模拟电子技术教学如何改革

分类：计算机网络论文发表 时间：2018-12-22 10:06 关注：(1)

　　为了增强学生对于模拟电子技术课程的兴趣和提高学生创新实践能力，探究了一种基于虚拟仿真模式下模拟电子技术教学改革。接下来小编简单介绍一篇优秀模拟电子论文。

　　模拟电子技术是高等院校所有强电和弱电类专业必修的一门专业基础课[1]。通过该课程学习，可以使学生掌握半导体器件、模拟电子线路及系统的概念和知识，为后续专业课程学习以及更高级的中大规模集成电路设计做好知识储备。然而，由于模拟电子技术课程具有物理概念抽象、分析方法复杂、工程特点突出等特点，因此学生普遍反映该课程学习起来理解难，掌握难，入门难[2]。加之传统的模拟电子技术课程讲授模式通常以教师课堂灌输理论知识为主，缺乏实践动手调试电路过程，因此学生学起来感觉难上加难。虚拟仿真技术是国家教育部在2013年提出并引入到高等教育改革中。虚拟仿真技术可以实现各高校优质资源开放共享，把各高校自身学科优势与专业特色更好地结合，建立优势互补的开放共享学术环境[3]。虚拟仿真技术是把虚拟现实、人机交互、大数据和网络通信等技术结合起来，用于实现实践教学过程中的虚拟实验平台、虚拟实验设备、实验电子线路、实验电子元器件的搭建和仿真[4]。本文采用Multisim10和HSPICE仿真软件对传统模拟电子技术课程实验进行改革探究，分别从电路板级和晶体管级进行模拟仿真，把抽象的物理概念和电子线路系统通过虚拟仿真技术客观地展现出来，增加了学生的理解深度，激发了学生的学习兴趣，拓宽了学生的创新思维。因此探究虚拟仿真模式下的模拟电子技术改革具有较好的应用意义。

　　1课堂教学内容改革

　　1.1虚拟仿真模式下的理论教学内容

　　随着电子技术新工艺、新技术、新方法的不断发展，传统的模拟电子技术教学内容已经不能较好地满足人才培养和社会发展需要[5]。传统的模拟电子技术教学内容主要体现为：①课程概念多、符号多、器件类型多、分析方法多。②课程知识点比较分散，理论衔接少，综合运用几乎无。③课程知识较为陈旧，教材只注重理论分析，缺少工程实践运用[6]。以上三方面的缺点制约了学生学习的积极性，限制了学生的创新思维，不利于学生对于课程知识的掌握和运用。本文提出的基于虚拟仿真模式下的理论教学内容作了以下三方面探究：第一，在课程知识点讲授上采用工程项目向导法，按照“提出问题，分析问题，解决问题”三步走策略。以设计一个固定直流稳压电源为例。第一步，给学生提出设计一个固定直流稳压电源的命题，使他们知道模拟电子技术可以解决该类实际工程问题。第二步，跟学生一起分析设计固定直流稳压电源所需电路结构。欲使220V工频交流电变成5V固定直流稳压电源，电路系统应包含四部分子电路：①变压器子电路。通过该电路首先把220V的工频电压变成5V左右的目标电压。②整流子电路。通过该电路给学生讲解整流原理，利用二极管中PN结的单向导电性可以实现电压波形整流。具体整流方法包括半波整流法、全波整流法、桥式整流法。③滤波子电路。通过给学生讲解电容、电感的物理模型和基本原理以及电路频率响应方面的知识，利用电容、电感实现电压波形滤波。④稳压子电路。通过该电路讲解稳压管原理以及集成稳压芯片的功能和使用。第三步，确定固定直流稳压电源各子电路后，给学生发放电子元器件进行焊制电路板。首先通过AltiumDesigner软件绘制电路板图并且进行制板，制板完成后进行焊接元器件，最终进行实物调试测试。这样一个固定直流稳压电源就按照工程向导法设计完成了。通过该项目，学生在解决实际工程问题中学习了模拟电子技术课程中的知识链，激发了学生学习兴趣和创新思维。除了直流稳压电源以外，课程的其他内容也可以按照工程向导法来讲，如信号运算处理电路、功率放大电路、波形产生和处理电路等。第二，在模拟电子技术理论教学中引入虚拟仿真软件的学习。随着电子技术的日益更新，各类计算机辅助设计软件层出不穷。其中美国国家仪器(NI)推出的电子设计仿真软件Multisim10和目前中大规模集成电路设计中广泛采用的仿真软件HSPICE就是很好的代表。通过学习Multisim10仿真软件，学生可以把所学的模拟电子技术知识通过仿真直观展现开来。通过HSPICE仿真软件可以从更底层的半导体器件及对电路进行模拟仿真，通过搭建模拟电子线路和设置各类晶体管的参数，最终可以从仿真结果中得到电路性能的各项指标参数。第三，在模拟电子技术理论教学中加入大学生电子设计竞赛的知识。随着大学生电子设计竞赛越来越有影响力，近年来许多世界知名企业也都积极加入进来，使其命题越来越具有工程实用价值。回顾历年电子设计竞赛的题目，通常包含以下几个类型：电源类、信号源类、自动控制类、无线电技术类、仪器仪表类。所涵盖的知识点包括：模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、可编程逻辑器件等[7]。因此在模拟电子技术理论教学中加入一些电子设计竞赛中关于模拟电子技术的命题，启发了学生的发散思维，增强了学生的创新能力。

　　1.2虚拟仿真模式下的实践教学内容

　　传统模拟电子技术实践教学主要采用模拟实验箱方式，即学生通过使用实验箱上现成的集成模块，用插线来构造各类模拟电路[8]。但是这种传统实践教学方式存在诸多弊端：①由于模拟实验箱采用插线孔方式，学生在实验过程中容易造成插针折断、接触不良等问题。另外，随着机箱设备老化、插线虚断等问题，影响实验过程和结论。②模拟实验箱采用模块化集成方式，只包含了一些课本上涉及的知识模块，如：电子元器件、运算处理电路、功率放大电路等。如学生想要做一些创新性实验，学校必须从厂家购买新的模块，增加了实验成本，另外一些创新性实验并没有现成模块。③采用实验箱集成模块化实践教学方式，时间久了学生就会形成固定模块化思维，认为模拟电子技术只能做些课本实验和应用，制约了他们的发散思维和创新能力。基于虚拟仿真模式下的实践教学改革作了以下两方面探究：第一，采用美国国家仪器公司(NI)的仿真软件Multisim10代替传统的模拟实验箱做一些综合类实验。由于综合类实验所需的子电路模块较多，电路较为复杂，因此可以尝试让学生用Multisim10仿真软件设计该类实验。图1为基于Multisim10设计的固定直流稳压电源，其中包括了整流电路、滤波电路和稳压电路。电路的各项指标参数可以通过仿真进行调试。图2为通过Multisim10设计完成电路后动手制作的固定直流稳压电源实物。第二，采用HSPICE仿真软件从晶体管级对模拟电子线路进行仿真。随着电子技术的不断发展，集成电路工艺在电子产品研发中越来越重要，因此模拟电子技术实践教学中应相应地增加集成电路设计的内容。例如：教材中关于集成运算放大器只介绍差分输入级、中间放大电路、功率输出级、电流偏置，具体各部分电路结构以及各元器件参数指标都没有提及，学生学习完之后仍然无法更深层次理解相关知识。HSPICE仿真软件可以从晶体管级对电路进行仿真调试。图3为基于HSPICE设计的集成运算放大器仿真原理图。

　　2课堂教学方式改革

　　传统的模拟电子技术课堂教学方式是采用教师灌输法，即通过学生课前预习，教师上课讲授，学生下课作业的方式。基于虚拟仿真模式下的模拟电子技术课程教学采用“理论讲授+虚拟仿真+课后实践”模式，即教师在课堂上采用工程项目向导法，把一个工程项目类的所有知识链按照正常的教学计划向学生讲授，学生在掌握该项目所需知识后先通过Multisim10或HSPICE软件进行虚拟仿真，电路功能确认实现后再进行动手实物焊接和调试。

　　3课堂教学考核方式改革

　　为了能够准确而全面地考核学生在一学期内对于模拟电子技术的掌握程度，期末考试采用“试卷考核+项目实验考核+日常表现考核”形式。试卷考核方式采用百分制，试卷内容将涵盖课本理论和虚拟仿真知识。主要考查学生对于理论知识和虚拟仿真知识的掌握情况，其成绩占综合成绩的50%。项目实验考核也采用百分制，主要考查学生的创新思维和实际动手能力。具体形式为教师给出若干道项目实验类命题，其主要内容涵盖模拟电子技术知识，然后由学生随机抽题进行作答，两周后学生以(工程项目文件+实物演示)的形式进行考核试卷提交。其中工程项目文件包括：仿真原理图、电子元器件参数表、PCB原理绘制图。实物演示部分由学生当面向教师演示实物功能。项目实验考核成绩占综合成绩的30%，日常课堂表现与课后作业完成情况占20%，最终综合成绩合格的学生拿到相应的学绩绩点。实践证明：该课程教学考核方式符合应用型本科院校培养目标。

　　4结束语

　　本文提出的基于虚拟仿真模式下的模拟电子技术教学改革分别从理论教学内容改革、实践教学内容改革、课堂教学方式改革、课堂教学考核方式改革进行探究。实践证明基于虚拟仿真模式下的模拟电子技术教学改革增强了学生的创新思维和动手能力，同时提高了学生学习该课程的兴趣，为学生今后从事相关工作做好知识储备，能够较好地满足应用型本科院校的人才培养目标。

　　参考文献：

　　[1]李蛇根.《模拟电子技术》教学中发散思维探索研究[J].沈阳师范大学学报(自然科学版)，2011，29(2)：330-332.

　　[2]储开斌，杨长春，朱正伟.虚拟项目教学法在模拟电子技术教学中的应用[J].实验室科学，2011，14(3)：109-111.

　　[3]胡今鸿，李鸿飞，黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制研究[J].实验室研究与探索，2015，34(2):140-145.

　　阅读期刊：激光与光电子学进展

　　《激光与光电子学进展》(月刊)创刊于1964年，由中科院上海光学精密机械研究所和国家惯性约束聚变委员会联合主办。获奖情况：1995年获全国光学期刊一等奖;1996年获上海市优秀期刊表扬奖;1997年获中科院情报工作优质服务奖.