数据分析实验结果，结合理论知识解释实验数据，合理有效的推断实验结论。这部分内容作为实验报告评分的重要依据。

在模拟电子技术实验教学大纲中，修订了评分办法及考核标准，采取更科学的实验实习考核方法，客观地反映学生的实际水平；重视预习成绩，将网络实验预习成绩纳入考核[14-15]，网络实验预习成绩的比例占15%以上；以实验操作为主，重在学生实践过程操作能力的考核。

5 改革效果

模拟电子技术实验教学改革取得了一定的成效，学生学习模拟电子技术的兴趣和积极性有所提高。改革前，学生一般只要按照实验教材要求的操作步骤进行操作就可以完成实验，实验中主要的问题是设备和连线的问题，学生较少有机会涉及参数设计等问题，对实验单元电路在具体产品中的作用也不了解，很多学生只是为了学分勉强完成实验，学生学习兴趣普遍不浓，教改后，让学生参与到整个电子产品的设计制作过程，相当一部分学生对实验表现出了不同程度的兴趣，一些同学不仅按要求完成了实验，还开动脑筋在原电路的基础上进行一些拓展实验，为了增加动手机会，不少学生还主动要求进实验室参加各种科研活动，近年来，有32位同学申请进实验室，通过选拔后目前有12位比较优秀且有一定创新能力的同学留在实验室进行各种科研活动，大部分学生的学习态度变得更加积极主动，一些在课内未完成实验的同学主动要求在课余时间补做实验，这是以前从未有过的。改革后模拟电子技术实验为学生参加后续的各种科技竞赛和科研活动打下了扎实基础，学生的动手能力、创新能力和解决电气工程领域复杂工程问题能力有了明显提高，近2年，参加过模拟电子实验的学生获电子设计大赛国家奖4项，省级一等奖5项、二等奖5项、三等奖13项。在实验预习方面，改革前，较少有学生进行实验预习，一些学生甚至不知道当天的实验内容。改革后，实验预习情况明显好转，实验前均能上交预习报告，模拟电子技术实验在线课程及模拟电子技术实验仿真实验平台的访问量达到了2万余人次。在实验报告方面，改革前，实验报告的主要内容是实验步骤、实验原理及实验数据，较少有学生进行实验分析，改革后，强化了实验数据分析及实验结论部分，学生通过分析实验数据推断实验结论，锻炼了分析问题和总结归纳的能力。

6 结 语

基于教育部“卓越工程师培养计划”项目和电气工程及其自动化等专业的工程教育专业认证(“华盛顿协议”)的要求，我校工程训练中心在教学内容、教学方法和教学手段等方面对模拟电子技术实验课程进行了系统的教学改革。该实验课程选择了一个完整电子产品为主线，开展模块化、递进式、项目化实验教学。改革取得积极成效，学生做实验的兴趣和热情有了较大提高，培养了学生主动学习的良好习惯，提升了学生的动手能力、创新能力和解决电气工程领域复杂工程问题能力。当然，工程教育质量的提高是一个持续改进的过程，本课程在教学内容的进一步优化，实验方案设计中学生自主性的发挥方面仍有提升空间。

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The Reform and Practice in the Experiment of Analog Electronic Technology by Project Teaching

DUANFubin,ZHUJianhua

(The Engineering Training Center, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China)

For most of the complicated knowledge is scattered independently, so it’s difficult for students to associated them with a specific application circuit in analog electronic technology experiment. According to the requirements of “Cultivation of Outstanding Engineer” and the professional certification, the goal of engineering ability training is presented, based on project teaching method which projects are treated as the main line, to carry out analog electronic technology experiment. Focused on a complete electronic products, the modular, progressive and project oriented experiments are developed by dividing the electronic products into several experimental modules that contain the key knowledge points of analog electronic technology courses. And then the electronic products are made by assembling an experimental unit after the completion of all the experimental modules. A complete electronic products experimental teaching has positive significance for students establishing a system of concept, and developing the students' awareness of engineering, strengthening students' hands-on ability and innovation ability, and training students’ skills of solving complex engineering problem.

analog electronic technology experiment; project approach; experimental teaching reform

2016-10-13

浙江省高等教育课堂教学改革研究项目(KG2015269)

段福斌(1974-)，男，山东菏泽人，硕士，副教授，主要从事机电类实践教学改革的研究和管理工作。

Tel.:0571-85070753；E-mail: dfb@zust.edu.cn

G 642.423;TN 01

A

1006-7167(2017)06-0223-04