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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篇模擬電子技術基礎論文,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。
【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
[1] 劉長國.模擬電子技術課程設計的探討[J].電子制作,2006.12,55-56.
關鍵詞:電子技術 自主探索式教學
中圖分類號: TN710 文獻標識碼:B
電子技術是電類專業的一門重要的專業基礎課。這門課程理論性強,盡管教師投入較多,學生還是一頭霧水。實踐證明,采取自主探索式教學有助于調動學生學習的積極性,有助于學生能力的培養。自主探究型教學是一種在教師引導下, 教師提出問題,學生對問題進行獨立思考和探索,獲取知識的智能活動。 它能充分發揮學生在學習過程中的主體作用, 有效培養學生的創造性。
一、演示實驗
“負反饋”是電子技術中一個比較重要的概念,它對放大電路也有極其重要的影響。若是空洞地介紹“負反饋”的概念及其他對負反饋的作用,學生很難接受。課堂上首先要讓學生感性認識兩級放大電路的輸出、輸入波形,發現輸出波形嚴重發生失真,此時引導學生如何獲得較高放大倍數又不失真地輸出波形。有的學生提出:“減小輸入波形”“改變靜態工作點”“在輸出端與輸入端之間加入一條導線”……引導學生積極地思考并且讓他們真正參與實驗,嘗試實現各自的設想,這樣學生能主動地參與到其中,在這種探索式的活動中他們不知不覺地理解了“負反饋”的概念和意義。
二、仿真實驗
在傳統實驗的基礎上,引入仿真技術,可以讓學生自主在仿真平臺上探索電路性能。RC橋式振蕩器是電子技術中的一難點電路,見圖(1),它由選頻電路、放大電路、正反饋電路電路,穩幅電路組成。對于選頻電路,只有當信號頻率=159HZ時,選頻電路的輸出信號與輸入信號同相且輸出與輸入電壓之比達到最大,為1/3,見圖(2)。將以上電路如圖(1)連接起來,便可構成自激振蕩電路。通過仿真可知只有當放大電路的放大倍數略大于1/3時,自激振蕩電路才可自動產生頻率為159HZ的信號,且幅度逐漸增大,最后實現穩幅。引導學生觀察如R3作用,發現:R3越大,放大電路放大倍數越大,產生穩幅振蕩所需時間越短。見圖(3)(4)。學生可通過仿真實驗探索電路性能,完善電路性能,改抽象的理性學習為具體、生動的感性學習,學習積極性大大提高。
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圖(1)RC橋式振蕩電路
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圖(2)選頻電路輸出與輸入波形
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圖(3)R3=10.3KΩ的振蕩波形
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圖(4)R3=10.3KΩ的振蕩波形
三、撰寫專題小論文
在學習555集成芯片前,鼓勵學生通過借助學術期刊、 科學雜志和網絡資源收集有關555集成芯片的文獻和資料,讓他們了解芯片結構、工作原理及最新應用及其發展動態。對搜集的資料歸納整理,撰寫專題小論文。在學習555集成芯片時,讓學生自由地介紹自己的研究成果,此時學生興趣極高,注意力高度集中,教師再有目的地加以引導,有助于學生理解難點和重點。
在電子技術教學過程中, 改變“注入式”“填鴨式”“一言堂”的過于強調教師的主導作用的教學方式,通過“自主探索”式的教學,將生活實際與專業需求帶入了課堂,有助于激發學生的求知欲望和學習興趣,使學生體會到有趣的、有用的電子技術,從而真正掌握知識和思維本領。
參考文獻:
[1] 閆慧蘭. “模擬電子技術” 多元化教學的探索[ J]. 北京:電氣電子教學學報.
【關鍵詞】模擬電子技術;教學內容;教學方法;改革
模擬電子技術是一門理論性、實踐性很強的課程,其任務不僅要傳授學生扎實的專業知識,為后續的專業課學習打下堅實的基礎,同時還要注重學生運用所學知識解決實際問題能力的培養。
1.改革課程內容,構建模塊化教學內容體系
根據培養目標,將課程分成半導體器件、電壓放大器、反饋放大器、運算放大器、功率放大器、信號發生器、穩壓電源七大模塊。在教學過程中把重點放在基本放大電路分析、負反饋分析、集成電路及其應用等方面,對基本概念與方法精講,重點介紹典型電路的基本概念、基本原理和基本分析方法,對電子器件及各種集成電路內部的工作原理分析則進行壓縮,注重電子電路的組成及結構設計方法,重點講解器件的外特性和應用,盡量減少繁雜的數學推導,以定性分析為主,定量計算為輔。
2.改革教學方法,增強教學效果
模擬電子技術課程內容繁雜,電路種類多,分析方法多,容易使學生感到沒有頭緒,在教學過程中采取比較與總結的方法,使一些彼此分散的知識點能夠有機地聯系起來,加深了學生對基本概念與基本原理的理解,達到增強教學效果的目的。
例如,對于半導體器件:各種二極管、三極管、場效應管、集成運放等器件在特性分析方面進行比較,使學生更好地把握不同器件的外部特性,為進一步進行電路分析打好基礎。同樣,也可以在不相同的電路之間進行適當的比較,如放大電路、反饋電路、振蕩電路、運放電路、整流電路、濾波電路、穩壓電路等。對電路結構、工作原理和電路功能進行適當的比較,可使學生更好地區分、理解與掌握不同電路的結構特征與工作原理。微變等效電路法是三極管放大電路動態分析的最常用方法,正確畫出微變等效電路是對學生掌握該方法的基本要求,畫微變等效電路的方法可以總結如下:電容看成交流短路,直流電源也看成交流短路,對三極管則進行線性代換,通過以上的總結,學生就很容易掌握微變等效電路的畫法。
3.采用多媒體與板書相結合的教學手段
上課時每位授課老師都準備兩種授課文本,一個是電子教案,另一個是多媒體教學課件,采用多媒體與板書兩種教學手段。通過多媒體課件的動態演示,既節約了上課的板書畫圖時間,又形象生動地展示了元器件的工作特性以及電路的工作原理,使學生更容易理解課程的內容,能取得較好的教學效果。根據經驗,一堂課不能完全依靠多媒體而摒棄板書,多媒體教學雖然節約了教學時間,提高了教學效率,但不利于學生作課堂筆記,不利于學生及時消化吸收內容,對基礎差一點的學生來說,可能會因為跟不上老師的教學節奏而導致整堂課的聽課效果不好,因此建議采用多媒體課件教學與傳統的板書教學相結合的形式,充分發揮兩種教學手段各自的優勢。
4.改進考核辦法,探索以能力為核心的評價方法
新的教學模式和新的教學手段需要改革對學生學習結果所進行傳統的閉卷考試的評價機制。以業績評估標準設計考核內容,在考核上,應更多的以過程為背景,主要測試學生對每一知識點的掌握情況??荚嚥粌H僅是對學習結果的評價,還要包括學習能力,學習過程的評價,是一種全面的綜合的動態評價過程??荚嚪譃槠綍r、期中和期末三部分,平時以讀書報告、小論文、學術報告等多種形式對學生進行評價考核,期末采用多種形式相結合的考核方法,如閉卷與開卷相結合,筆試與口試相結合,這套方法能客觀、公正、全面地測評學生的成績和能力。
5.結束語
幾年來,經過不斷改革積累了一些寶貴的經驗,課程的教學質量得到了穩步提高,但模擬電子技術課程改革是一個長期的過程,在今后的實踐中我們還將做出不懈的努力。
參考文獻
[1]余輝晴.模擬電子技術教程[M].電子工業出版社,2010.
[2]曹燦云.模擬電子技術基礎教學改革的探索[J].科技信息,2011(8).
[關鍵詞]研究性學習方式 研究性教學策略 教學改革 模擬電子技術
[中圖分類號]G427 [文獻標識碼]A [文章編號]1006-5962(2013)03(a)-0013-01
人的發展是社會發展的根本目的和基本保障,教育作為實現人的發展的主要途徑,顯得尤為重要l學生的主體性發展不可避免地對傳統的教育觀念和教學方法形成了強烈的沖擊。作為教育工作者,應該研究教育、教學與學生身心發展的規律,使自己的教育行為符合學生發展與社會發展的要求。為能在有限的課時內,有效地將最精華的內容介紹給學生,提高課程的教和學的水平,筆者將研究性學習應用到《模擬電子技術》課程教學中,受到了學生的普遍歡迎。
1.《模擬電子技術》課程特點及教學中存在的問題
1.1課程特點
《模擬電子技術》是電氣信息類的專業基礎課程,是培養學生掌握“硬件能力”的關鍵課程之一。其基本作用和任務是:通過對常用電子器件、模擬電路及其系統的分析和設計的學習,使學生系統地掌握各種功能單元電路的工作原理和分析設計方法,為電子系統的工程實現和后續課程學習打下必備的基礎。
1.2教學中存在的問題
課程知識點多,難度大,不及格率比較高;課程強調理論聯系實際,注重培養學生解決實際問題的能力和工程實踐能力,無法速成。這就要求教育者通過教學使學生具有符合時代要求的知識體系,掌握扎實的電子技術基礎理論知識和基本實驗技能;強化對學生的工程實踐能力、意識的培養,啟發學生的創新意識、培養創新能力。
2.研究性學習簡介
2.1作為學習方式的研究性學習
研究性學習作為一種學習方式,就是以類似科學研究的過程、方法和形式進行的學習,簡稱研究性學習方式。研究性學習是與接受性學習相對的一個概念,就人的發展而言,兩者都是必要的。我國新的基礎教育課程體系別強調研究性學習,是因為我們過去過多地倚重接受性學習,而研究性學習被完全忽略或退居邊緣。強調研究性學習的重要性是為了促進學生學習方式的轉變,從而使以培養學生的創新精神和實踐能力為核心的素質教育落到實處。
2.2作為教學策略的研究性學習
研究性學習作為一種教學策略,是指教師通過引發、促進、支持、指導學生的研究性學習活動,來完成學科教學任務的一種教學思想、教學模式和教學方法,簡稱研究性教學策略。教師的研究性教學策略與學生的研究性學習活動是相互依存的。
3.針對《模擬電子技術》的教學改革措施
3.1打破傳統教育觀念束縛,提倡研究性學習
為了提高教學質量,必須打破傳統教育觀念的框架。傳統教育理論認為,學生是知識的接受者和教師教學活動的被動承受者。而建立在主體哲學基礎上的教學論則強調樹立正確的學生觀,其中包括:學生是具有主體性的人,學生具有對教育影響的選擇性、學習的獨立性、學習的自覺性、學習的創造性。
研究性學習強調學生學習的主動性,學生在研究性學習中,獲得豐富的知識經驗和情感體驗,形成永不滿足、追求卓越的科學態度和克服困難、超越自我的意志力;通過綜合能力和素質的提高及個性、特長的張揚,獲得一種成功的體驗,從而升華出對自身精神價值的肯定和不斷發展與完善自我的追求。
3.2發揮教師主導作用,積極應用研究性教學策略
研究近三十年來電子技術發展,明確電子技術的發展潮流,以此為基礎,確定課程改革基本思路為:堅持以分立元件為基礎,以集成電路為主導的原則。
研究教學內容,以半導體元件為基礎,以放大電路分析為核心,以電路設計EDA為拓展,以分析方法為重點,以實踐應用為目的。換句話說教會學生過電子線路四關:器件關(入門基礎),近似關(工程估算的分析方法),動手關(實踐應用),EDA關(設計開發)。
研究教學過程的設計。第一要打好基礎,重在入門,“寧淺勿深”;第二要學準方法,勤于實踐,“寧實勿虛”;第三要志在提高,掌握EDA,“與時俱進”。
3.3改革課堂教學模式,培養學生的研究性學習方式
(1)理解學生。初次接觸專業基礎課,學生普遍反映課程難學,針對這種情況,筆者并不是批評或者嘲笑,而是表示理解,在人格上把學生看成是與自己平等的成人。
(2)信任學生,讓他們充分發揮自己的主體性,積極參與教學活動。因為學生是具有主體性的人,是有潛能的人,學生是年輕的成年人,天生具有爭強好勝不認輸的特性,在他們的想法中,既然老師能學好,那自己肯定也能學會,從而激起了他們的學習興趣。
(3)幫助學生,筆者也幫助學生明確學習內容,安排適當的學習活動和學習資料。
(4)激勵學生,互動教學,引導學生探索。在教學過程中,筆者打破滿堂灌的教育傳統,充分采用師生互動的方式,例如講到集成電路一章時,由于集成電路的內部結構比較復雜,學生比較發怵,如果直接講有可能導致學生的厭學心理。于是,筆者就先從學生比較熟悉的手機說起,問大家手機都有什么功能,學生的好奇心就來了,怎么問這個,是否跟集成電路有關系?待學生回答之后,筆者又問這些功能怎么實現的?如果用分立元件電路的話,手機的體積得多大呀!這樣以來,學生們就對小小的集成電路如此巨大的功能產生了濃厚的興趣。
實驗課分設驗證性實驗和綜合性實驗,激勵學生將自己的設計用實驗器材模擬;課程設計環節,讓學生自己設計電路,并搭建調試,取得了較好的效果。
另外,作為課外活動,筆者常以身邊的電子應用系統刺激學生,積極培養學生的創新精神和實踐能力。建議學生多閱覽電子設計相關書刊及網頁,了解電子技術前沿及新技術應用,為后續課程打下堅實基礎。
“模擬電子技術基礎”課程需要在有限的學時內(理論教學64學時,實驗20學時)使學生獲得電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能。新修訂的課程內容體系更加注重理論教學與實踐教學的銜接,在保證經典理論的基礎上重點講授集成運放組成的各種信號運算、信號處理和信號產生電路,并延伸到模擬集成電路和模數混合系統等內容,培養學生系統級的分析與設計能力。理論教學應簡化器件內部機理的介紹,弱化缺乏工程背景的解題技巧及公式記憶,強化器件的組合應用與接口擴展機制,加強主流新技術的探討;實踐教學應重點引入研究型和設計型實踐教學環節,為此出版了課程配套的“十一五”規劃實驗教材《電子技術實驗與模擬電子技術課程設計》。目前,多媒體教學和電子設計自動化(EDA)的發展使得教學輔助軟件能夠融入課堂,為學生豐富的探索和實踐提供了現代化手段。適用于該課程的研究型教學輔助軟件包括EDA仿真軟件Multisim、Proteus和工程計算軟件Matlab、MathCAD。在此基礎上,筆者將EDA仿真作為理論課的工具及學生進行硬件實驗的前提,建立了“理論•仿真•硬件”相互融合的教學模式,以保證研究型教學落到實處。
教學方法與教學手段的改進
1.通過網絡輔助教學平善課程體系
隨著信息技術的發展,世界各國高校都在大力開展網絡化教學應用,然而海量的數字化資源會使學生感到無所適從。為此,筆者通過網絡輔助教學平臺給學生提供少而精的數字化資源,與課堂教學相輔相成。除了教學大綱、教學日歷和教學課件,網絡輔助教學平臺提供的數字化教學資源還包括教學輔助軟件、往屆試卷及答案詳解、國家級電子技術精品課程和國際一流大學電子技術課程的網址,方便學生進行自主學習。網絡輔助教學平臺還提供與課程相關的在線輔導答疑,并通過微博、QQ群、飛信群等網絡互動方式開展憶阻器、在系統可編程模擬器件、新型傳感器等前沿技術的專題討論,并讓學生通過網絡調查模擬電子技術的相關專利與應用,撰寫調研報告,促進學生開展研究性學習。
2.將EDA仿真演示融入理論教學
EDA技術是電子設計領域的一場革命,改變了以變量估算和硬件實驗為基礎的電路設計方法。在理論教學中引入重點內容的EDA仿真演示,有利于快捷地將理論性和應用性融于一體,實現理論教學的拓展,并為實踐教學打下基礎。由于學時與場所限制,教師需要在備課時充分考慮課堂投影演示與本機顯示的不同,精心設計演示范例與互動環節,引導學生思考,由學生得出結論,并事先做好演示范例的中間版本以便重點演示關鍵步驟。例如,筆者在課堂上利用EDA仿真軟件邊演示邊講解電路引入負反饋前后各種參數、輸入輸出信號波形、頻率響應特性的異同,學生通過直觀的比較加深了對負反饋作用的理解。此外,筆者在布置書面作業時還鼓勵學生對作業中的疑難問題進行仿真,并在作業本上寫出心得體會。
3.強化“系統化模擬電路”的定性思維
現行的理論教學往往只講器件和基礎電路,很少涉及如何由各種元器件通過某種聯結組成一個實用系統。筆者在緒論課中就結合實際闡明電路系統的組成及各部分的作用,并給出簡圖;之后課程中每一個新內容都會回到系統簡圖上來,逐漸深化、細化,并引導學生尋找反例,這樣不但使學生建立了系統的概念,而且能夠舉一反三。在EDA的輔助下,學生對各種電路無須精確的理論計算,但要掌握近似估算的方法,弄清楚電路系統的設計思路及其局限性、性能指標的折衷考慮。要注意各章節之間的相互配合和銜接,堅持培養學生“系統化模擬電路”的定性思維,強化以集成運放為基礎的知識體系,使學生建立系統觀念、工程觀念,學會定性分析與辯證的思維方法。
多層次的實踐教學
1.利用Multisim軟件開展虛擬實驗
研究型教學是理論和實踐有機結合的一種教學方式。然而由于學時、實驗條件的限制,課內實驗的教學效果難以達到預期目標,利用EDA軟件開展虛擬實驗能夠彌補當前課內實驗的不足。目前EDA軟件的種類很多,其中Multisim軟件提供了多種常用的虛擬電子儀器與元器件,特別適合于模擬電路系統的虛擬實驗。
學生可以通過這些儀器觀察電路的運行狀態,查看電路的仿真結果,許多設置、使用和讀數與實際的測量儀器類似。因此,課內實驗是首先在EDA實驗室安排了一節課的Multisim認識實習,隨后按教學日歷分為基礎實驗、綜合實驗、課程設計三個階段。各階段都增加了相應的仿真設計內容。在課內實驗之前,筆者要求學生預習實驗內容并進行Multisim仿真及課外研究,再進入實驗室通過儀器設備進行實際的硬件操作。虛擬實驗和硬件實驗不可重此輕彼,而應軟硬結合。筆者通過實驗課件的演示減少講解時間,讓學生有更多的時間用于實際操作與硬件調試。這種“理論•仿真•硬件”相互融合的教學模式將仿真考核和課外研究作為實驗成績的重要部分,增強了學生對理論知識的理解與掌握,提高了學生的仿真能力、設計能力和系統調試能力。
2.重視綜合實驗和課程設計
研究型教學需要一種類似科學研究的氛圍以及一對一的師生互動。綜合實驗和課程設計能夠較好地彌補理論教學大班授課的不足。有限的學時在一定程度上制約了實踐教學的深入開展,為此筆者壓縮了前期驗證型基礎實驗的次數,在實驗課程的后期安排了三次融合整學期知識點的綜合實驗,幫助學生強化“系統化模擬電路”的定性思維。期末的課程設計則由指導教師布置若干難度適中的研究課題,要求學生從查閱資料開始自主進行電路設計,對設計的電路進行仿真分析,經教師審查后方可選購器件,安裝調試電路,測量各種參數,進行實驗分析,提出改進意見,并根據規范格式書寫課程設計報告,完成一次較完整的工程研究訓練。鼓勵學生進一步拓展課程設計內容并發表科技小論文,在課程設計中表現突出的學生將被選拔參加各種課外科技活動和競賽。
結束語
關鍵詞:教學體系;教學模式;教學實踐;應用型人才
引言
電工電子技術課程是非電類專業學生的重要專業基礎課程,它涉及電路分析、模擬電子技術和數字電子技術等領域的基礎知識,是非電類專業學生學習相關電學知識的一門重要技術基礎課程。在信息時代的今天,電工電子技術的發展日新月異,不僅信息量大、知識面廣,而且所傳授的知識具有基礎性、先進性和很強的工程應用背景,電工電子基本技能已經成為各專業學生的重要基本技能之一,學好本門課程將為學生學好后續專業課程起到決定性的作用。電工電子技術課程的教學內容既要完成知識的傳授,更要把人才培養與發展學生的主觀能動性有機結合;既要符合學生的認知規律,考慮到不同專業學生的理論基礎,又要更好地服務于社會。如何在課程的教學過程中處理好“繼承與創新”、“內容多與學時少”、“學好與用好”之間的關系顯得尤為重要。本論文提出了八點改革措施,為提高人才培養質量、推動教學改革、建立與遼寧經濟結構調整和產業轉型升級相關聯的應用型專業體系、推進產教融合、現代信息技術與教育教學深度融合提供有價值的借鑒。在近幾年的國內外各高校電工電子技術課程教學改革過程中,都始終把學生工程應用能力和創新創業能力的培養貫穿始終,但每個高校的教學體制和專業設置各不相同,學生個體素質也有差異,先進的教學理念可以借鑒,但具體實施過程還得參照我校具體情況而異。
1課程教學體系
目前,電工電子技術課程教學學時減少與教學內容急劇膨脹的矛盾在不斷加劇,原有的課程體系已不能滿足各專業人才培養的要求。圍繞應用型人才培養,深化課程體系改革,對應落實應用型人才培養目標和畢業生的能力需求,體現行業、企業的發展動態與需要,體現行業、企業標準以及行業發展、技術進步和社會發展對人才培養的新要求,優化課程結構,整合課程體系,形成支撐應用型人才培養的課程模塊。由于每個專業的培養目標和對該課程的需求各有差異,根據我校實際情況,按專業需求,將教學內容分為五大模塊,制定不同的教學大綱,讓各專業根據自己對人才培養的不同需要合理對模塊進行不同組合,已有效支撐應用型人才培養的新要求。1.1模塊一基本模塊。電工電子技術課程的傳統內容中大部分還是基本內容,即為非電類專業的基礎性內容,如長期起作用的電路基本定理、定律及基本分析方法,或當下還在起作用的如繼電接觸器控制系統,由分立器件組成的放大電路也應在此模塊中,因為它畢竟是集成電路的基礎?;緝热葜械幕军c要講清講透,如直流電路的基本知識點是基爾霍夫定律和歐姆定律,正弦交流電路的基本知識點是基爾霍夫定律的交流形式以及單一參數的正弦交流電路;三相交流電路的基本知識點是對稱的三相電壓和對稱的三相電流;模擬集成運算放大電路的基本知識點是理想運算放大器的“虛短”和“虛斷”;數字集成電路的基本知識點是各種基本門電路和觸發器的邏輯特點和邏輯功能等。1.2模塊二針對我校機械工程與自動化學院各專業,包括機電、機設、機制、過程、工業工程等,除基本模塊中講解的內容以外,還應重點選講磁路部分和電機部分,但不是按照電類的要求重點講解電機繞組的結構、內部電磁機理、矢量圖和等效電路等,而是重點突出機械類各專業常用的三相交流異步電動機的轉矩、機械特性、起動、調速、制動以及銘牌數據的計算等知識點。示意圖如圖1所示。1.3模塊三針對我校汽車與交通工程學院各專業,包括車輛、汽服、物流、交通、交工等,除基本模塊中講解的內容以外,由于汽車類專業的學生要對車載電池、充電樁、驅動電機、控制器、變頻調速器和各種電源等設備要熟練掌握,所以還應重點選講交直流電動機、驅動電機、可編程控制器、可編程邏輯器件、電路中的反饋以及電力電子技術等知識點,對于非電量的電測量方法也應掌握。示意圖如圖2所示。1.4模塊四針對我校土木建筑工程學院各專業,包括建環、建筑、道橋、給排水等,除基本模塊中講解的內容以外,還應重點選講建筑電氣相關知識,如感性負載功率因數的提高意義及方法、安全供用電常識、電工測量、常用傳感器的電測量法、松下、歐姆龍、西門子等系列可編程控制器等知識點。示意圖如圖3所示。1.5模塊五針對我校材料科學與工程學院各專業,包括焊接、材料、材成、材物等,以及針對我?;瘜W與環境工程學院各專業,包括環境、環科、應化、化工等,講解內容為基本模塊即可,還可以適當在基本模塊中再精煉些,如受控源電路、電路的暫態分析、直流穩壓電源等可以作為選講內容,因為這些專業的學生將來跨到電類或機類專業的機會和可能性不大。
2課程教學模式
傳統的教學模式是以教師、課堂和教材為中心的“填鴨式”教學模式,學生處于被動接受知識的地位,學生的個性和創造力難以發揮。以培養學生自主學習能力和鍛煉學生發散性思維為目的,教學模式應滿足應用型人才培養的新需求,積極探索問題導向、案例教學等適合應用型人才培養目標的教學模式,并能充分利用現代教育信息技術改革教學方法,積極探索現場教學、遠程教學、模擬教學等適宜應用型人才培養的多種教學組織形式,提出了綜合教學模式,有效地促進了師生交流,取得了較好的教學效果。2.1鋪墊法例如,在講解晶體管工作特性時,從多方面反復強調放大、飽和和截止三種工作狀態,與后續數字電路內容的學習有機結合,前后呼應。2.2圖解法與解析法相比,圖解法是一種比較形象、直觀、便于理解的一種教學方法,例如,將其應用在交流電路的相量法當中,可以較方便地比較兩個正弦量之間的大小和相位關系;將其應用在放大電路中,可以形象、直觀地表明各信號交流分量的傳輸、相位和有無失真等現象。2.3表格法簡明易懂、含義明確、詳略得當,例如,在講解數字集成電路各種邏輯門電路的邏輯功能時,采用表格的形式進行對比分析將使學生很快地理解和記憶邏輯門的動作特點和規律。2.4對比法對可比性內容,如單相交流電路和三相交流電路、RC和RL電路的暫態分析等,只需重點抓住一個講深講透,同時指出異同點,其余完全可以讓學生自行分析,培養學生舉一反三的能力。2.5循環提問教學法課堂上,采用不斷循環提問的啟發式教學方法來調動學生的學習積極性和主動性,讓學生在學習過程中不斷處于思維狀態,從而提高學生分析問題和解決問題的能力。2.6多媒體課件演示法有一些比較不好理解的內容可以采用多媒體課件演示法,使復雜問題簡單化,也使得課堂教學生動有趣。課件的制作要按照“發現問題分析問題解決問題得出結論舉例應用”這一標準,依照學生的認知規律,做到科學系統性和邏輯性并存。2.7遠程教學法在互聯網飛速發展的今天,充分利用強大的網絡資源,利用發達的手機通訊軟件,如QQ、微信等,可以在線、實時地答疑解惑,達到讓學生自主學習和創新性學習相結合的目的,還可以增進師生情感,為課堂氣氛的活躍和講課、聽課質量的提高奠定了良好的基礎,讓學生體驗隨時隨地輔導答疑的樂趣,體驗多樣性的教學手段,使得學習不再枯燥乏味,而變得生動有趣,課余時間也能感覺到老師就在身邊。
3改革實踐教學
傳統的實踐教學環節的方式和內容比較固定和單一,專業特色不明顯,不利于學生后續專業工程設計能力的培養,提出基于專業導向的改革,構建以基本操作能力、自主設計能力和綜合創新能力為主的三級實踐教學環節,使學生達到知識應用能力和科技創新能力的培養目標?;静僮髂芰κ峭ㄟ^驗證性實驗逐步掌握電子儀器設備和電子元器件的使用及實驗的基本測量方法;自主設計能力是學生自己獲取知識、自主設計實驗的能力,以便使其逐步掌握較復雜、系統的功能電路的設計過程;綜合創新能力是按興趣方向選擇教師提出的命題或自由選題,利用課余時間進行安裝調試和測量,確定最終設計電路的能力。根據學科特點構建實踐教學體系,合理安排實訓、實習、社會實踐等環節,形成加強學生創新實踐能力和就業能力培養的有效機制。
4多元化考核評價機制
采取課堂討論、筆試、實際操作、現場答辯以及實踐論文等多元化考核方式,改變學生過分注重理論知識的學習、忽視綜合能力的培養,注重對學生學習過程的考核和實踐能力的評價,建立促進學生實踐能力和綜合素質提高的多元化評價方式。
5網絡教學和精品資源共享課建設
依托遼寧工業大學教改項目《電工與電子技術微課教學方法研究》,建立并不斷更新電工電子教學網站,完成電工電子多媒體教學視頻、習題課資源共享視頻、實驗視頻和部分電工電子課程微課視頻的錄制,實現課程資源的最大共享。
6教材建設
積極選用適合應用型專業教學需要的教材,或具有與企業聯合編寫的參考教材并具有明顯的應用型專業特色。
7校企合作
與行業、企業、實務等部門共建校外實踐教育基地,建立企業專家進校的工作機制,讓學生體驗到學有所用、學有所成,有效地促進應用型人才培養目標的實現和應用技術的開發。
8師資隊伍實踐能力的提升
任課教師不僅要具有扎實的理論功底,還應具備一定的工程實踐能力,以提高教學效率和教學質量。教師要加強和企業之間的聯系,要走出去,深入到生產第一線,了解先進工程設備和技術的使用,了解企業真正需要我們高校培養什么樣的應用型人才,探索與企業共建共管共享的長效機制,有效地促進應用型人才培養目標的實現和應用技術的開發。
9展望
電工電子技術課程2004年被評為遼寧工業大學精品課程,電工電子實驗中心2007年評為遼寧省高校實驗教學示范中心,以本課題組成員為骨干力量的“電工電子技術教學團隊”于2008年被評為遼寧省高校教學團隊。課題組成員多年來一直堅持不懈地進行教學改革與實踐,雖然我們取得了一定的教學改革成果,但為了有效地促進應用型人才培養目標的實現和應用技術的開發,其教學改革還有很多工作要做。(1)如何在沒有后續課程支撐的前提下,更好地解決電工電子課程內容多而學時少的矛盾,仍然是擺在我們每個任課教師面前的一道難題。(2)目前電工電子實踐教學方法尚顯單一,要進一步改革實踐教學手段,充分利用多媒體、EDA仿真技術及網絡化教學等現代化教學手段,提高實踐教學效果和效率。(3)開發更多的和專業相結合的實驗和實訓項目,給少數能力較強的學生提供更多鍛煉的平臺。(4)派更多的學生和教師深入企業一線,掌握企業現實需求,讓學生和老師都學會有的放矢。10結語遼寧是老工業基地,重工業基礎雄厚,工科類學生在省內的需求較大,同時伴隨著電工電子技術的快速發展,本學科的知識更新較快,對學生的知識結構和能力要求更高。為配合我校實施應用型人才培養的需要,結合電工電子課程的實際特點和我校學生的實際情況,有必要進行新形式下的電工電子課程教學改革,對解決當前我省高校電工電子課程教學中普遍存在的問題、提高人才培養質量、推動教學改革等目標、有效地促進應用型人才培養目標的實現將起到一定的積極示范作用。
參考文獻
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關鍵詞:電子技術;概念;現象;抽象;形象
電子中的概念是反映電子現象和過程的本質屬性的思維方式,是電子技術事實的抽象。它不僅是電子技術基礎理論知識的一個重要組成部分,也是構成電子技術規律和公式的理論基礎。論文百事通學生學習電子技術的過程,其實是在不斷地建立電子技術概念的過程。因此概念教學是學生學好電子技術的基礎,更是學好電子技術的關鍵。在實際教學中如何才能讓學生有效地掌握、理解并運用好高中電子技術概念呢,從實際教學的經驗中體會到,采用靈活多變的教學方式,激發學生的學習興趣,變抽象為形象,可以提高概念教學的效果。
一、聯系、聯想記憶法
電子技術中有很多抽象的概念,例如:電場、電力線,磁場、磁力線。電場、磁場看不到但卻實存在(可以利用實驗證明),而電力線和磁力線不存在為了分析問題方便而畫出來的(可以看到)。利用電力線或磁力線的方向表示電場或磁場的方向,利用電力線或磁力線的疏密來表示電場或磁場的強弱。
半導體中載流子的運動也是如此:一般我們看不到,為了分析方便往往把空穴和自由電子畫出來。空穴帶正電荷,自由電子帶負電荷,主要靠空穴導電的半導體稱為空穴型半導體或P型半導體;主要靠自由電子導電的半導體稱為電子型半導體或稱為N型半導體。空穴通常用圓圈O表示,P去掉尾巴就是O;電子帶負電N就可以想成三個負號。通過總結空穴、電子,P型半導體、N型半導體就比較容易記了。
二、教學實驗演示法
電子技術是一門以實驗為基礎的學科,在進行概念教學時,演示實驗法是一種行之有效的教學方法,一個生動的演示實驗,可創設一種良好的電子技術環境,給學生提供鮮明具體的感性認識,再通過引導學生對現象特征的概括形成自己的概念。
如“整流”概念的教學,用直流電源和單向半波整流電路演示,讓學生體會到外加電源的正極接二極管的正極,電源的負極接二極管的負極,二極管受正電壓,二極管導通,電路中通過大的電流IF;反之外加電源的正極接二極管的負極,電源負極接二極管的正極,電路中幾乎無電流通過。從而揭示了二極管的單向導電性。
三、電教圖像剖析法
有些高中電子技術概念,無法實驗演示也無法從生活中體驗。如PN結的形成,空穴和電子的擴散運動、漂移運動等。可以用圖像、電教手段(如FLASH動畫)展示給學生觀看。電子技術圖像通過培養學生的直覺,從而培養學生的高層次的形象思維能力,建立起電子技術概念的情景;電教手段能以生動、形象、鮮明的動畫效果,模擬再現一些電子技術過程,學生通過觀看、思考,就會自覺地在頭腦中形成建立電子技術概念的情景。這種方法符合“從生動的直觀,到抽象的思維”的基本認識規律,是現代教學中提高概念教學效果的一種重要手段。
四、興趣引導法
興趣是最好的老師,實際生活,生產實踐及現代高科技中一些有趣的電子技術現象會吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣,活躍學生的思維,提高學生的理解能力,有利于知識的掌握。
如對放大概念的認識,以門鈴的工作過程為例??梢韵炔患臃糯笕龢O管時接好電源和音樂片,門鈴發聲,聲音很小只能在耳邊才能聽到;接著接好電源、音樂片,門鈴發聲,聲音比較大,整個班都可以聽到。使學生親身感受到門鈴發出聲響的明顯變化的現象。說明和分析什么是放大的概念,通過學生對“放大”現象切身的體會來理解掌握這一概念。利用振蕩電路組成的閃光燈電路即提高了學生的學習興趣,有利于學生對電路的分析對知識的掌握。
五、循序漸進法
循序漸進,通過復習舊知識引入新知識,是實際教學中常用的一種教學方法。通過復習已掌握的電子技術概念,并對此概念加以擴展,延伸,或使其內涵、外延發生變化從而得到新的概念。
材料化學專業主要課程
在學習高等數學、化學、物理等基礎理論知識及相關實驗技能的基礎上,本專業主要學習材料科學基礎、結晶化學、高分子化學、高分子物理、現代材料分析技術、材料研究與測試方法、材料性能學、材料化學、材料工藝學以及材料基礎實驗、材料化學專業實驗等專業基礎課和專業課,接受計算機課程模擬及應用,實驗技能、信息獲取、工程設計、科學研究等方面的技能培訓。該課程體系設置使學生既掌握了材料化學方面的扎實寬廣的基礎理論知識又具備材料專業特長。主要實踐性教學環節:包括生產實習、畢業論文等,一般安排10--20周。
材料化學專業就業方向
本專業學生畢業后可在無機材料、高分子材料等材料及相關技術領域從事質量檢驗、產品開發、生產、教學及技術管理工作。
從事行業:
畢業后主要在石油、新能源、電子技術等行業工作,大致如下:
1、石油/化工/礦產/地質;
2、新能源;
3、電子技術/半導體/集成電路;
4、制藥/生物工程;
5、原材料和加工;
6、其他行業;
7、建筑/建材/工程;
8、環保。
從事崗位:
畢業后主要從事研發、工藝、材料工程師等工作,大致如下:
1、研發工程師;
2、工藝工程師;
3、化驗員;
4、質檢員;
5、材料工程師;
6、銷售工程師;
7、技術員;
8、實驗員。
1.掌握數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識;
2.掌握材料制備(或合成)、材料加工、材料結構與性能測定及材料應用等方面的基礎知識、基本原理和基本實驗技能;
3.了解相近專業的一般原理和知識;
4.熟悉國家關于材料科學與工程研究、科技開發及相關產業的政策,國內外知識產權等方面的法律法規;
5.了解材料化學的理論前沿、應用前景和最新發展動態,以及材料科學與工程產業的發展狀況;
生物醫學工程專業主要課程 主干課程:《高等數學》、《普通物理學》、《模擬電子技術》、《脈沖數字電子技術》、《醫用傳感器》、《數字信號處理》、《微機原理及應用》、《醫學圖像處理》、《醫用儀器原理》、《醫學影像儀器》、《檢驗分析儀器》。
以及《臨床工程學》、《正常人體形態學》、《生物化學》、《生理學》、《診斷學》、《內科學》、《外科學》等。實踐課程:電子工藝實習、認識實習、金工實習、生理學實驗、電子技術綜合實驗、專業實踐綜合訓練、生產實習、論文綜合訓練等。
生物醫學工程專業就業方向 本專業學生畢業后可可以在醫療儀器企業的研發機構、生物醫學工程及相關學科的科研單位、大型醫院的設備中心、高等院校等地方工作,也可以做國家公務員。相關行業(如IT,儀器儀表等)。
從事行業:
畢業后主要在醫療設備、護理、制藥等行業工作,大致如下:
1 醫療設備/器械;
2 醫療/護理/衛生;
3 制藥/生物工程;
4 新能源;
5 電子技術/半導體/集成電路;
6 其他行業;
7 計算機軟件;
8 儀器儀表/工業自動化。
從事崗位:
畢業后主要從事算法工程師、售后工程師、銷售工程師等工作,大致如下:
1 算法工程師;
2 售后工程師;
3 銷售工程師;
4 硬件工程師;
5 維修工程師;
6 注冊專員;
7 技術支持工程師;
8 產品經理。
20世紀70年代,英特爾公司(Intel)的戈登?摩爾(Gordan Moore)預言:芯片上晶體管的數量將每隔18個月至兩年就會翻一番。這即是電腦行業在幕后稱之為的“摩爾定律”,這一定律至今依然在發揮著作用。但是,如果“摩爾定律”一直有效,那么小小芯片上的晶體管數量將繼續呈指數級的增長??梢韵胂癫痪玫膶硇酒瑢⒊惺茉鯓拥呢摀?,這就需要將整個系統集成在一個小小芯片上的SoC(System on Chip)技術。這個激動人心的技術將曾經占據整個房間的龐大的計算機變得如今只有小拇指的指甲那么大小。正如很多專家所言,自從以半導體和集成電路為基礎的計算技術出現以來,片上系統(SoC)技術已經成為最重要的一項技術。
本書是為迎接新一代半導體技術來臨的巨大的設計挑戰而匯集的論文集,這些論文幾乎涵蓋了SoC技術的所有相關主題。具體為:1.為了使器件模型不斷地降低成本,還必須滿足其準確性,就需要擴展各種不同的新技術,ColinMcAndrew的論文就是面向二極管的模型,Matthias Bueher和Christian Enz的論文解決了MOS管的模型。2.解決過程參數的概率性偏差,這些偏差表現為電路的行為偏差,也就是在大規模生產當中被稱為參數出現誤差,Colin McAndrew的論文的另外一個貢獻就是研究了在電路模擬當中的概率性偏差,這在計算效率和物理分析方面很重要,最終可能會決定設計是否可以生產。3.電路部件的設計復雜性,在新技術快速涌現的當代,對于每一種新技術都相應重新設計電路顯然不現實,也為成本要求所不允許,Jose Franca的論文試圖設計出將數據轉換器、放大器和濾波器集成在一起,成為一個能夠匹配很多應用的系統。4.隨著芯片上晶體管數量的增加,單位面積里所聚集的晶體管數量將越來越多,密集的晶體管單位面積上的發熱將越來越巨大,這就提出了當今非常熱門的問題――低功耗,R.Leung的文章就涉及這個方面,試圖解決高速NO緩沖器的低功耗問題。5.T.Yanagawa,S.Bampi和G.Wirth的文章很翔實和理性的預測了2010年的微電子技術對將來的微電子和集成電路半導體技術產生的影響。
本書適合學習和從事微電子和計算機專業的研究生和工程技術人員閱讀,同時也適合相關專業讀者參考。
丁丹,碩士生
(中國科學院計算技術研究所)
關鍵詞:研究性教學;電子技術;創新能力
中圖分類號:G647 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)33-0073-02
“電子技術”是一門理論性和實踐性較強的非電類專業學科基礎課程,包含模擬電子和數字電子兩部分,既強調知識的綜合性、實用性,又強調創新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力,但是在教授“電子技術”課程的過程中,存在以下幾個問題:
對于非電專業學生,模擬電子部分的非線性思維的建立需要一定時間,求解問題在工程上不需要像數學計算那樣嚴密的精確。
對于數字電子,學生缺少對實用電路的綜合認識,缺乏對能完成實際功能的數字電路的設計調試的能力。
為此結合模擬電子和數字電子兩部的不同特點,分別開展了模擬電子和數字電子部分研究型教學的實踐與探索工作。
一、研究型教學的總體思路
研究性教學的理念是在教學過程中不斷引導學生進行研究性學習,讓學生在掌握知識的同時培養學生的研究能力和創新能力。研究性教學的目的不僅是使學生掌握系統的科學知識,更重要的是使學生綜合運用知識去發現、分析和解決問題,得到思維訓練,學會知識的應用,學會研究與探索。
對于電子技術,開展研究型教學的總體思路是將科學研究的基本要素(提出問題、查閱文獻、猜想與假設、方案設計、分析論證、科學思想和交流與合作等)結合課程核心的教學內容,包括基本概念、重要的分析方法和實際電路的仿真實現以及拓展環節以研究型獨有的教學模式(論文研究、基于問題的學習、案例分析研究和實際電路仿真訓練等)進行教學。通過研究性的探討形式將課程內容內化構建到自身的認知結構中;使得學生除了掌握課程的核心框架和知識體系之外,還可以獲得學習過程本身的價值,經歷并體驗開展科學研究的規律,同時達到提升各方面能力目標。[1,2]
研究型教學體系應十分強調學生的主體性地位。學生不僅是文化知識的被動接受者,而且是知識的積極探索者,師生共同參與知識的研究與傳播,科學的發現與發展,共享探索的成果與經驗。因此,設計的研究型教學體系應該寓學于研,在課堂教學中為學生創造探究式學習的機會,提供參與科研的條件,使學生在自主學習、研究活動中逐步建立基于教師指導下的探索研究的學習模式,訓練基本研究能力,學會提出問題特別是有創見的問題。
在電子技術課程中進行了研究性教學的探索和實踐中把分成三個階段:準備階段是教師提煉合適的研究型專題;學習階段是使學生獲取知識,訓練思維和培養能力;第三階段是實施階段。
二、研究型教學的模式的準備
根據電子技術大規模集成技術發展現狀,“電子技術”課程教學中理論性逐漸弱化,實踐性不斷增強,由此對現代電子技術課程教學模式提出了新要求[3]。
準備階段是研究型教學模式的關鍵環節,要提出合適的研究探討專題,并選擇合適的教學模式,既能把要研究的課題突出,又能把培養學生的特定能力融入其中。
針對模擬電子部分,根據各章節掌握的內容重點可以提出以下專題:
(1)半導體器件:針對基于三極管輸入、輸出特性曲線,介紹線性元件與非線性元件、線性電路與非線性電路理論。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生順利地從線性思維過渡到非線性思維。并在研究性的學習中力圖培養學生:發掘、梳理和分析有關信息資料的能力;提煉或提出有價值問題的能力。
(2)基本放大電路:以分壓偏置式靜態工作點穩定電路的數學解析與工程近似解為例進行計算復雜度對比。
培養目標:幫助學生建立工程思維,實際應用中,如果使用工程近似的方法,將快速獲得近似解,扭轉他們從精確、嚴謹到粗略、估算的思維習慣。
(3)集成運算放大器:通過實際運放到理想運放的對比,介紹從實際器件到理想器件簡化問題的方法。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生通過運放各個實際參數理想化的過程,培養學生從實際到理想的思維,簡化問題的能力。
(4)放大電路中的反饋:通過Multisim仿真各種正反饋和負反饋放大電路的對比。
培養目標:不同仿真電路的對比分析,使學生探究放大電路中的反饋的實質,自己總結分析負反饋和正反饋具有的不同能力,對放大電路的不同的影響。
(5)直流穩壓電源:直流穩壓電源的歷史發展與現狀,可以結合日常實用的電器,例如目前手機電池的歷史發展與現狀的調查報告。
培養目標:通過查閱文獻、分析討論的形式使學生探究科技發展中發現問題解決問題再發現問題再解決問題的發展歷程,培養發現問題解決問題的思維方式。
針對數字電子部分,融合組合邏輯電路和時序邏輯電路可以提出以下專題:
(1)元器件的市場調研,列如74LS00兩輸入與非門芯片的市場調研。
培養目標:可以讓學生通過網絡和市場上親自購買芯片,培養學生在實踐中探究器件的分類和挑選,內部結構和參數性能探究和好奇,提高學生極大的興趣和自主動手能力。
(2)多個實用性數字電路設計,例如數字電子鐘的設計,通過分析問題,發現問題,解決問題最終實現設計電路的完成。
培養目標:培養了學生的調查研究、查閱文獻、分析論證、制定方案、設計或實驗、分析總結等方面的綜合能力;
以上各種專題的設置引導學生在掌握電子技術課程的知識體系的基礎上融入自己獨有特點,把學習過程中的變被動接受轉變為主動探究性學習。
三、研究型教學的模式的學習
要想把以上的專題進行順利,達到學生的培養目標,可以采用多種教學模式。
1.采用任務驅動模式教學過程
教學是知識獲取建立在真實事件或者真實問題之上。具體的教學過程是由教師提出預先設計好的、發生在身邊的真實問題,用一根主線將問題的解決過程以及課程的知識點融入其中,學生在教師的引導下、自主地探索中循序漸進地引出相關的知識,使學生置身在提出問題、思考問題和解決問題的動態過程中進行研究和學習[4]。
2.采用啟發模式教學過程
在教學中注意充分發揮教師的引導作用和學生的主體作用,不采用傳統的“灌輸”式教學方法,而是采用教師啟發、引導的方式,循序漸進地誘導、啟發、鼓勵學生對問題和現象進行思考、討論,再由教師總結、答疑。對于一些容易混淆的概念,一些知識點在個案中的運用分析,都可以采用啟發式的教學方法。既有利于提高學生學習的積極、主動性,又有利于培養學生分析、解決問題的能力。
3.采用討論模式教學過程
在教學中,對于一些有爭議的疑難問題、一些可能有所創新或具有獨特見解的新課題等,都可以采取討論式教學方法。討論式教學形式,既可以是小組討論、專題匯報、小組辯論、也可以通過小組討論后派代表在全班演講,并且作為平時成績的一部分,以激發學生的積極性。討論式教學法使學生變被動聽課為主動學習,既有利于提高學生學習的積極性、主動性,又有利于學生分析問題、解決問題能力的提高和表達能力、團隊合作能力的培養。
4.采用互動式教學法
教學中強調采用互動式教學,克服學生被動學習的局面。課堂上不僅僅是教師提問學生,同時鼓勵學生向教師提問。一改往日教師滿堂灌的傳統授課方式,在講課中通過提問問題,激發學生參與討論和積極思考的主觀能動性,形成教學互動,同時實現寓教于樂。
授課教師還要注意將最新的學術研究成果轉化到教學中,培養學生的創新能力,這里的學術研究成果有兩種:一是學術界的最新研究成果,二是課程教師的學術研究成果。講授前者,能夠使學生了解電子技術及相關領域的研究現狀與前沿;后者則授以學生分析方法,把教學內容提升到研究性的程度。
四、研究型教學的模式的實施
實施方法。首先,教師更新教學內容,實施大課堂精講,使學生獲得本學科基本的理論知識。其次,按照自由結合或特長優勢等原則,將人數眾多的班級學生分為不同的小組,并從每個小組中抽取一位學生組成一個團隊,以這些小組和團隊為單位開展接下來既需要合作又相對獨立的學習活動。接著,精心提供覆蓋面廣、難度適宜的科研項目,供各小組選擇進行課程設計。然后,各小組成員進行文獻搜集、方案制定、軟件實現、模擬仿真、設計優化、研究總結、成果展示等工作,在充分發揮自己主觀能動性、教師必要指導以及研究生團隊的幫助下,自主完成項目設計。最后,從研究報告、多媒體演示、源程序及效果四個方面對各小組的項目設計進行綜合評價。
通過實際的電路設計與仿真,也加強了學生的工程意識,培養了創新思維和設計能力,還讓學生體會到理論與實際應用的聯系與區別。有的學生做完一個題目還不過癮,自己又加大難度要求多做題目;還有不少同學由課程設計題目中找到了科技創新點和完成科技創新的信心。近三年的本科生科技創新項目申請中我們課堂的學生申請非常踴躍;由課程設計延伸出的1組校級項目,5組院級項目均已順利結題,現還有一組正在申請國家級項目支持。
五、總結
研究性教學模式本質上是以科學研究主導教學過程的教學方法,該方法能夠通過科學研究的知識應用過程,讓學生在科學探索中獲得知識、提高專業技能,實現理論教學與實踐檢驗并重的教學理念,達到高校高素質應用型人才培養的目的?!半娮蛹夹g”課程中研究性教學模式的應用,能夠有效提高該課程的教學效果,為電學類應用型人才培養奠定良好的專業基礎。
參考文獻:
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關鍵詞:智能科學與技術;畢業生情況;北京科技大學
從2004年國內開始招生至今,全國已有不少高校設立了智能科學與技術專業。我校是較早設置該專業的院校,于2007年在信息工程學院設置其為第7個本科專業,并開始招生。2009年9月,學生進入相關專業課程的學習,第一屆學生于2011年7月畢業。日前,該專業學生已經完成本科階段的學習。
在專業開設過程中,我們完成的主要工作如下。
1) 調研國內外相關院校智能科學與相關專業的培養目標和培養方案。
2) 形成智能科學與技術學科的知識體系和能力要求。
3) 制定2010版智能科學與技術專業的教學大綱。
同時,在辦學過程中,我們選擇了腦科學與認知科學概論,人工智能基礎,微機原理及應用、課程設計(微機原理),可視化程序設計、智能計算與應用四個課程組進行教學模式改革。
1首屆畢業生知識結構
因為是首屆學生,我校大多數課程安排參考了國內兄弟院校的課程設置,也參考了我校自動化專業的部分課程設置。學生的知識結構主要由5個方面組成[1],如圖1所示。
1) 數理基礎課程群:工科數學分析、高等代數、復變函數與積分變換、概率與數理統計、數學實驗、大學物理、物理實驗、應用力學基礎、離散數學等。
2) 電工電子技術課程群:電路分析基礎、電路實驗技術、模擬電子技術、模擬電子技術實驗、數字電子技術、數字電子技術實驗等。
3) 機電技術基礎課程群:工程制圖基礎、程序設計基礎、信號處理、計算機網絡、微機原理及應用、嵌入式系統、數據庫技術及應用、面向對象程序設計、現代檢測技術、電機控制技術、現代通訊技術、DSP處理器及應用、機械設計基礎等。
4) 專業主干課程群:信息論與編碼、控制工程基礎、腦科學與認知科學概論、人工智能基礎、機器人組成原理、計算智能基礎、模式識別基礎、虛擬現實技術、智能控制及其應用。
5) 實踐創新課程群[2]:計算機應用實踐、電子技術實習、MATLAB編程與工程應用、Linux系統與程序設計、自動控制系統設計與實現、微機原理課程設計、嵌入式系統設計與實現、專業(生產)實習、畢業設計(論文)等。
除了專業課程的學習,學生還參與了很多課外科技活動和競賽,并取得了良好成績,內容如下。
1)“基于Matlab的智能五子棋人機博弈系統”在北京科技大學第十一屆“搖籃杯”課外學術作品競賽中獲三等獎。
2) 第八屆校機器人隊隊員在第八屆亞太機器人大賽國內選拔賽中獲十六強。
3) 在全國大學生電子設計大賽中獲成功參賽獎。
4) 在智能車校內賽中獲二等獎。
5) 在北京市機械創新大賽中獲三等獎。
6) 在北京市大學生電子設計大賽中獲二等獎。
7) 在“飛思卡爾”智能車競賽的校級賽中獲三等獎。
8) 在校級機器人競賽中獲季軍。
9) 在全國大學生節能減排大賽科技類中獲三等獎。
10) 在北京科技大學計算機博弈錦標賽中獲最佳程序設計獎。
11) 在北京科技大學“閃我風采”Flash大賽中獲最佳細節獎。
在參加課外競賽及各種活動之余,首屆智能班還自組織了以小組為單位的指紋識別考勤計時系統編程比賽,歷時一個月,比賽結束后評出了最優編程獎。然后返回給每個小組,再討論再修改,最終確定了最優版,申請了國家軟件著作權,于2010年5月份獲得審批。此次比賽成果是全班學生辛苦勞動的果實,凝聚了24位學生的智慧和努力。圖2展示了該系統的計算機軟件著作權登記證書。
2首屆畢業生畢業設計情況
2010年底,首屆學生進入本科畢業設計環節。在大家的共同努力下,全部學生通過了本科畢業設計。畢業設計的題目如表1所示。
3首屆畢業生去向
智能科學與技術專業首屆24名學生是2009年9月進入大三學習專業課的。目前,我們統計的畢業生去向,專業第1名放棄了保研指標,選擇出國留學,另外有4人保送本校讀研究生。選擇考研的學生還有12人,另外有3人選擇出國留學,還有2人選擇就業,如表2所示。
4經驗和教訓
我們對2007級智能科學與技術首屆畢業生的總體情況還是比較滿意,通過一系列教學改革,取得一定的成效,內容如下。
1) 人工智能基礎。此課程為智能科學與技術專業的理論基礎性課程,具有涉及的面比較廣、內容較多、變化較快的特點。我們結合人工智能學科的發展,在保證課程完整性的同時,盡可能增加學科發展的前沿內容。
2) 微機原理及應用、課程設計(微機原理)。微機原理及其應用是一門實踐性很強的課程,特點是計算機軟硬件結合非常緊密,需要經過大量的實踐環節學習。在充分分析本門課程特點的基礎上,我們對該課程作了如下教學改革:自行研制開發了一套實驗裝置,開發了配套的實驗項目,編寫了相應的實驗講義。圖3是我們使用的微機原理與單片機實驗裝置。
在教學方法上,教師讓學生在學習已有實驗項目的基礎上,做一些由簡單到復雜的新改動,直至最后設計出新的應用電路,并用相關器件實現。為了鼓勵學生親自動手制作電路板,教學團隊花費近3 000元,購買了各種電子元器件和電路制作工具,包括單片機芯片、集成穩壓電路芯片、各種傳感器、小鍵盤、電阻電容、印刷電路板、萬用表、電烙鐵等,保證每位學生都能設計并制作完成一個單片機控制系統。在課堂管理方面,我們實行小班授課,每班不超過30人。學生都很遵守課堂紀律,幾乎沒有遲到早退現象,為該門課程的學習營造了良好的學習氛圍。
3) 可視化程序設計。小班在實驗機房上課,課程將講解部分與上機練習結合起來,教師對每一個知識點進行講解后,讓學生立刻練習,提高學生的動手實踐能力。通過教師的課堂講解和學生的課堂練習,使學生達到融會貫通的程度。
4) 數據結構與算法分析。針對智能科學與技術專業對計算機軟件能力要求高的特點,我們壓縮了計算機專業的數據結構和算法分析兩門課程的學時,保證學生應用能力的培養,并編寫了相應教材。
5) 根據國內外高等教育的最新發展,我們對研究思路、內容、方法進行必要調整。英國、美國、馬來西亞等國近幾年開設了AI相關專業,并且多數與機器人結合。在2010版教學計劃中,我們也將機器人作為學生學習過程中的實驗平臺和設計實現對象,為此探討設立機器人組成原理課程[3],并在準備教材。我們還與南開大學、河北工業大學合作開發智能科學與技術專業的系列教材[4]。
另一方面,我們在辦學過程中也感覺到一些問題,和南開大學[5]的問題較為類似。
1) 專業宣傳方面的問題。
2) 沒有形成統一的教學指導委員會,各學校還處于單兵作戰階段。
3) 學校的重視程度不夠,經費投入有待加強。
4) 師資結構對其他學科的依賴程度較大,還未形成完整的師資隊伍,多數教師來自其他專業。
5結語
通過兩年的專業課學習,首屆智能科學與技術專業的全體學生在各方面都取得了不錯成績。多門基于專業課程開設的課程設計不僅增強了學生的動手實
踐能力,還加深了學生對專業知識的理解及掌握程度,很好地將理論學習與實踐教學結合起來。特別是在畢業設計階段,學生的論文題目都很有新意,充分體現出智能科學與技術專業的“智能”特點,而且學生在論文答辯環節全部順利通過。首屆畢業生中,出國和保研率達到54.17%,就業率達到45.83%,有很好的發展前景。通過研究首屆畢業生情況,我們認為智能科學與技術專業是一個很有發展潛力的專業,能夠將人工智能科學、計算機技術、智能控制等專業性較強的學術領域綜合起來,培養出具有綜合能力的優秀畢業生。
總結首屆畢業生情況,我們將在隨后的教學過程中進行如下改進:結合人工智能學科的發展,盡可能增加學科發展前沿的內容;針對學有余力的學生,布置學科前沿的自學內容;在教學中嘗試以作業的形式安排實驗內容[6]。同時,我們繼續保持小班授課方式,營造出良好的學習氛圍。在考核方面,結合平時、考試和答辯3種形式,來客觀、公正地評定學生,促進學生的全面發展。通過總結已有的教學經驗,吸取教訓,發展優勢,我們相信智能科學與技術專業一定會一步一步成為更加完備的、更有優勢的、更具時代特征的新型專業。
參考文獻:
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The Situation of the Major in Intelligence Science and Technology
in University of Science and Technology Beijing
LIU Jiwei, SHI Zhiguo, WANG Zhiliang
(College of Information Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)