時間:2022-06-12 14:50:53
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電路與模擬電子技術,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
學生在學習電路與模擬電子技術過程中,存在理論知識較為抽象,實驗室中驗證性實驗不能貼切地和理論進行結合的問題,在實際教學中模擬電子技術成為專業基礎課中,學生學習起來困難較大,難以達到學以致用的一門課程,在這種教學形式下,本文對模擬電子技術理論知識部分和實驗部分重新進行整合,在教學過程中改變傳統教學模式,用項目驅動法進行教學,主要目的是調動學生學習積極性,進而解決模擬電子技術教學中存在的問題。
關鍵詞:
項目驅動式;模擬電子技術;教學設計;虛擬實訓系統;
《電路與模擬電子技術》課程是高職高專院校中物聯網技術、通信技術等專業課程中的一門專業基礎課程,是電子類相關專業后續課程的基礎,具有很強的理論性和實踐性。然而,在傳統的模擬電子技術教學中,分立元件及內部結構的講解是學生難以理解,存在理論知識較為抽象,驗證性實驗和理論學習脫節,因此,在實際教學活動中,模擬電子技術普遍成為專業課中學生最難學懂,更難達到學以致用效果的一門課程。
1電路與模擬電子技術課程特點及傳統教學弊端
電路與模擬電子技術課程的特點:第一,具有很強的工程性與實踐性。通過驗證性、設計性、綜合性的實驗,加強理論和實踐相結合;在實踐過程中要求掌握常用電子儀器的使用;掌握電子電路的實驗研究方法;培養學生查閱電子元器件產品手冊的能力,培養學生分析問題和解決問題的能力。為學生后續課程的學習打下重要基礎。第二,電路與模擬電子技術課程涉及的概念多,理論抽象,實踐性強。第三,學生在學習時感到困難,出現理論教學與實踐教學相分離,學生學完課程后,知識不知如何應用。電路與模擬電子技術傳統教學弊端:第一,注重理論分析,忽略工程性和實踐性;第二,傳統的教學內容陳舊,滯后于新器件、新技術的發展。此外,模擬電子技術課程的特點是學時少,內容覆蓋面廣,基本概念抽象,電路形式多樣且難懂等。學生在學完后,普遍反映入門難,知識得不到應用,造成學習效果差、學習積極性不高等現象。為此,對模擬電子技術課程教學內容進行了改革,采用項目驅動式教學方式進行教學。
2電路與模擬電子技術課程項目教學法設計思想
用項目教學法進行教學,改變傳統教學法中概念—原理—原件—應用的教學順序,重在強調器件外部特性,淡化器件內部工作原理,注重教學內容的實用性和工程性,從傳統的以教師為中心轉向以學生為中心,在講授知識點時實施項目為內容的教學模式。在實踐環節中實施多層次、立體化教學模式;理論教學和實踐教學有機結合,實現“教、學、做”一體化教學模式。基于項目驅動式的模擬電子技術課程的教學設計要做到:
2.1教學設計思路、教學內容必須以每一個教學項目為依托
項目驅動式教學是圍繞教學任務或單元,設計相應的一個個項目,在每一個知識點貫穿在整個項目中,以理論輔助實踐,實踐及時反饋理論學習效果的教學方式。以項目為載體的課程設計主要思想是:首先引入一個項目,介紹此項目的組成,圍繞此項目所用電子元件功能工作原理,不再講解元器件或集成電路的內部結構和特性,而更加注重外部特性、功能及其實際應用,學習利用外部電路分析電子器件,學生在學習過程中可以抓住重點,了解電路整體功能。以項目為載體的課程內容的組織安排如下:通過項目式教學,把難以理解的知識點串聯在一起,幫助學生掌握理論知識,并且在項目教學中,對教學內容進行整合,教學項目往往是從典型的職業工作任務中開發出來的,學生能夠通過一一個整體性的工作情景,掌握模擬電路的相關知識。
2.2在項目教學實施過程中必須以學生為主體
用項目教學驅動法進行教學的過程中,以項目作為載體,遵循學生的認知規律,按照由簡單到復雜,由單一到綜合的思路,學生作為主體參與教學的每個環節,把班上學生分成幾個學習小組,分工協作地完成一個項目中不同的任務,在教學中堅持以學生為中心,在教師的引導下,學生通過不斷探索和自主解決問題,自然而然地進行新知識點的學習,進行發現問題和解決問題能力的訓練。項目驅動教學貴在通過教師的激發和引導,貴在讓學生在“做”的過程中進行“學”。在“做”的過程中主動地發現問題并共同分析問題,根據需要并帶著問題主動去“學”,最終有效地解決問題同時獲得最有價值的知識,在此過程中也培養了學生的責任感和協作精神,體驗到個人與集體共同學習和收獲的成就感。基于項目驅動式教學的模擬電子技術教學新模式,突出了學生在教學過程中主體地位,這種教學方式有益于學生發揮自己的主動性和特長,肯定了學生對知識進行探求的行為,能夠有效培養和提高學生的各項能力
2.3項目驅動式教學中的教學方法要求多樣化的教學方式
(1)利用手機或平板電腦利用網絡資源對知識點進行預習
在課前給學生相應的網絡資源并且提出問題,要求學生在自主學習過程中帶著問題學習,為課堂教學做好準備。
(2)在智慧教室內利用智慧教室資源進行互動教學
智慧教室具有:①個性化教學功能;②多功能教學功能;③即時互動功能;④教育數據分析功能,用智慧教室更能調動學生的學習主動性和積極性。知識點的學習應該把握好理論教育的度,初期教學點到為止即可。在實踐應用中,通過學生自身的動手和動腦逐漸深入對理論的認知。這一過程有效地激發學生探索其未知的理論知識的興趣,有效地做到理論聯系實際。
(3)利用北郵模擬電路虛擬實訓系統進行電路搭建及測試,幫助學生對電路的理解。
(4)利用面包板及電路元件搭建電路,利用測量設備進行測量進一步加深對電路的理解。
(5)最后在模擬電路實訓室中對具體項目進行設計、焊接和調試,完成產品制作。
3學生成績評價方式
基于項目驅動式的模擬電子技術教學模式,學生成績考核依據是理論與實踐考核結合、實踐成果與過程并重的原則,考核包括平時過程性項目考核、實驗動手操作、專周實訓與期末筆試相結合。本課程考核總成績各考核項目及其分配比例如下表:
4結束語
在模擬電子技術課程教學中采用項目驅動教育模式,通過學生的主動參與、合作探究,使學生在完成整個項目的同時,完成全面的系統的知識的建構激發了學生的學習興趣,培養學生勤于思考的良好學習習慣,提高了學習效率。有利于培養學生個人專業能力、實踐能力和創新能力、團隊精神和溝通能力,提升學生將來實習及工作中的競爭力。
參考文獻
[1]華成英,童詩白.模擬電子技術基礎(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]蔡曉艷,肜瑤,王照平.模擬電子技術實驗教學改革的研究與探索[J].實驗室科學,2013.16(3):51-53.
[3]劉明潔.模擬電路虛擬實驗教學系統的研究與應用[D].北京:北京郵電大學,2010.
摘 要 電路與模擬電子技術是高職電類課程教學體系中的兩門基礎課,將“電路”與“模擬電子技術”這兩門課的基本特征和內在聯系相互貫通,改革教學方法,實現兩門課的貫通教學。從而加強兩門課的關聯性,降低學習難度,提高學生的學習興趣,提高教學效果。
關鍵詞 電路 模擬電子技術 貫通教學 關聯性 教學效果
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.043
Teaching of Vocational College "Circuit" and
"Analog Electronics" Two Courses
DENG Youlin, LIU Haimei
(Hu'nan Vocational Institute of Safety Technology, Changsha, Hu'nan 410151)
Abstract: Circuits and analog electronics is electrically Courses Higher Education System in two basic courses, the basic characteristics of "circuit" and "Analog Electronic Technology" course of two interconnected and internal relations, the reform of teaching methods to achieve two classes teaching. Thus enhancing the relevance of two classes, reducing the learning curve and improve students’ interest in learning, improve teaching effectiveness.
Keywords: circuit; analog electronics; teaching; relevance; teaching effectiveness
0 引言
“電路”是高職電類課程的第一門入門課,屬于專業基礎必修課,主要是引導學生認識電路,掌握與電路有關的基本理論知識和基本分析方法、分析能力等,從而為后續課程的學習打下堅實的基礎。“模擬電子技術”是“電路”的后續課程之一,是在掌握電路有關的基本知識和分析方法之后,學習電子技術的基本理論知識和技能,著重培養學生利用基礎知識解決實際問題的能力。這兩門課程的教學效果受到很多因素的影響,其中一個重要的因素是這兩門課之間的關聯程度和貫通教學。例如,“電路”中涉及到的疊加原理、兩大約束以及戴維南定理等內容,都是“模擬電子技術”課程需要掌握和經常用到的基礎理論和分析方法。
通過擔任這兩門課程的教學任務,并對教學效果進行對比的基礎上發現,大多數學生學習“模擬電子技術”課程感覺到很吃力,主要原因是沒有把這兩門課很好地銜接起來、實現融會貫通。如果在“電路”的教學過程中能夠將工程應用題中的非線性電路進行線性化這一思想提前傳授給同學們,那么,后續的“模擬電子技術”的學習就會輕松、容易很多,理解起來也就更簡單。將兩門課程的知識點進行銜接,在“電路”教學過程中,提前引入“模擬電子技術”中的電路模型,并引導同學們用“電路”中的基本原理和基本方法進行求解,這樣對后續“模擬電子技術”的學習起到很好的鋪墊作用。而在“模擬電子技術”中復習和強調“電路”教學內容中的基本知識和分析方法,實現這兩門課程的融會貫通和相互滲透、相互銜接。
2 優化和改革兩門課程的傳統教學方法
2.1 貫通教學,合理分配教學課時
課堂教學時間是有限的,如何讓學生在有限的時間內,理解和掌握一些相關的知識點,就需要教師抓住所講內容之間的聯系與銜接,相互滲透,采用鋪墊式和復習式的方法,對有關知識點進行綜合的講解和運用。“電路”和“模擬電子技術”中的許多知識點是有銜接關系的,“電路”的學習為“模擬電子技術”的學習打下了堅實的基礎,“模擬電子技術”的非線性電路的學習則需要運用到“電路”中的線性電路分析方法和基本原理。由于這兩門課之間的知識點聯系比較緊密,教師應該從多角度對相關知識進行綜合性的講解,以增加學生的理解能力和融會貫通能力。將這兩門課進行比較學習,增強學生對相互關聯知識點的印象,進而掌握相關知識點。
另外,由于“電路”與“模擬電子技術”是分別在一學期的上、下學期教學的,在課時分配方面,應該根據知識點的難易程度合理分配課時。由于電路中的基本概念、定律和分析方法這些內容在“大學物理”、“高等數學”等課程中有所涉及,屬于比較基礎的內容,理解和學習起來并不是那么費力。而“模擬電子技術”這門課的內容涉及了微觀粒子的運動、特性曲線以及工程中的近似等效等,對大多數學生來說知識點比較生疏,需要教師花費更多的時間去講解,將抽象的內容具體化,讓學生能夠充分地吸收消化。
因此,對于整體64學時的教學安排,這兩門課程比較合理的教學分配應該是“電路”24課時,“模擬電子技術”40課時。這樣,采取前緊后松的教學節奏,將容易理解和掌握的電路部分加快教學進度,進入到模擬電子技術部分就有更充足的時間進行詳細的、全面的講解。從而,使這兩門課的整體學習效果達到最佳。
2.2 因材施教,突出把握教學重點
“電路”與“模擬電子技術”涉及的內容較多,要求學生在有限的課堂時間中掌握好相關的知識點,教師必須利用好每一節課的教學時間,提高教學質量。因此,教師在授課過程中必須突出重點內容。在每一章節開始學習之前,都要梳理一下本章節的內容,將其劃分為“了解”、“理解”和“掌握”三個層次,并提前告訴學生哪些是本章的重難點內容,需要花費更多的時間去學習和鉆研。這樣,在實際教學過程中,對于只需了解的內容要提醒同學們提前自學,上課時無需花費過多的時間,對于需要理解和掌握的內容,則要重點講解。有了層次分明的學習計劃,學生學習起來也不會混亂,而是目的性強,目標清晰。例如,在講授放大電路分析時,由于時間的限制,可以重點介紹三極管放大電路及其分析,而將場效放大電路的分析作為自學的內容。這樣學生在學習時就目標明確,只需要掌握好三極管放大電路的理解和掌握上,將該部分內容學好了,就可以運用同樣的分析方法進行場效放大電路的分析。
2.3 活躍氛圍,增加教學的趣味性
“電路”與“模擬電子技術”作為專業技術基礎課,理論性較強,定理定律、公式和概念較多,如果采用傳統的教學方法,對于圖形圖表、原理圖、結構圖等理解起來有一定的難度,并且比較枯燥無味。這樣就會導致學生在學習過程中感覺到很吃力,逐漸喪失學習的積極性,產生厭學和抵觸心理,這種教學方式下的教學效果必然很差。因此,要加強課堂的趣味性,提高學生的學習熱情和積極性,可以采取鼓勵學生主動參與課堂教學,提高學生的主體能動性,也可以采用多媒體技術來豐富教學內容,增加教學的趣味性。
首先是提高學生學習的積極性,變被動為主動,從而提高教學質量。例如,在講到動態電路分析這一章時,只需介紹電容原件的一階零輸入響應、零狀態響應以及全狀態響應等的求解內容和分析方法,對于電感元件的類似內容就可以交給學生課下自學,下次課時要求同學們根據自學的結果,將有關內容講給大家聽,其他同學可以互相補充,自由發言。這樣,經過討論和思維碰撞,一方面增強了學習氛圍,激發了學生的學習積極性,另一方面也提高了教學質量,發揮了學生的主體參與性。
其次,可以采取多媒體技術進行課堂教學。通過生動有趣的、豐富多彩的、新穎的畫面、圖像和音效來展現教學內容,將靜態的圖像轉化成物體運動狀態的動態過程,增加學生對該內容的理解能力和學習興趣。從而展現出形象、生動、充滿趣味性的教學內容,激發學生的學習積極性和學習欲望,同時也提高了教學效果。
2.4 學以致用,加強實踐教學
理論只有密切聯系實際才會產生實際的作用,學生學習的最終目的也是為了學以致用。而傳統 “電路”和“模擬電子技術”的教學與實際生產實踐有一定的差距,他們更像是一門物理課,缺少實踐認識。例如,傳統的電路課中學完電阻后,對他的認識僅僅停留在電阻的矩形符號、歐姆定理及其計算方法,而對電阻的種類、容差及其與實際應用相關的概念一無所知,但這些知識恰好是實際的生產生活中用得最多、最重要的知識。
因此,需要增加實驗教學的比重,培養學生的動手能力和實踐認知,并將相關內容的實驗進行對比,培養綜合分析能力。同時,實驗的內容也要有重點、有層次,例如隨著電子技術的發展,大規模集成電路越來越受到重視,而這部分內容,在課程教學中只講到其理論部分的學習,而對解決實際器件的使用問題等較少涉及。
綜上所述,為了在教學過程中增加實踐教學的比例,可以在授課時引入生產生活中與此內容相關的知識,豐富學生的實踐認知和知識結構。例如,在講授電阻知識時,除了介紹歐姆定律和基爾霍夫定律之外,還可以擴充一些有關電阻種類、容差等在實際應用中經常會碰到的問題。并通過開展實習實踐或者課程實驗等方式,使學生能夠零距離地體會和掌握“電路”與“模擬電子技術”的理論基礎知識和實際應用問題。
3 教學成效
在教學過程中,在傳統教學方法的基礎上引入多媒體教學,增加教學的趣味性和豐富性,調動學生的積極性,避免以往理論知識學習的枯燥性,也加深了學生對相關知識的理解和掌握程度。另外,充分調動學生學習的主觀能動性,改變以往教師為主體的教學方法,從而促進師生之間的交流,增強教學效果。另一方面,將理論與實踐相結合,既加強了學生的動手能力,也增加了學生學習的積極性和主動性,學習成績得到明顯的提升。在理論知識掌握牢固的基礎上,鼓勵學生參加電子設計大賽等,也能培養他們的動手能力和解決實際問題的綜合能力,為以后的工作積累經驗。
4 結語
“電路”和“模擬電子技術”作為電子信息類專業的專業基礎課,體現了其專業性和基礎性。因此,教師在教學過程中也要關注其專業性和基礎性,將知識體系與當前的產業實踐整合在一起。通過在原有的理論知識基礎上引入實踐相關知識,還要在原有理論思維方式基礎上引入實踐相關的基礎知識,將這些知識點及其內在聯系以特定的方式講解出來,實現“電路”和“模擬電子技術”兩門課程的貫通教學。使學生在掌握電子元器件和電路工作原理的基礎上,培養工程思維模式,以適應未來生產實踐的需要。
參考文獻
[1] 趙冬梅,周波.“電路”與“模擬電子技術”兩門課程的銜接關系[J].電氣電子教學學報,2013(6).
[2] 楊曉敏.“電路與模擬電子技術”的課程改革研究與實踐[J].計算機時代,2013(9).
[3] 王玉菡,楊奕,徐勤,張杰.“電路與模擬電子技術”課程教學探討[J].中國電力教育,2012(12).
[4] 夏百戰,石世光.電路與模擬電子技術實驗課程教學改革與探索[J].電化教育研究,2010(4).
電子電路是計算機、通信與自動化等系統的硬件基礎,與工業生產和日常生活息息相關。隨著現代電子工程的發展,電路系統的復雜程度越來越高,系統規模越來越大,對電路系統的故障模擬技術與可靠性提出了更高要求。一旦電子電路發生故障,系統將無法正常工作。除了電路分析與電路設計,電路故障模擬與診斷技術也是電子技術領域重要的教學與研究重點。電路故障模擬與診斷技術不但能夠進行故障定位和故障排除,還能指導電路系統的設計與生產,幫助改進電路系統生產工藝與設計,從而全面保證電路系統的質量和性能。電子電路系統往往是由模擬電路與數字電路共同組成的綜合系統。有資料表明,雖然模擬電路在所有電路系統中僅占15%左右,但是由模擬電路故障導致的電路系統故障高達80%,模擬電路故障率高發降低了電路系統的整體可靠性。例如電阻是電路系統的最常用元件,但是電阻在電路工作時會發熱,容易出現阻值變化或燒毀等故障。電容由于老化或電解質泄漏而導致電容值下降或鼓包等故障。由于模擬電路在電路系統中具有不可替代性,模擬放大電路與模擬電源是所有電路系統必不可少的組成單元,模擬電路的安全性與穩定性對電子電路系統可靠性起著至關重要的作用,對模擬電子技術故障模擬技術進行深入研究很有必要。
一、模擬電路故障模擬實驗箱的要求
北京交通大學自2007年開始,遵循“興趣驅動、自主實驗、重在過程”的原則,培養大學生的創新意識、實踐能力和團隊精神,調動大學生學習的創造性和主動性,進行以解決問題為核心、以科研課題為依托的大學生創新性實驗計劃。“模擬電子技術故障模擬實驗箱的開發”作為一個北京交通大學大學生創新性實驗計劃題目,依托指導教師的科學研究課題,開展了模擬電路故障模擬與診斷技術的研究。本實驗課題需要學生掌握電路設計、PCB、系統焊接與調試、機械制作等多領域知識。實驗題目需要利用的資源包括計算機、PCB設計軟件、示波器、信號源、焊接工作臺、直流電源、鉆孔機、模擬電路實驗箱等。“模擬電子技術故障模擬實驗箱的開發”題目要求如下:制作一個教學和科研均可使用的模擬電路故障模擬實驗箱,實驗箱附帶方便插拔的常見模擬電路板(例如共射放大電路、電阻網絡、文世橋振蕩器或二階濾波器等)。自制實驗箱直流穩壓電源(+12V、-12V、+5V)和波形發生器。模擬電路板插入實驗箱后,借助實驗箱的固定插槽和電路板的固定腳,自動實現電路板的供電連接與信號輸入(若電路板需要特殊信號,可以在電路板預留插口以方便外接信號源)。每個模擬電路板選取最容易發生故障的元件進行故障模擬,使用者能夠自由選擇電路板和故障類型(可以通過撥碼開關控制故障元件)。每個電路板預留幾個關鍵節點插口,以供外接示波器或其他測量儀器觀察故障信息。要求實驗箱實物外觀精致,具有較強的實用性,能夠達到教學、科研和展覽等要求。該實驗計劃題目的創新特色在于:可以自由切換模擬電路板;自動實現電路板的供電連接和信號輸入;可以自由選擇故障元件和故障類型。
二、模擬電路故障模擬實驗箱的制作
模擬電路故障模擬實驗箱的外殼選用中小型實驗箱,然后自己進行改裝,需要鉆孔、安裝其他部件、噴涂文字標識等。實驗箱附帶幾塊方便插拔的常見模擬電路板,實驗板可以是模擬電路教學或研究中經常使用的常見模擬電路。實驗箱直流電源使用220V交流電,內部直流電源將220V交流電變為+12V、-12V和+5V等直流電。直流電源的功率和穩定性達到模擬電路板的使用要求。如果某模擬電路板需要使用正弦波或方波等波形作為輸入信號,實驗箱可以根據需求制作波形發生器。模擬電路故障模擬實驗箱在四個角預留可以插入模擬電路板的插槽,需要精心設計實驗箱的固定插孔和電路板的固定腳,從而實現模擬電路板的靈活插拔。實驗箱部分固定孔已經與直流電源連接,當模擬電路板插入實驗箱后,通過實驗箱的固定插槽和電路板的固定腳,自動實現電路板的供電連接或信號輸入。如果模擬電路比較特殊,也可以根據需要在模擬電路板上設計電源開關,通過開關控制是否供電或輸入信號。部分電路板電路圖。為了避免故障太多導致無法正常模擬采集數據,每個模擬電路板只選取幾個容易發生故障的元件進行故障模擬,故障元件可以根據理論、仿真和實踐經驗進行選擇。每個故障元件可以模擬多種故障。例如電阻可能出現阻值下降、阻值上升、短路、斷路等不同程度的故障。使用者能夠自由選擇電路板和故障類型,并使用外接儀器測量模擬電路的關鍵節點數據(節點電壓、信號頻率和波形質量等)。每個電路板預留幾個關鍵節點插口,以供外接示波器和其他儀器觀察故障信息。關鍵節點的選取需要經過理論推導和實驗驗證,保證這些節點的信息能夠直接反映模擬電路的工作狀態[8]。關鍵節點的數量需要不多不少,數量太多會導致數據量龐大,增加后來的故障診斷難度;關鍵節點太少會導致無法為故障診斷提供足夠的信息。模擬電路板由PCB設計完成,然后改裝與實驗箱匹配。
三、結束語
最終模擬電路故障模擬實驗箱的制作完成了設計要求,實驗箱實物外觀精美,內部構造完整,具有較強的實用性和工程性,能夠達到模擬電子技術理論教學與實驗教學的要求,達到了大學生創新性實驗計劃項目的實施效果。創新實驗激發了學生的創新思維和創新意識,提高了學生學習的積極性和動手能力,在項目實踐過程中逐漸學會了思考問題、解決問題的方法,小組成員得到了科學研究與發明創造的基本訓練。
作者:黃亮 侯建軍 馬慶龍 陳新 李趙紅 單位:北京交通大學 電子信息工程學院 國家電工電子實驗教學示范中心
對課程學時進行大幅度削減,保留了電路和模擬電子技術中必要的基本理論、基本知識和基本技能,同時刪除了與后續計算機和軟件工程專業關系不大的知識內容。例如,刪除了電路部分的網絡函數、二端口網絡及信號與系統的相關內容等,為計算機及軟件專業學習后續課程以及從事與專業有關的工程技術工作打下基礎。計算機相關新技術日新月異,發展速度極快,這樣的改革不僅為計算機類相關專業后續的專業課程提供課時空間,更重要的是提供了學生在校期間學習最新技術,培養創新能力的機會。
課程改革不能矯枉過正
經過課程改革,《電路電子技術》課程在計算機軟件專業應用了6年后,在2010—2011學年軟件專業從本身的專業方向考慮,取消了《電路電子技術》課程,而其后續課程《數字邏輯》予以保留,筆者對此表示質疑。下面從幾個方面表述觀點:
1軟件技術人才的局限
軟件工程是指開發、操作和維護軟件系統的規范和可度量的方法,由于軟件工程專業重點是培養工程技術人才,不同學校的專業培養可以有不同的側重。因此,軟件工程專業的課程規劃應強調工程性、實用性和系統性。培養目標的不同,將導致各學院在基礎課程設置和實踐重點方面的側重點不同。《電路電子技術》課程強調的是電路與電子技術基礎,注定其理論性強,但它又是學生遇到的第一門介于科學類和工程類之間的課程,且有廣闊的工程應用背景,是學生從理論學習到工程應用的過渡,將為他們今后從事工程技術工作打下堅實的基礎。軟件工程專業的課程規劃一方面應強調工程性、技術性、系統性、實用性、復合型和綜合性,另一方面也要充分強化基礎課程的學習。軟件工程學科發展迅速,從2011年起將其從計算機學科分離出來,成為一個一級學科,無論其發展過程如何,對于涉“電”專業而言,《電路原理》和《模擬電子技術》的基本理論是必不可少的專業技術基礎課程。
2課程設置缺乏系統性
《電路電子技術》曾經是計算機專業科學技術和軟件工程的共有理論基礎課,對計算機硬件的深入學習起著非常關鍵的作用,并且直接影響著后續課程的掌握,如《數字電子技術》、《計算機網絡》等。特別是軟件專業后續課程,如《數字邏輯》。數字邏輯是數字電路邏輯設計的簡稱,其內容是應用數字電路進行數字系統邏輯設計。電子數字計算機是由具有各種邏輯功能的邏輯部件組成,這些邏輯部件按其結構可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路是由與門、或門和非門等門電路組合形成的邏輯電路;時序邏輯電路是由觸發器和門電路組成的具有記憶能力的邏輯電路。有了組合邏輯電路和時序邏輯電路,再進行合理的設計和安排,就可以表示和實現邏輯代數的基本運算。而現代數字電路又是建立在晶體管基礎上的,所以《模擬電路》就成了《數字電路》的根基。模擬電子技術是一門研究對模擬信號進行處理的模擬電路的學科,它以半導體二極管、半導體三極管和場效應管為關鍵電子器件,包括功率放大電路、運算放大電路、反饋放大電路、信號運算與處理電路、信號產生電路、電源穩壓電路等研究方向。《模擬電子技術》的基礎又是《電路原理》,《電路原理》是電子信息類專業的必修課,是以分析電路中的電磁現象,研究電路的基本規律及電路的分析方法為主要內容。電路分析是在電路給定參數已知的條件下,通過求解電路中的電壓、電流而了解電網絡具有的特性。
在《數字邏輯》課程講解中,其內容滲透著電路和模擬電子的知識,例如,對數字邏輯中邏輯代數的講解,邏輯“0”和邏輯“1”的電路實現,是有具體的電位定義的,由三極管搭接的非門電路是要通過電路計算才能確定電路參數及正確的工作狀態。因此,沒有《電路理論》的基礎根本不懂電位的概念,當然更不會進行相關的電路計算,沒有《模擬電子技術》的基礎,就不懂三極管,當然也不會懂三極管的開關特性,沒有之前電路和電子知識的鋪墊,學生對該課程知識的理解和接受能力明顯受到影響。所以,《電路原理》和《模擬電子技術》對《數字邏輯》的重要性是不言而喻的,《電路原理》、《模擬電路》以及《數字電路》,應該是一系列不可分離的、完整的知識體系。
對學生就業的影響
當今社會科技發展迅猛,本科畢業生就業壓力加大,就業形勢不容樂觀。大眾化高等教育的結果之一就是畢業生劇增,就業分配會愈來愈難。學生必須全面提高自身的綜合素質,才能在社會激烈的競爭中立于不敗之地,這就要求我們堅持和加強素質教育。教學內容的改革最終必須要體現在以社會需求為指導確定教學內容,注重理論和實踐緊密結合,強調能力培養,注重教材內容的基礎性和科學性。對于應用型本科院校,應加強工程應用教學,軟件工程專業的教育目標定位于面向軟件產業培養高素質的工程型軟件實用人才。圍繞這一定位,軟件工程專業的高等教育應該圍繞大型軟件開發過程中的工程方法、關鍵技術和相關工具展開。在很多工程環境下,軟件工程畢業生,需要同時掌握必要的硬件基礎知識,才能對整個工程放眼全局,而《電路原理》和《模擬電子技術》是所有硬件知識的基礎課。
關鍵詞:多媒體技術;高職;模擬電子技術;課程教學
隨著計算機信息處理技術、網絡通訊技術、多媒體數字化技術的快速發展,傳統的教育觀念、教育思想、教學內容、教學模式、教學環境、教學方法、教學手段和教學管理等正在發生深刻的變革,其中對現代信息化教學技術的應用是諸多教育教學改革的重要組成部分。《模擬電子技術》作為高職院校電類專業的一門重要基礎課程,主要研究各種半導體器件的性能、電路及應用,是后續電類課程的理論和實踐基礎。然而,《模擬電子技術》課程概念抽象、非線性特性多、電子器件參數分散性大、工程應用性強,在傳統教學中,往往是教師講得通學生卻聽不懂,或學生聽懂了卻想不通。將現代信息化教學技術——多媒體技術應用到《模擬電子技術》課程教學,具有非常重要的現實意義。
高職《模擬電子技術》課程教學的特點
(一)概念抽象
該課程的概念和理論比較抽象,給教學帶來了較大困難。如pn結單向導電性、正弦波振蕩電路起振過程等,學生對這些概念和理論很難理解。為了使學生能夠較好地接受這些單調、枯燥的理論,課程教學中教師多采用啟發式、互動式、引例式、演練式等教學方法來加深學生的理解,但教學效果并不顯著。
(二)非線性特性多
模擬電路是由半導體二極管、三極管為主要器件組成的。二極管、三極管均具有非線性特性,因此,線性電路理論對于分析和設計模擬電路不適用,必須采用非線性電路的分析方法。傳統教學在這方面收效甚微。
(三)電子器件特性分散性大
電子器件的參數是特性的定量描述,也是實際工作中根據要求選用器件的主要依據。然而電子器件參數分散性較大,相應的特性分散性也較大,往往需要通過手冊查得,在實際電路中往往難以或是不需要精確計算輸出值。
要準確選取具有分散性的電子元器件,除了需要扎實的理論,還需要豐富的經驗。
(四)工程應用性強
在科學技術飛速發展的今天,模擬電子技術幾乎在所有的領域——科學研究、生產實踐、日常生活中無處不在。模擬電子技術工程應用十分廣泛,設計、應用一個模擬電路,即便是一個小型的應用電路,也是一項系統工程。
多媒體技術在教學中的優勢
(一)多媒體技術形象生動,容易激發學生的學習興趣
多媒體教學手段以靈活多變的教學方式,給學生提供鮮明、生動、清晰的感受,使學生感興趣。多媒體教學手段以大量視聽信息和高科技手段來沖擊學生的思維興奮點,可以極大地激發學生學習《模擬電子技術》課程的興趣,從而調動起學生的學習積極性。
(二)多媒體技術豐富課堂信息量,能大大提高教學效率
《模擬電子技術》課程的主要特點是合理利用視圖及表達方法表達各種元件及電路圖的結構及有關國家標準。為了收到較好的教學效果,教師往往在課堂上手繪各種電路圖。這個過程要占用許多授課時間,如果刻意減少繪圖,勢必會影響教學效果。而將多媒體技術應用到《模擬電子技術》課程教學中,制作電子教案、繪制電路、解答習題、做虛擬實驗、進行仿真應用,能極大地豐富課堂教學信息,從而提高課堂教學效率。
(三)多媒體技術便于理論聯系實際,有助于培養學生的動手能力
處于工作狀態的模擬電路看似平靜,實則正在發生量和質的深刻變化。這樣的過程,傳統教學手段根本無法在學生面前展示,學生的興趣點往往只停留在電路的輸出結果上,而忽視電路的實際工作原理和工作過程,不利于學生動手能力的培養。多媒體技術教學最大的優勢是可以將復雜模擬電路的工作過程形象化,使理論聯系實際。這對于促進學生實際操作、設計、應用模擬電路具有十分重要的意義。
多媒體技術在高職《模擬電子技術》課程教學中的應用
(一)使微觀世界和抽象概念直觀化
由于半導體內部的載流子是微觀粒子,看不見、摸不著,因此,在傳統教學中,學生對pn結形成過程的理解全靠想象,學生感到太抽象、難以接受,在短時間內很難透徹理解。
采用多媒體動畫教學,可將p型半導體與n型半導體內部的空穴與電子用不同的標識符形象地描繪出來,生動地演示pn結內部微觀粒子的運動。這樣,將學生帶入微觀世界,就可以讓學生去觀察和發現“奧秘”:擴散運動內建電場漂移運動擴散與漂移達到動態平衡,從而理解pn結的形成過程。
通過在pn結兩端加不同極性的電壓來破壞pn結原有的動態平衡,會使它呈現單向導電性。可利用多媒體動畫演示pn結加正向電壓處于導通狀態時,外加電壓的方向與內電場方向相反,使p區的多子空穴和n區的多子電子都推向空間電荷區pn結厚度變窄內電場削弱pn結原有的平衡被打破擴散運動大于漂移運動在外電源作用下,p區空穴不斷擴散到n區,n區的自由電子不斷地擴散到p區,從而形成了從p區流入n區的正向電流pn結正向導通。pn結反偏時的動態過程正好相反,少子漂移運動形成極小的反相飽和電流。這樣,就能使學生真切感受pn結的單向導電性,“親眼見到”在微觀世界里pn結如何正偏導電與反偏截止。
三極管與場效應管內部載流子的運動都可以用多媒體動畫形象生動地演示,將肉眼看不見的微觀世界載流子傳輸過程非常形象和直觀地展現出來,學生的學習效果會非常好。
(二)使非線性特性形象化
非線性電壓放大電路對低頻信號的放大作用是本課程的重點,是學生學習后續各章節的基礎,同時也是難點。許多學生很難在腦海中建立交直流共存的概念,尤其是對于非線性電路。為了使學生更好地理解交直流如何共存于一個非線性電路,最直觀的方法就是圖解法。
這種方法通過波形圖與非線性元器件的特性曲線來動態展示電路的電壓放大特性。先畫出只有直流信號作用下的共射極放大電路的直流通路,帶領學生分析僅在直流信號作用下流過三極管的靜態基級電流與靜態集電極電流的波形圖。然后在直流通路的基礎上,輸入與輸出端加上耦合電容,由輸入耦合電容將低頻交流小信號加在放大電路的輸入端。最后利用動畫效應給出輸入端交流小信號隨著時間的推移電壓ui波形的動態變動情況。此時,在交流信號的作用下,基級電流ib,集電極電流ic,集電極與發射極之間的電壓uce以及輸出電壓u0的波形,隨著ui的動態變化就生動形象地顯現在各支路與輸出端。動畫演示可采用慢放方式,使學生在波形的緩慢變化中看到輸入與輸出信號之間的動態關系與變動過程,以及ube與ib和uce與ic的非線性關系,由此即可形象展示交直流的共存現象。動畫展示時,信號波形的變化快慢以及信號的周期可以根據具體情況調整,啟發學生從中觀察輸入信號頻率變化對輸出信號的影響。
分析溫度、電路參數對靜態工作點的影響時,利用多媒體課件,可逐步展示隨著溫度與各電路參數的變化,靜態工作點逐步上移或下移的過程,以及工作點位置不當時,輸出信號波形出現的非線性失真。靜態工作點過高使放大管進入飽和區輸出波形出現飽和失真,過低使放大管進入截止區輸出波形出現截止失真,以及波形上半周或下半周出現畸變的情況,都可以用動態圖像形象地展示,進而取代書本上的靜止圖像。這樣,就能馬上吸引學生的目光,促使學生去思考。恰當地運用多媒體刺激學生的多種感官,不僅可以吸引學生的注意力,而且能有效地突出重點,突破難點。
(三)使電子器件參數分散性帶來的不必要復雜計算簡單化
電子器件的參數是特性的定量描述,也是實際工作中根據要求選用器件的主要依據。二極管參數分散性較大,在實際電路中難以精確計算輸出值。利用多媒體技術可以簡化因電子器件參數分散性帶來的不必要的復雜計算(有時復雜精確的計算對于電路分析也沒必要,只需知道局部電路的輸出值即可反映電路設計的有效性),從而直觀演示模擬電路的工作過程。
教師在講授直流穩壓電源內容時,傳統的教學方法是先介紹整流、濾波與穩壓的理論,然后再通過復雜數學計算與理論推導來求解負載上的輸出電壓值以及電壓脈動系數,最后通過實驗演示或實施分組實驗教學來驗證理論以提高教學效果。如果在這部分教學中輔以多媒體教學,對半波整流電路與橋式整流電路的整流效果、電容濾波與電感濾波的區別,電容c以及負載rl對濾波效果的影響(如圖1所示),均可以通過視頻動態鏡頭來展示。可通過慢放展現各種情況下的輸出電壓波形,引導學生對比波形的不同之處,讓學生根據過程演示推導出正確的結論,從而使學生自然而然地得出結論。這要比通過繁雜的數學理論推導得出結論更有說服力,更容易使學生牢記結論。
尤其是在實驗條件沒辦法滿足教學要求時,通過多媒體技術進行實驗演示,可以使學生通過觀察實驗過程和現象總結出規律或得出結論,有助于提高學生的學習積極性,提高學生的動手能力。不過要注意的是,多媒體課件所演示的實驗難以替代學生親自動手進行的真實實驗,若完全代替真實實驗,有可能會扼制學生活躍的思維和豐富的想象力。
(四)虛擬化工程應用實踐
對于振蕩電路的起振過程,傳統教學全靠學生想象,由于學生的知識水平和閱歷有限,對起振情景想象不出或想象不全,從而限制了他們對相關知識點的理解。多媒體技術在正弦波振蕩電路課堂教學中的應用卻能很好地解決這一難題。利用電路仿真軟件ewb或protel先搭建振蕩電路,接通電源后由虛擬示波器來測試振蕩信號的波形(如圖2所示),來模擬實現振蕩電路的起振與振蕩過程,不僅可以使學生深刻體會和理解振蕩的抽象理論,而且還可以間接地教會學生如何利用虛擬仿真軟件進行電路仿真,可謂一舉兩得。
正弦波振蕩電路的理論講授完成后,為了使學生能夠將所學理論知識運用到實踐中,加深對專業理論知識的理解,應帶領學生做一個信號發生器。但由于教學資源與教學條件受限,實現起來比較困難。在這種情況下,可以考慮利用虛擬技術來實現,帶領學生運用計算機技術與多媒體技術做一個虛擬信號發生器。在制作虛擬信號發生器的過程中,加深學生對振蕩電路的理解,從而掌握振蕩頻率與諧振電路元器件及諧振頻率之間的關系。
將多媒體技術應用于教學不僅可彌補有關理論教學、實踐教學環節的不足,而且可使仿真軟件與虛擬儀器的強大功能在教學領域獲得進一步應用。
多媒體輔助教學引入高職模擬電子技術課堂教學后,彌補了傳統教學的不足,優化了教學效果,不僅使枯燥乏味的理論變得形象生動,提高了學生的學習主觀能動性,也使得學生不再懼怕實驗與實訓,學會在實踐中去思考問題,從而提高動手能力。但多媒體技術的運用要恰到好處,不能取代教師的主導地位與學生的主體地位。巧用與妙用多媒體技術,才能使學生消除對本課程的畏難心理,真正激發學生學習電類專業課的興趣。
參考文獻:
[1]陳吉利,黃克斌,楊斌.多媒體技術在《模擬電子技術》課程教學中的應用[j].軟件導刊(教育技術),2009,(5):32-33.
關鍵詞:計算機仿真技術;電力電子電路;電力電子系統
中圖分類號:TP391.9 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 20-0000-01
就現階段而言,計算機技術已經滲入到各行業及領域當中。計算機仿真技術在電路與系統分析中的應用對電力電子技術領域相關產品的生產及技術的開發有著十分關鍵的作用,這是因為該技術的應用能提高電力電子領域技術人員的專業知識、提高電路設計的完善性以及改進相關產品的性能等。因此,文章將對計算機仿真技術的概念和應用進行介紹,并對該技術相關優化提出建議。
一、計算機仿真技術的簡介
計算機仿真技術是在現代信息技術的基礎上發展起來的一類綜合性技術,該技術綜合了原理相近的不同專業領域的多項技術,包括了信息技術、網絡技術、圖形及圖像處理技術、多媒體技術、軟件技術、數據分析處理技術、自動化技術以及系統工程技術等,其目的是對系統的設計方案和運行進行了解。計算機仿真技術具有涵蓋量廣、應用范圍大、自動集成化高等特點,目前常用的計算機仿真軟件有matlab、pspice、saber等[1]。
二、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中的應用
(一)電力電子電路及系統的簡介
電力電子電路系統主要由電力電子主線路、控制電路以及異步電動機等幾部分組成。其中,主線路包括了理想供電電源、受控供電電源、電力電子部件、電阻、互感電感器以及電容,控制電路包括了信號源、代數運算、快遞函數以及輸出等幾大模塊,異步電動機主要包括直流電動機及交流電動機。
(二)計算機仿真技術軟件的應用
單相boost功率因數矯正電路是電力電子領域的典型電路工作原理圖,現就pspice及Power System Blocksets兩種計算機仿真軟件在該電路中的應用做出闡述。
1.Pspice仿真軟件的應用
根據電路原理圖在Pspice軟件中建立仿真電路圖,并采用開放電壓環控制,對仿真電路波形進行繪制并分析,并根據分析結果對電流與電壓的跟蹤輸入情況進行判斷,最后對電路的功率因數進行校對。
2.Power System Blocksets仿真軟件的應用
在仿真軟件中建立電路系統模型,包括功率電路以及控制電路的模擬圖,使用雙閉環電路控制系統、內外環電壓環對電路進行調節與控制,得出仿真電路波形圖并繪制出來。根據所得出的仿真結果,對輸入電流量、輸入電壓量進行跟蹤分析,從而對功率因數進行矯正。
(三)幾種計算機仿真技術軟件的對比
就現階段而言,在電力電子相關領域中應用頻率較高、應用范圍較廣的計算機仿真軟件之一是Pspice,該仿真軟件實現了仿真電路與原電路理論設計圖緊密連接,基本上實現了電力電子電路的動態仿真和系統分析。由于該仿真軟件中的電路原件的建模特點與實際電路原件的特點相似程度較高,且該軟件的仿真電路波形與實際電路測量所得的結果誤差率較低,因此該仿真軟件在電力電子電路及系統分析中的應用對于電路的設計起到了指導性的作用。另一方面,由于該軟件的數據處理規模大并復雜,因此在實際應用過程中,該軟件的運行速度不高,對系統分析的效率造成了影響,從而阻礙了該軟件的進一步推廣。
除了Pspice之外,Power System Blocksets是一款在Matlab的Simulink圖形圖像處理基礎上建立起來的大規模計算機仿真軟件,該軟件使用方便,且基本上滿足了目前電力電子電路仿真的要求[2]。該軟件具有操作方便、數據分析效率高、處理精準、兼容性高等特點,現已經在電子電力領域得到廣泛應用,并逐漸代替Pspice軟件。
三、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中應用的優化建議
在使用計算機仿真軟件建立電力電子電路及系統模型時,由于各類仿真軟件的智能性和自動化程度高,因此在建模時只需要在建模窗口中加入所需要的板塊、調整好相關參數并接好線路即可。然而,在操作過程中應當注意以下幾方面問題,以提高仿真的準確程度。
首先,在電力電子線路連接過程中要注意線路連接的完整性。在線路連接完成后要注意各個連接部位箭頭的變化情況,當單箭頭轉變為加粗加黑的箭頭時,即為連接完成。
第二,避免供電電源以及變壓器短路。在供電電源與變壓器之間設置隔離裝置,注意各個部分的公共連接部位,防止短路,必要時可以采用接地模塊或總線模塊。
第三,關閉后臺窗口。在建立電子電力系統模型的過程中,要注意仿真軟件中是否有暫不使用的后臺窗口,包括輸入端子以及輸出端子,此時需要采用接地模塊及終止模塊分別對其進行關閉,以免仿真軟件發出警告提示或故障。
第四,對相關參數進行調節。由于電力電子系統的模型建立與實際電路存在的差距,因此在應用仿真軟件進行建模時要調節好相關參數,包括仿真的初始時間、仿真結束時間、仿真計算方式、仿真過程中誤差范圍、步長參數等。在對這些參數進行設定與調節時,要根據所需創建的電力電子系統模型而改變,以提高仿真結果的準確性。
四、結束語
綜上所述,計算機仿真技術是新時代科學技術發展的產物,將其應用于電力電子技術領域中能顯著提高電力電子電路的運行效率,并簡化電力電子系統的分析過程。
參考文獻:
[1]裴云慶,段雅莉,王兆安.電力電子系統的計算機仿真及參數優化算法[J].西安交通大學學報,2009,11(20):221-223.
【關鍵詞】電子技術 課程設計 教學改革
電子技術課程設計是繼“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程之后的重要實踐性環節,對培養電子信息類學生的實際動手能力和創新能力有著重要的作用。該課程的基本任務之一是鞏固和加深學生對“電路原理”“模擬電子技術”“數字電子技術”和“電子技術基礎實驗課”中所掌握的實驗技能,另一方面是培養和訓練學生的科研作風及在電子技術方面的實踐技能,提高學生綜合運用電子技術知識解決實際問題的能力和創新能力。
學生針對三位半數字萬用表,通過熟悉查找資料、設計電路、計算機仿真、安裝調試、性能分析與改進等環節,初步掌握常用電子產品的一般設計方法和步驟,體會電子產品的設計和調試過程,為以后的專業知識學習、綜合實習、畢業設計、從事生產和科研工作打下一定的專業基礎。
一、課程設計改革的目的
電子技術課程設計一般安排在大二下學期進行,考慮到該階段的學生已經具備一定的數字電路和模擬電路的基本知識,因此該課程要求學生設計并制作一個具有實用價值的電路[3]。這個階段的學生對于電路設計一般只有一個模糊的認識,工程意識淡薄,對電子元器件的實際功能和電子產品設計步驟沒有清晰的認識,工程實踐能力不強,缺乏開發、設計的創新能力與意識。在前期的電子類相關課程實驗中,大部分實驗的電路功能單一,只能夠簡單的、被動重復教師講授或者書本上面的理論,電路功能和生活中使用的實際電子產品的電路有一定的距離,學生的興趣得不到足夠的激發。在電子技術課程設計的教學過程中,我們通過引入實際實用電子產品三位半數字萬用表的設計與制作,可使學生加深對基礎理論知識的理解,掌握技術的關鍵點,培養動手能力、設計思維能力和創新能力,激發學生的學習興趣,提高學生綜合素質,尤其是對于提高大學生的工程素養具有重要的作用。因此該課程的改革對提高電子技術課程設計的教學質量,充實電子技術課程設計的教學實踐內容具有十分重要的現實意義。
二、課程設計改革的方法
在“電子線路課程設計”的具體實施過程中以實際實用電子產品三位半數字萬用表為核心,通過三位半數字萬用表各部分功能電路理論的講授,使學生對基于模數轉換芯片的三位半數字萬用表的工作原理有一個清晰的認識,同時,自主設計并制作一塊三位半數字萬用表,進而達到增強學生實踐能力、培養學生工程素養、激發學生對數字模擬電路設計應用的興趣。具體的教學改革方法包括以下四個方面:
1. 充實“電子技術課程設計”的實踐教學內容
近年來,隨著各專業課程體系改革的推進,專業培養計劃以及相應教學大綱的調整與修改,同時考慮到學生進行電子技術課程設計時的理論水平的局限性和后續單片機技術、DSP技術、EDA技術、嵌入式系統等其他電子技術課程的教學安排,我們在電子技術課程設計實踐教學內容的設計中,應該改變以往單一功能電路的設計,引入和現階段大學生水平相適應的實際電子產品的設計與制作,激發學生的學習興趣,培養學生動手解決實際問題的能力。
本實施過程中,我們通過引入實際實用電子產品三位半數字萬用表作為課程設計的主要內容,并編寫相應的配套“電子技術課程設計指導書”。主要內容涉及電壓(交直流)、電流(交直流)、電阻、電容、三極管、二極管等的測量電路的原理,雙積分A/D轉換器的應用,線性運放的應用,正弦波的生成電路,自動關機電路,LCD的驅動等。充分考慮到學生的知識結構,讓他們通過該課程的學習,加深數電、模電等基礎理論知識的理解與應用。
2. 改革“電子技術課程設計”的教學方法與教學手段,注重理論結合實際
在以往的課程設計中,部分學生學習興趣不高,存在混學分,完成任務的心態,對于實踐過程中涉及的電路原理,存在知其然,不知其所以然的問題。為了改變這種情況,在本次改革的實施中,我們制作了很多配套的多媒體教學課件,加強理論知識的講授,使學生在明白三位半數字萬用表各部分電路原理的基礎上,對各部分電路進行獨立焊接調試,并對調試好的電路進行測試,注重電路重點部分的輸出,并教會學生調試數字、模擬電路的基本方法;同時,通過改變部分電子元器件的參數,觀察該參數對數字萬用表精度的影響,進而加深學生對電路原理的理解。另外,指導教師還應該指導學生利用EDA電路設計仿真軟件,例如,Protel電路設計軟件,結合課程設計的內容,來拓展學生的知識面和電子產品設計能力,激發學生的學習興趣,增強教學的靈活性,使學生的工程素養得到提高。
3. 增加教學互動,引導并激發學生解決實際問題的興趣與能力
在“電子技術課程設計”的進行中,學生不可避免地會遇到各種實際問題,指導教師應該針對問題的難易程度,有針對性地指導學生課外去查閱相關資料,并積極地參與到學生解決問題的過程中去,及時糾正學生錯誤的解決問題的思路與方法。嚴格要求學生認真對設計過程中遇到的問題進行分析、反思和總結,發現并反思自己設計過程中的不足,找出努力的方向。另外,指導教師還應該組織對學生遇到的問題定期的進行總結與歸納,并整理成相應的“Q&A”文檔,通過課程電子郵件或課程主頁在網上,供學生學習與參考。
4. 注重軟件仿真與實際電路調試相結合
由于計算機軟件和硬件技術的飛速發展,在電子應用領域產生了很多成熟的開發與仿真軟件,例如EWB、ORCAD、PSPIC、Muhisim等。在本課程的理論講解階段,引入電路仿真,讓學生對電路的輸入輸出,以及電路參數對整個電路結構性能的影響有一個大體的了解,等學生焊接完成該部分電路后,實際測試電路的輸出,進而比較軟件仿真的輸出和實際測量之間的差距,分析其原因,并通過多次改變電路的參數和輸入的方式進行綜合分析,加深學生對電路的理解。尤其適當仿真軟件輸出和實際測試輸出出現較大的差距時,引導學生去查詢相關資料,分析該現象的原因,并形成相應的文檔,共享給所有的學生。在本課程改革選用的三位半數字萬用表的模擬電路部分尤其需要如此,特別是其中的電容測量電路,涉及正弦波的發送、放大、濾波等電路,這部分電路軟件仿真和實際輸出存在一定的差距,要著重引導學生去分析每一小塊電路出現誤差的原因,以及如何改進,還要讓學生學會判斷仿真輸出和實際輸出在什么樣的范圍內是合理的。
仿真軟件在理論分析方面具有強大的功能,而實物連線除了讓學生更熟悉元器件及其性能之外,更加讓學生對元器件的誤差以及因此可能引起的誤差或錯誤的原因產生更深的體會,這些都是在課本以及“電子技術實驗”等課程中不能收獲的。
結束語
通過實踐,我們發現這項教學改革效果十分明顯。教師們精心準備的題目引起了學生的極大興趣,可以將學生前期學習到的理論知識進行實踐,加深數字電路和模擬電路知識的理解,尤其是通過實際電子產品三位半數字萬用表的設計與制作,可以激發學生對實際遇到的問題的思考,提高學生的觀察能力和實際動手能力,進而增強學生的學習興趣;通過理論結合實際,培養學生的開拓性思維和創新意識,提高學生的綜合素質。
【參考文獻】
[1]粟田禾. 電子技術基礎課程設計的教學改革與實踐. 高職教育研究,2006(2).
[2]姚青梅等. 電子技術課程設計的教學改革與實踐. 天津工程師范學院學報,2006(4).
我認為只有立足于以學習者為主體,根據學習者的興趣、能力,將所學的單一電路與生活中的電子小產品電路原理相結合,因地制宜、開發出學習者感興趣的廉價易制的電子小制作項目,并完善相應的電路原理知識資料。然后在具體的學習過程中,一邊學習電路原理知識,一邊進行自制電子小制作來練習綜合實踐技能,這樣通過制作不但驗證了理論知識的科學性,還領會到了理論知識對實踐的指導性。隨著學習項目的逐步增多,將不斷制作的各種電子小制作合理的整合到一起,設計成一個學習實驗箱,并將相應的模塊電路進行延伸,能夠很好的激發和培養學員對電子技術知識綜合應用與自主開發的能力。這樣一來,學員在制作過程中不光學習了必要的電子技術理論知識,還掌握了必要的操作技能,為學員的后續發展奠定了良好的基礎。
1.萬用表的使用由于萬用表是一種可以測量多種電量,具有多種量程的便攜式儀表,是電學研究的必備工具。所以在這一項目的學習過程中,要立足于強化實際操作能力的培養,通過結合具體的實訓操作,提高學習的效果。具體可分解成常見電阻器的識讀、用萬用表測電阻、測交、直流電壓和直流電流、電橋的制作與測試等這幾項任務,穿插學一些電學量的基本概念和電路的基本原理知識。逐步將實際操作技能有機的與理論知識相結合。最后通過制作電橋這一任務,綜合性的將前面所學的測電阻、測電壓和測電流等相關理論和技能知識融合應用,達到理論、技能、實踐和拓展等全面的提高,逐步對萬用表的使用知識和相應測試技能進行綜合掌握。
2.電烙鐵的使用電子設備中使用大量的種類繁多的電子元器件,每個電子元器件都要牢固的焊接在電路板上,就必須保證每個焊點的質量。故而手工焊接技能是電子裝配和電子維修必備的技能,練好手工焊接技術是保證電子制作成功的必要條件。這對于一個從事電子技術工作的人員來說,一定要必須認真學習相關的焊接理論知識,掌握焊接要領,并能熟練地進行焊接操作。
3.裝配可調穩壓電源模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識可以認識電阻器、電容器、電位器、二極管、變壓器等電子元器件并進行測試。可以接觸到交流電路、變壓器的工作原理、整流電路的工作原理、濾波電路的工作原理以及穩壓電路的工作原理等。同時還認識了集成穩壓器的管腳功能,并根據電路進行組裝,在調試過程中學習用萬用表進行檢測電路。(3)功能說明電源部分是實驗箱各模塊電路總功率的提供者,為了能夠滿足各模塊不同的電源電壓需求,所以該電源輸出是1.5V~12V連續可調的直流穩壓電源;能夠保證專用數字電路5V直流穩壓電源的實驗要求,還能滿足差動式功率放大器雙12V直流固定電源的需要,也能輸出交流雙12V電源。在制作過程中能進一步綜合訓練用萬用表測電阻、測交、直流電壓、電流等技能,同時也能認識安全用電了解安全電壓的規定,熟悉安全接地的方法等實用的安全用電操作規程知識。
4.裝配音頻單管放大器模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識能夠接觸到電阻器、電容器、電容駐極體話筒、三極管等電子元器件,同時也可以接觸到共發射極基本放大電路及相關電路的工作原理。在裝配過程可以進一步掌握電阻器、電容器、三極管等基本電子元器件的識別與測試,特別是掌握電容駐極體話筒的測試,體驗單管放大電路放大作用。(3)功能說明這一模塊通過電容駐極體話筒將聲音變化轉變成電信號的變化,在電路中體現出電位變化,從而可以感受到怎樣將我們最熟悉的聲音信號轉變為變化的電信號,也進一步練習萬用表檢測電路。而且這個電路可與后面的光控延時電路組成生活中常見的聲光控延時開關,也可與LM386基本放大電路組成有趣的耳聾助聽器電路,還可與脈沖分配器電路組成聲控閃燈等多種電路,具有較大的拓展空間。
5.裝配模擬“知了”聲模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識能涉及到電阻器、電容器、三極管、發光二極管、揚聲器等電子元器件的相關知識。學習多諧振蕩器和自激振蕩器電路的工作原理,同時認識三極管的截止、放大和飽和三種工作狀態的轉換,并感受振蕩器頻率變化與音調的關系。在裝配過程中可以進一步掌握電阻器、電容器、三極管等基本電子器件的識別與測試,特別是掌握發光二極管和揚聲器極性的測試。(3)功能說明通過制作與調試能體會到多諧振蕩器的工作原理,感受音頻振蕩器的振蕩頻率與各工作點電平的關系,并練習用萬用表測各點的電位,結合發光二級管的閃亮和萬用表電壓檔指針的擺動可以直觀的體會相關電量知識。這個模塊電路還可延伸到機動車轉向閃光指示燈、變音警笛、會眨眼睛的小兔子等許多趣味制作領域,而且簡單易制,很容易實現。
6.裝配助聽器模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識所涉及的電子元器件有:電阻器、電容器、電位器、集成功率放大電路、揚聲器等。同時能夠了解到基本放大電路的組成以及非線性失真的產生,區分放大電路輸入、輸出電阻和多級放大的概念,體會音頻放大電路的頻率特性。在裝配過程中能初步訓練電路分析的方法,對有潛能的學員還可訓練PCB板的設計與制作,循序漸進的上升到電子產品裝配與調試的綜合技能訓練。(3)功能說明裝配的這一模塊電路可與音頻單管放大器配合組成耳聾助聽器電路,體會高倍數放大器電路的特性。靈活掌握后可在維修多級音頻放大電路時,進行檢測音頻信號的傳輸途徑,準確判斷故障的部位。
7.裝配TDA2822小功放模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識能夠涉及到電阻器、電容器、電位器、小功率放大集成塊、揚聲器等電子元器件,同時進一步理解音頻放大電路的原理,理解差動式互補功率放大電路的組成,并理解反饋的概念,認識負反饋對放大電路性能的影響,從而知道幾種反饋電路的形式和作用。在裝配過程中掌握電路分析的方法,跟進一步練習PCB板的設計與制作技能,也綜合練習電子產品的裝配技能。(3)功能說明這個模塊制作主要是認識比較流行的低電壓小功率音頻放大集成電路—TDA2822的使用、集成塊的安裝最好設計成插座式,這樣可方便的檢測TDA2822的好壞,積累音頻小功放的維修經驗。
8.裝配TDA2030雙聲道功率放大器模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識同樣能夠涉及電阻器、電容器、電位器、集成功率放大電路、揚聲器等常用電子元器件。更進一步理解音頻功率放大器的組成,知道電路的類型,理解功率放大器的工作原理,了解常用集成功率放大器TDA2030的管腳排列和典型應用。在裝配中練習正確連接功率放大電路,正確使用萬用表測電路靜態工作點,逐步上升到用示波器觀察輸入、輸出信號波形。(3)功能說明可以綜合認識音頻放大電路中輸入、輸出、高、中、低音調控制電路的原理,特別是掌握雙電源供電,差動式輸出的電路結構和檢測技能,了解當今比較流行的高品質桌面音箱的構造和電路組成。
9.裝配555時基振蕩器模塊(1)電路原理圖塊(2)所涵蓋的知識除了涉及到電阻器、電容器、發光二極管等常用電子元器件外,還能接觸到應用范圍很廣的555時基集成塊。從而掌握數字電路的基本概念,熟悉常用的555集成門電路,了解RC定時電路對振蕩頻率的影響。逐步培養分析常用數字電路的邏輯功能,利用數字器件制作簡單電路的能力。(3)功能說明通過該電路的制作,認識數字電路中脈沖的產生,特別是555的廣泛應用,可與脈沖分配器共同組成十路循環彩燈控制器電路。
10.裝配觸摸式警報器模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識在前面基礎上又增加了CMOS音樂芯片的應用,旨在進一步掌握數字電路的基本原理,同時熟悉常用的555集成門電路,并學習CMOS音樂芯片的連接。在裝配中綜合練習設計簡單邏輯電路及利用數字器件進行電子小制作,并鞏固焊接與調試等方面的技能。(3)功能說明將模擬電路與數字電路相結合,學習一些簡單報警器的工作原理,這個電路也可改成觸摸式門鈴或感應式開關等電路。
11.裝配聲光控延時開關模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識這一模塊電路新接觸到了晶閘管、穩壓管、光敏電阻、電容駐極體話筒等電子元器件,通過應用來掌握這些器件的檢測技能。在電路原理的學習過程中綜合掌握“與、或、非”邏輯功能,熟悉其邏輯符號、真值表和表達式,并了解TTL門電路的結構、的引腳排列及使用注意事項。(3)功能說明這一模塊進一步將模擬電路與數字電路結合起來,認識生活中常用的各類延時開關電路的工作原理,裝配過程中通過改變定時元件體會延時時間與R、C器件數值的關系。這個電路還可延伸到觸摸延時電路、紅外感應延時電路等多種場合。12.裝配脈沖分配器模塊(1)電路原理圖(2)所涵蓋的知識這一模塊主要是通過認識CD4017十進制脈沖計數集成塊的工作原理來體會時序邏輯電路,綜合學習各種常用集成門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、D/A與A/D轉換電路原理、符號、邏輯功能分析及其使用方法。(3)功能說明這個模塊可與555時基振蕩器模塊相結合組成十進制脈沖計數器,也可與音頻單管放大器組成聲控閃光燈電路。
【關鍵詞】實踐應用 數字電子技術 發展
隨著社會的發展,電子技術的數字化可以說是電子技術實踐應用的未來。快速發展的科技以及巨大的市場需求使得數字電子技術得到了飛躍的發展,人們在社會的方方面面都可以看到它的身影,為數字化信息社會的建立做出了巨大的貢獻。通過研究數字電子技術的實踐應用,從而可以完善數字電子技術的未來發展路徑。
1 數字電子技術的實踐應用
1.1 數字電子技術在雷達接收機上的實踐應用
雷達接收機作為一種電子設備在精度上要求非常的高,尤其是在抗干擾能力方面的要求非常的嚴格,而以前的電子技術在這方面無法滿足這一點,使得這個問題一直困擾著研究人員。而數字電子技術的出現和不斷完善很好地改變了這種現狀。目前大部分雷達接收機安裝的都是模擬接收機,然而這種電子設備遲鈍的反應能力在工作方面根本無法滿足要求,然而在雷達上安裝數字電子技術的數字接收機,將會擴大雷達的工作頻率,甚至可以將雷達的靈敏度提高。而且,雷達中的抑制混合電路以及低噪音放大器等技術也可以通過數字化電子技術開發出來,從而將雷達的功能做到進一步的提升。
1.2 數字電子技術在USB總線微波功率計的實踐應用
將數字電子技術與相關的軟件設計相結合就是USB總線微波功率計,其作為一種光電傳感器既可以采集微波功率的信號也可以對微波功率的信號進行傳輸。用了數字電子技術的USB總線微波功率計就是通過功率探測器對微波功率信號進行采集以后,向微信號檢測電路芯片傳遞這些信號,在此之前微信號檢測電路芯片已經對程序進行了抄寫,隨后由該芯片將噪音去掉、對差值進行求取等等步驟,等到信號數據修改了固件以后將這些已經處理好的數據信息向上位機傳送,這些信息的傳送需要鏈路進行,最終通過上位機分析處理接收到的數據信息。USB總線微波功率計運用了數字電子技術以后將會縮小其體積,而且還會提高測量的精度以及更加方便進行系統的操作,甚至還可以與個人計算機進行數據的交換和收發,其優勢特別的明顯。
1.3 數字電子技術在網絡中的實踐應用
網絡的出現徹底改變了人們的生活方式,網絡已經徹底深入到人們生活的各個角落,而數字電子技術通過網絡這一催化劑得到了飛躍的發展。在網絡中數字電子技術的實踐應用的未來非常令人向往。
在網絡中相比于別的信號,數字信號的優勢非常的突出,其能夠將計算機設備的抗干擾能力進行提升,將計算機設備的存儲能力進行提升,甚至更加方便、快速、安全地進行信號傳輸。數字電子技術已經成為了設備集成化和綜合數字化的集合體,數字電子技術結合網絡技術將會使得社會的方方面面連接在一起,這種結合也徹底地改變了人們的生活方式與生產方式,人們生活中對網絡信息運用數字電子技術進行處理已經成為了一種習慣。比如:
(1)對網絡展開信號處理機制,最有效的就是運用數字電子技術處理網絡展開的信號,而且在這個過程中還能夠加密其中相關的重要信息,強化其抗干擾能力和存儲能力。同時,數字信號中包含二進制,其優勢可以說是非常的明顯。
(2)數字化處理信號。在數字化處理信號的過程中需要進行抽樣、量化和編碼,這個過程必須進行。在這個過程中抽樣就是將相關的模擬信號在實踐中進行離散,而量化就是劃分信號的連續取值為離散取值,這個離散取值是有限的,這個過程需要在編碼數字或者對象以前提前對所用的方式進行設計。在衛星通道和電纜電路上也可以傳輸通過這種方式得到的數字信號。
(3)處理網絡信息。在網絡中應用數字電子技術處理信息將能夠對信息的處理效率進行提升,對傳輸能力進行強化,而且還可以加快信號轉變成數字信號的能力,從而實現高效率的網絡信息處理。
2 數字電子技術的未來發展
數字電子技術可分為數字電子技術和模擬電子技術,是當前社會發展最快的學科,在市場需求的影響下,數字電子技術發展越來越成熟,實現了信息產業化升級,這是數字電子技術順應市場需求、提升專業化發展的表現。近年來,數字電子技術隨著信息化時代的快速發展被社會賦予了更高的要求,其在這種狀況下必須與時展同步,通過不斷地改進與創新來與市場的發展需求相適應。
電子技術領域的數字化就是科技發展的未來,這也是電子技術跟上時代步伐唯一的出路。電子產品隨著科技的日新月異不停地在更新換代,比如,目前深亞微米已經成為了半導體工藝的最高水平,在這個過程中芯片的高度集成與數據傳輸位數也在增加。再如,數字電子技術的優化發展在開關電壓調節器、D類音頻功率放大器中被廣泛的應用,這也是數字電子技術與模擬電子技術結合的產物。類似的,未來的信息時代蘊含數字電子技術的科技產品也會也來越多,將進一步促進數字電子技術的未來發展。
3 結語
數字電子技術在信息技術的帶動下影響著人們的日常生活。隨著社會的發展,電子技術的數字化可以說是電子技術實踐與應用的未來。快速發展的科技以及巨大的市場需求使得數字電子技術得到了飛躍的發展,以此為基礎,數字電子技術需要緊跟時代的步伐,不斷地改進和創新,才會在未來電子產品數字化發展進程中做出更大的貢獻。
參考文獻
[1]蓋曉晶.淺談高等職業教育中“數字電子技術”課程建設[J].吉林省經濟管理干部學院學報,2013(04):83-85.
[2]王文新.數字電子技術在網絡中的應用研究[J].信息安全與技術,2013(07):81-83
[3]張杰,宋領S.淺談數字電子技術的應用與發展[J].科技致富向導,2012(35):71.
[4]吳霞,沈小麗,李敏,施閣.基于網絡環境下的“電路與電子技術實驗”改革[J].電氣電子教學學報,2010(S2):182-185.
電子信息技術的迅猛發展,使得從事電子工程方向的人員要掌握更多、更新的專業知識。為了適應這種變化,高校如何在有限的總課時內將最核心、最有用的知識傳授給學生,單純靠增加新的專業課程是不能夠解決問題的。因此,本文依據海口經濟學院電子信息工程專業的教學現狀,構建相應課程群體系,并進行實踐探討。
1 課程群的專業內涵
課程群是指內容聯系緊密、內在邏輯性強、屬于同一培養范疇的一類課程,課程群作為一種新的教學管理體系,打破了課程內容的歸屬性,弱化課程的獨立性,強化課程之間的親和性,使它們在一個更高的層面上連貫起來[1]。
2 電子信息工程專業課程群建設目標
從企業崗位需求的角度,結合民辦本科院校以培養應用型、創新型人才為主的指導思想,研究海口經濟學院電子信息工程專業的課程群建設,提出相應具體的改革措施。
課程群建設依據以下幾點原則:
1) 明確課程群建設目標,合理進行課程內容的實施與分配,注重實踐技能的培養,強化內容的融合、關聯和交叉;
2)加強實踐類課程群的建設,注重培養學生實踐技能和綜合素質;
3)從企業需求的人才和專業發展出發,設計更符合社會需要的課程群。
3 我校電子信息專業課程群建設
3.1 理論課程群的改革
通過將課程群里的課程內容進行分解和融合,在整體上進行優化,實現對教學資源的統一協調。因此學生培養計劃、教學大綱應根據調整后的要求進行重新編寫。
3.1.1 電子技術類課程群
電子技術類課程群的知識結構是以電路分析為基礎,要求學生掌握常用的電路元件,熟悉常見的電路模型,能夠熟練應用電路分析的基本方法分析基本電路。對基本、實用的模擬電路與數字電路進行分析和設計,使學生掌握電子電路的基本工作原理和分析與設計方法 [2] 。我校把《電路分析》《模擬電子技術》《數字邏輯電路》三門課程合并成一門《電路與電子技術》,分成2個學期教授,在數字電子技術課程中引入 EDA 的內容,將EDA和 數字電路有機地結合起來。課程中各門課程中的內容進行融合,精簡課時。比如不再講授一階電路的沖擊響應、拉普拉斯變換,加強講解一階電路時域和頻域特性,以及穩態和瞬態特性。模擬部分不再講授數字部分 “門電路”和“A/D、D/A 變換”等內容。
3.1.2 信號處理類課程群
信號處理類課程群中的各門課程在教學安排上時間前后連接,在內容方面相承前啟后,逐步深入。《信號與系統》是信號處理、分析的基礎,是《數字信號處理》重要的先導課程,內容包括連續時間信號和離散時間信號,以及線性時不變系統的基本理論和分析方法;《數字信號處理》 則是在《信號與系統》的基礎上學習DFT(離散傅里葉變換)、FFT (快速傅里葉變換)、FIR和 IIR(數字濾波器)設計等數字信號處理的方法,是《DSP 原理與應用》的先修課程[3]。《DSP 原理與應用》可以編程實現《數字信號處理》的基本理論,主要涉及 DSP的軟硬件設計、應用系統的開發方法。
例如在《信號與系統》課程中包含離散時間信號的時域分析和變換,那么在數字信號處理課程中就可以適當刪減。如果在《信號與系統》課程中講過了Z變換,那么在《數字信號處理》中可以簡單復習,而加強濾波器設計內容的講解,同時在《數字信號處理》課程中對信號處理基本理論也是簡單回顧,不再花課時講解。重點介紹在實際應用中的使用,減少復雜公式的推導,以理解概念、定性分析為主,突出MATLAB軟件仿真和DSP硬件的實現。
3.2 課程群實踐教學環節的改革
實驗教學內容需要與理論教學內容緊密結合,更需要盡可能地鍛煉學生分析問題、解決問題的思維和能力。因此,在開設基礎實驗的基礎上,增加綜合設計環節,對學生開放實驗室,激發學生進行自主學習。在課程群課程體系和教學內容改革的基礎上,構建層次實踐教學新體系。
3.3 課程資源的網絡化建設
“網絡化時代的到來必然會引起教學的變革,變革的趨勢是學生自主學習將加強,學生對教師的依賴將降低” [4]。因此,課程群建設要為學生留有自主的學習空間,進行教學資源網絡化建設。每類課程群所涉及的課程教學大綱、進度表、教案、課件、授課錄像等教學資源逐步實現上網。部分課程已經建立網上試題庫、試卷庫,進行教考分離,建立網絡交互型高校電子信息類虛擬實驗平臺,教師與學生能夠在網上互動答疑。課程群建設最大限度地實現了教學資源的共享化。
3.4 課程群的教學團隊建設
課程群教師隊伍由“課程負責人 + 骨干教師 + 任課教師”組成,在課程群背景下,應以科學發展觀作為教學指導來建立教學團隊與教學骨干,我們的教學團隊是以雙師型為主的“工程型”教學團隊,多人有企業工作的經歷。通過教學骨干培養對教學資源進行高效開發,并對教學內容及方法進行改革,以此促進教學團隊間的教學研討及經驗交流。
注重以老帶新,采用多種多樣的師資培養模式,形成老、中、青相結合的教學科研隊伍,比如選派青年教師到企業掛職鍛煉,學習新知識、掌握新技術,掛職結束后進行嚴格的答辯。教學骨干每年都有機會到國內外做訪問學者和到重點院校進修。組織專業教師參加學術會議、專業技能培訓等活動,以提高科研與學術水平。鼓勵教師參加國家、省、市級科研項目的申報,以科研促進教師教學水平的提高。
以教師在科學研究方面的相關科研成果作為確立教學團隊中教學骨干的激勵機制,有海口經濟學院科研資助與教學科研獎勵辦法,比如針對省級期刊、核心期刊、檢索期刊的論文有不同程度的資金獎勵。并進行科研工作量按學時計量的方式對教師進行獎勵和督促。
關鍵詞:電工電子技術 課程教學 教學改革 教學效果
一、前言
隨著高校今年來人才培養模式的不斷創新和改革,高校的的教學過程也更偏重于對學生創新精神和實踐能力的培養,都是旨在培養企業所需要的新復合型人才而努力。而創新型人才培養是要同時具有開拓創新、團結協作、獨立分析問題和解決問題的能力,機械類專業《電工電子技術》課程是非電專業的一門技術基礎課,其中電路部分又是《電工電子技術》的入門課程。電路部分的內容是以電路理論為基礎,電路分析為重點,電路應用為目的。
二、《電工電子技術》課程的教學現狀
教學效果是整個教學過程的終端反映。目前,國內許多高校的教學中重知識輕能力培養的觀念尚未根本改變,電工電子課程教學面臨著許多問題:
1、學生學習態度不端正
對于現在的90后大學生,那種傳統地“重理論輕實踐”教學思想已經不再適應他們了。這批年輕人的特點主要表現在:態度不端正、常有遲到、早退、逃課現象,作業全靠“代勞”,考試全靠“背考點”,實習則靠“他人幫忙”,這些都不利于學生對于專業課程的學習。
2、教學內容難以跟上企業實際
電工電子技術是一門發展迅猛的科技,學校的教材都很難跟上企業的實際發展態勢。這就讓使得許多學生在畢業后都適應不了企業的崗位,對學校的專業課程教學又起到了很大的阻滯作用。
3、考核方式相對落后
當前許多高校仍然是按照紙質試卷的方式,對學生的學習效果進行檢測,這種單一驗證式的教學方式就會造成死板的考核方式,即使添加了實驗環節的實踐報告,也易造成死記硬背和實驗報告的抄襲,不能真正體現思考問題、分析問題和解決問題的能力,難以反映學生的真實成績。
三《電工電子技術》課程的教改思路與措施
1、教改思路
針對當前該課程的教學現狀,本人認為,教學改革可以從培養學生綜合應用能力和創新能力的目標出發,雖然整個過程較為復雜,但依然要進行。其教改思路和內容大致包括:制訂適合校情的教學大綱和授課計劃、優化教學內容、利用多媒體教學手段、改革考核方式等幾個方面,下面從教改措施中進行簡述。
2、具體的教改措施
(一)制訂適合校情的教學大綱和教學計劃
本人在實際的教學過程中,盡量做到:同一個年級的不同專業班級教學計劃進行適當調整。根據純電類和機械類專業的不同特點,避免了專業課教學的隨意性;主要目的是為了提高學生的學習興趣、認識能力和實際操作能力,只有當學生能聽懂、能學會,能將要求的實驗做出來,他們的學習就會感興趣了,這份教學大綱和教學計劃才是真正的適用。
(二)優化具體的教學內容
在平時的教學過程中,本人始終注意做到:第一,注意本門課程與后續課程的連續性,使學生經過本課程的學習掌握電工電子技術的基本理論和技能,為其后續專業課、畢業設計及以后從事工程技術工作和科學研究打下堅實的理論與實踐基礎。第二,注意物理和電工電子技術的分工,避免不必要的重復。將電路的基本物理量如歐姆定律、電路與磁路基本參數及節約用電與安全用電等內容在物理學中已學過或自己完全能看懂的內容,故將其定為學生自學內容,并進行課堂提問以培養學生的自學能力;第三,電子技術部分對分立元件和交流放大器的內容進行部分精簡,增加中、大規模集成電路和數字電路的內容,如可編程邏輯器件等,并列舉了相應的模擬、數字和功率電子電路的綜合應用實例,使學生對該方面的知識有更為系統的認識。
(三)創新教學手段
多媒體教學,圖、文、聲、像并茂,具有傳統教學手段無法比擬的優越性。應用多媒體技術教學突破了“一支粉筆+一塊黑板”的傳統教學模式和信息貧乏、形式單一的框架,拓寬了時空的概念,以其鮮明的畫面、逼真的色彩、生動的形象及聲音效果激發學生的主觀能動性和積極性,活躍了課堂氣氛,充實和豐富了課堂內容。如,在學習“電動勢和閉合電路歐姆定律”這一內容時,學生普遍掌握不好。通過采用多媒體教學,通過新穎、多樣、生動有趣的畫面、圖像、聲響展現教學內容,增強了課堂教學的直觀性、形象性、生動性和趣味性,激發了學生的學習興趣和強烈的求知欲望。
(四)改革考核方式
電工電子技術課程是一門理論性實踐性較強、涉及面很廣的專業技術基礎課。在考核方面,可創新以“現場制作實物+實驗說明”模式進行考核,教師擬出若干相同難度的試題,要求學生抽簽考試,保證考試的公正性和客觀性。改變一紙定終身的做法。把平時成績、作業、試驗成績按一定比例加到期末考試成績中,作為該生的最終成績,給學生一個全面客觀的評價,以達到素質教育的目的。
參考文獻
[1] 毛一之,黎霞等. 轉變教學理念,深化電工電子課程教學改革[J]. 電氣電子教學學報, 2010, (S2) .
[2] 蔣中,陳杰等. “電工電子技術”課程教學改革的研究與實踐[J]. 電氣電子教學學報, 2010, (S2) .
[3] 許彬. 對中職電工電子課實驗教學體系改革的認識及思考[J]. 考試周刊, 2011, (50)
[關鍵詞]負反饋 辯證唯物主義思想 類比分析方法
[中圖分類號] G642.41 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2014)14-0169-02
在大學課程的教學過程中,放大電路中的負反饋非常重要,電路在引入負反饋后,會對其各種性能參數產生根本性的改善,故而得到非常廣泛的應用。學生若能夠深刻理解“負反饋”的概念和作用將對其今后的學習和個人發展產生深遠的影響。文章在深刻理解負反饋概念的基礎上,結合辯證唯物主義思想創造性的借助哲學原理和理想電源模型原理闡述了負反饋對放大電路性能影響的分析方法。
一、電路中的反饋及其判斷
在電路中所謂“反饋”就是將電路輸出量(電壓或者電流)的部分或全部,通過特定的電路(反饋網絡)在輸入端或輸入回路上疊加,從而使電路按預期功能正常穩定地工作。
圖1是反饋放大電路的原理框圖,反饋放大電路由基本放大電路和反饋網絡兩部分組成。令基本放大電路增益為A,其主要功能是放大信號;反饋網絡增益為F,其主要功能是傳輸反饋信號。輸入量與反饋量疊加的結果稱為凈輸入量,它才是真正加到基本放大電路上的輸入量。放大電路的輸出量的全部或部分經過反饋網絡的作用后就是反饋量。
■
圖1 反饋放大電路原理框圖
實際中,有諸多因素會對放大電路的輸出量產生不利影響,如晶體管等半導體器件參數的溫度漂移、電源雜波的影響、負載變化、電路及器件中雜散電容和雜散電感的存在等。[1] [2]人為引入反饋,將變化的輸出量通過一定方式引入輸入回路,在輸入量和反饋量的共同作用下,使輸出量保持一定。
關于反饋的判斷,具體包括:(1)反饋是否存在的判斷,主要是通過判斷電路中是否存在反饋網絡或反饋元件;(2)直流反饋和交流反饋的判斷,主要是判斷交流和直流通路的情況;(3)正、負反饋(反饋極性)的判斷,主要是采用瞬時極性法來判斷;(4)電壓反饋和電流反饋的判斷,其判斷方法是將放大電路輸出端對地短路,若反饋信號隨之消失則判斷為電壓反饋,若反饋信號依然存在則判斷為電流反饋;(5)串聯反饋和并聯反饋的判斷,若反饋信號與輸入信號是串聯連接關系則為串聯反饋,是并聯連接關系則為并聯反饋;(6)負反饋放大電路的四種基本組態的判斷,即電壓并聯負反饋、電壓串聯負反饋、電流并聯負反饋、電流串聯負反饋的判斷,只要掌握了上述項內容的判斷,就可以很容易的對負反饋的四種組態做出判斷[1-3]。
二、負反饋對放大電路性能的影響
放大電路中引入負反饋的主要目的是穩定其性能。在引入負反饋后雖然犧牲了放大電路的增益,但在其它方面是有所得的,如提高增益的穩定性,展寬通頻帶,減小非線性失真,改變輸入阻抗和輸出阻抗[1-3]。可見,對于“得”與“失”這對矛盾體的辯證關系在“負反饋對放大電路性能的影響”中得到了充分體現。
三、負反饋對放大電路性能影響的辯證類比分析方法
(一) 增益的穩定性的提高
如圖1所示的引入了負反饋的閉環放大電路,用Af(Af=■)表示該引入了負反饋后的增益,對于引入深度負反饋來說Af=■。采用增益的相對變化率表示電路的穩定性。為了對放大電路引入負反饋后的穩定程度加以量化表示,常用有、無反饋兩種情況下放大倍數的相對變化量的比值來衡定。在中頻段Af、A和均為實數,Af的表達式可寫成
Af=■ (1)
對上式求微分得
dAf=■=■ (2)
(2)式的左右式分別處以(1)式的左右式,得
■=■?■ (3)
即■/■=■ (4)
(4)式表明,引入負反饋后的增益的相對變化率僅為原來沒有引入負反饋電路的相對變化率的■,也就是說放大倍數的穩定性提高了1+AF倍。可見,引入負反饋后雖然損失了電路的增益,但卻換來了增益的穩定性的提高。這充分體現了“得”與“失”的辯證關系[4]。
(二)展寬頻帶
在放大電路中,旁路電容、耦合電容和晶體管結電容是必然存在的,這使得放大電路的幅頻特性呈帶通特性。根據放大電路的“增益帶寬積”(GBWP)是常數的原理,引入負反饋后放大電路的增益被減小,但卻換來放大電路通頻帶的展寬。這也是一種“得”與“失”的辯證關系。
(三)減小非線性失真
由于組成放大電路的半導體器件(如晶體管、場效應管和集成運放等)都具有非線性特性,且放大電路中除有用信號外,也存在一些諧波成分疊加在有用信號上,這些因素都會造成輸入信號的非線性失真。放大電路在引入負反饋后,對有用信號的增益變為原來的1/1+AF倍,這種變化同樣作用在諧波成分上,即加入負反饋后,非線性失真也減小為無負反饋時的1/1+AF倍。
(四)對輸入阻抗的影響
放大電路輸入阻抗是從電路輸入端看進去的等效電阻。放大電路中引入負反饋,必然改變原電路的結構和輸入阻抗,分析這種影響的前提是正確區分基本放大電路與反饋網絡在電路輸入端的連接方式,即必須辨明是并聯反饋還是串聯反饋。
引入負反饋對放大電路輸入阻抗的影響可借助理想電源模型進行類比分析,如果反饋結構屬于并聯反饋,則放大電路的輸入阻抗相當于基本放大電路內阻和反饋網絡內阻的并聯,應該縮小為為原來的1/1+AF倍。如果屬于串聯反饋,則放大電路的輸入阻抗相當于基本放大電路內阻和反饋網絡內阻的串聯,應該變大為原來的1/1+AF倍。
可見,基本放大電路在引入負反饋時,應根據實際電路對輸入阻抗的需求,適當的選擇并聯反饋和串聯反饋,已達到調整優化輸入阻抗的目的。
(五)對輸出阻抗的影響
輸出阻抗是從放大電路輸出端看進去的等效內阻。把電路的輸出信號的部分或全部作為反饋網絡的輸入,也會造成電路結構的改變。因而,負反饋然對電路的輸出阻抗產生影響,這種影響決定于基本放大電路與反饋網絡在放大電路輸出端的連接方式。如果是電壓反饋,則電路的輸出電壓被穩定,放大電路的輸出特性近似趨于理想電壓源的特性,輸出阻抗變為原來的1/1+AF倍;如果是電流反饋,則電路的輸出電流被穩定,放大電路的輸出特性近似趨于理想電流源的特性,輸出阻抗變為原來的1+AF倍。
四、結束語
基本放大電路引入負反饋后對其性能產生了諸多的影響。電路增益降低,但通頻帶卻展寬了,增益穩定性也提高了;輸入、輸出阻抗得到改善。文章通過辯證類比分析方法可以定性的得出放大電路特性參數的改變規律,若要定量的描述這種改變則需要再借助出一條原則,暫稱為“1+AF原則”,即若引入負反饋使原電路參數變大則必為原來的1+AF倍;若引入負反饋使原電路參數變小則必為原來的1/1+AF倍。
采用辯證類比分析方法,再結合“1+AF原則”,能使學生在學習“負反饋對放大電路性能的影響”這個知識點上更容易理解。將《哲學原理》與《模擬電子技術》這兩門看似不相關的課程結合起來,另辟蹊徑分析電子技術問題,既能幫助同學掌握枯燥的模擬電子技術知識又能引導同學們解放思想,擴展思路,找到針對同樣問題不同的解決思路。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 王遠,張玉平.模擬電子技術(第3版)[M].北京:機械工業出版社,2007,6.
[2] 康華光,陳大欽,張林.電子技術基礎模擬部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006:1.