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EDA即电子设计自动化,以计算机和仿真软件为工具,可以完成整个电路从系统级到物理级的设计与分析。常用仿真软件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等,考虑到Multisim先进的电路仿真和设计功能且一年级时曾作为学生的自修课程,本次教学研究采用Multisim软件。在模拟电子技术的理论教学中,对于那些概念分析抽象、不易理解的部分,利用Multisim,教师可以构建电子电路模型进行仿真演示,通过波形图和数据直观展示各种参数变化和虚拟故障对电路静态动态性能的影响,具体而又生动,不仅可以加强学生对理论知识的理解,还可以激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效果。例如在模拟电子教学中第一次讲解共射放大电路时,很多同学对放大线路中各个节点的波形分不清楚,不知道直流信号和交流信号如何叠加在同一个电路中,电路中各节点信号的相位关系如何觉得难以理解。传统教学中,仅仅靠在黑板上画图讲解,教师难讲,学生难懂,费事费力效果却不好。现在针对这个问题,教师可以通过Multisim搭建基本共射放大电路模型,设置模型参数,观察仿真波形。共射电路输入信号(节点2波形)和输出信号(节点5波形)的反相关系,并且根据波形的峰值可以直接算出电路的电压放大倍数。节点2和节点4波形是静态工作点电压和交流信号叠加信号,c1和c2两个电容起到隔直作用。通过Multisim软件的演示过程,直接把抽象的理论转化成直观的视觉感受,电路各点波形在学生的脑海里留下深刻的印象,教学效果事半功倍。教学过程的前期,可以在课堂上现场建立电路模型,演示如何进行仿真,让学生逐渐掌握Multisim的使用。在教学过程的中后期,随着学生对Multisim软件的熟悉,为了节约课堂时间,可以事先把教材中需要讲解的电路模型搭建好,用到时直接调用即可。通过这种理论教学和软件演示相辅相成的教学方式,使得学生把电路原理、工作波形和数学关系等紧密结合在一起,全面掌握模拟电路的基础理论,更好地理解这门课程。
3.EDA技术在模拟电子技术实践教学中的应用
模拟电子技术在传统的教学过程中,实践教学基本都是基于实验平台操作。实验平台的特点是安全、便于操作,但是平台电路有限,只能覆盖课程教学中一部分基础电路,基于实验平台的实验基本都是验证型实验,且操作过程中平台电路元件易损坏,不能很好地达到锻炼学生动手能力的目的。这就使得学校教学比工程实际滞后,不利于工科应用型人才的培养,造成学生眼高手低,进一步影响学生的就业和发展。因此,模拟电子技术实践教学中引入仿真软件,将平台实验和软件虚拟实验结合,先采用软件对实验进行设计仿真,后平台实验进行实际电路搭建,既加强了学生对理论的理解,又突出了学生的动手能力。实践教学分成两部分,第一部分是基本电路的验证和演示实验,加深学生对书本基础理论的理解。该部分实验相对比较简单,学生主要在实验平台上进行操作,同时以Multisim仿真为辅,对一些在实验平台上难以操作的部分进行仿真验证。如研究静态工作点对电路动态性能的影响,实验平台操作只能观察电路中的一个电阻参数改变对电路输出波形的影响,而在虚拟仿真平台上,可以对电路中所有涉及到静态工作点的元件参数进行更改,进而观察电路波形的变化,并且还可以连续改变元件参数对波形的变化进行实时观测。第二部分是模拟电子技术课程设计,要求学生自己分析设计一个较大规模复杂模拟电路,给出严格的设计思路、理论推导和元件选型依据,在仿真软件平台上搭建出具体电路模型并通过仿真实验验证,然后进行实际电路焊接,充分发挥学生的主体作用,调动学生对该课程学习的主动性、积极性和创造性,提高学生对模拟电路的认识分析能力和创造能力。
2要引导学生进行思维方式的转变
模电作为一门技术基础课,有其自有的特点和规律,其课程更重视理论与实践的结合。一般教学计划都是电工基础安排在模电课程之前来作为模电的基础课程,但如果不加分析地用电工基础的分析方法去分析模电,可能不会得到正确的结论。模电的理论有其自身的特点,表现在:第一,模电主要的电子器件二级管、三级管都是非线性器件,这与线性电路的分析和计算是有很大区别。第二,模电的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道决定静态工作点,而交流通道是信号的通道。第三,反馈网络是模电经常使用的电路,不管是运算放大器还是振荡器都必须有反馈网络的构成。以上几点正是学生学习模电的难点,因此在讲课过程中,要让学生了解这些特点与难点,调整思维方式和学习方法,使学生能够正确把握这门课程的学习特点。以下通过几个实例说明如何引导学生思维方式的转变。
2.1非线性电路与估算
在模电中常用的二极管、三极管的伏安特性为非线性,一般称为非线性元件,而电阻、直流电源的伏安特性为线性,一般称为线性元件。在模电中线性元件与非线性元件共同组成各种电路,那么电路的计算问题在电工基础中并未涉及,那么计算这种电路目前使用估算法、图解法。有的同学往往提出为什么不用解析法,而那样计算的不是更精确吗?在讲解这类问题时要给学生讲清楚估算法在工程计算中是非常重要的,它能使有些计算问题变得简单,能较快地解决实际问题,而用解析法,一是目前学生的数学知识不能解决这种问题,二是如果能用高等数学的方法解决,但过程过于繁杂,虽然计算精度高,但与估算结果差距不大。因此在这里要让学生思维方式有一个转变。
2.2放大电路的直流通路与交流通路
在模电的放大电路中,直流通路和交流通路的分析也是模电独特的电路分析方法,由于二极管、三极管中PN结死区电压的存在,必须在交流信号通过放大电路时有一个直流电压及电流的存在,这样才能保证交流信号不失真地通过放大电路。这也是学生需思维转变的一个重要方面。对于三极管、电阻、电容、电感、电源等电子元器件,它们分别在直流电及交流信号激励作用下的不同响应决定了它们在直流电及交流信号中所起的不同作用,这些都是分析复杂放大电路的基础。很难想象不清楚放大电路直流通路和交流通路的学生能够学习好这门课程。
3通过课程综合实验提高学生的整体水平
由于模电是一门与实践联系非常密切的技术基础课,通过一些综合实验来提升学生的理论水平和实践技能是非常重要的,因此在课程讲完之后,笔者就安排一个超外差式收音机综合实验来提升学生模电的理论水平和实践能力。读图——提升学生的读图能力,课上讲的模电电路一般是各类单元电路,如共射基本放大电路、振荡电路、功率放大电路等。通过综合实验课可以将各个电路串成一个整体,笔者通过对一个超外差式收音机电路图进行整体讲解和分析,来提升学生模电电路的整体分析能力。一般超外差式收音机的电路组成为变频级——中放级——检波级——低频放大级——功率放大级,对照理论教学所讲授的内容,变频级对应振荡电路及基本放大电路,而该放大电路又工作在非线性区属非线性放大,这样才能混频输出差频信号,在这里还要补充讲解一下放大电路的非线性特性及应用,这样使学生对三极管有了更深刻的认识,平时常常强调放大电路要工作在线性区,似乎非线性区是不可用的、多余的,但通过这样一个实例让学生明白,三极管放大电路工作在线性工作区时可进行线性放大,工作非线性区时可以进行混频等应用。这样一级一级来分析后面的中频放大电路、检波电路、低频放大电路、功率放大电路等。实践证明,通过整体电路的分析与讲解,学生的读图和分析能力得到了明显的提高。
二、课程教学探讨
1.灵活运用多种教学手段。
学生上理论课普遍感觉比较抽象、较难理解与掌握,合适的教学手段显得尤为重要,板书和多媒体相结合的教学手段对于一般本科学生比较合适。教师在黑板写的时间,学生有短暂的时间进行消化和记笔记,有利于对内容的即时理解和课后复习,使得大部分学生能跟上老师的授课进度。比如,在讲授到三极管基本共射极放大电路时,学生对于小信号等效电路画法比较难于掌握,而仅仅用多媒体授课放映效果不理想。教学中可以结合板书,分步画出三极管的H模型,结合小信号等效电路的依据,在黑板上一步步画出来,学生理解起来就更方便。这在模拟电子技术中是比较基础的理论内容,基础内容讲透了,有利于后续章节的顺利展开。但是对于某些比较难用语言描述的概念或者复杂的演变过程,使用多媒体动画效果进行讲解可以更形象生动,使学生更易于理解。例如,P、N型半导体中电子的扩散与复合,晶体管、MOS管器件中的电子、空穴的运动,电流的运动以及器件的制造工艺过程等。这些内容如果采用板书,画图太多、耗时较长,也很难做到形象表达。若用多媒体加上Flas的方式学生就会更感兴趣,有利于知识的理解。需要注意的是多媒体教学课件画面切换快,学生记笔记跟不上,授课时注意放慢速度,讲清基本概念和基本分析方法,适当结合板书对内容作出提纲挈领性的总结。这样结合多种教学手段既缓解了课程内容多与学时数明显不足的矛盾,又发挥了多媒体教学省时、直观、形象的优点,因此受到了学生们的普遍欢迎。
2.营造讨论式教学环境,加强课外辅导。
为增强学生学习的主观能动性,教师可结合实际的学习状态引导学生思考问题,每节课上教师可以适当提出1-2个比较有代表性的问题,供学生探讨,这一过程不仅激发了学生的兴趣也提高了学生的思维能力。总结之前的教学效果,教材的后面章节,比如反馈、功率放大等,学生理解起来就很困难,学习兴趣急剧下降。每周设置1-2个课外的时间段老师给学生们答疑解惑,在学与问的过程中,学生对每堂课的内容能及时消化和吸收,这样学生对整体内容能更好地进行理解,学会融会贯通,达到较好的教学效果。
三、重视实践教学,加强动手能力的培养
1.加强实验教学过程管理。
模拟电子技术实验大纲中包括验证性和综合性实验,其中验证性实验总计有8个,选做5个;综合性实验有2个,选做1个。实验采用自编的实验指导书,书中包括实验目的、实验原理、实验使用仪器、实验操作步骤和思考题等等,要求学生结合实验原理和思考题认真完成实验预习报告,学生在每次实验前对实验项目有基本理解,教师批阅后再根据情况进行讲授。在实验过程中,摒弃传统的“老师做、学生看”的教学模式,我们要求学生自己调试电路和操作实验仪器,独立排除实验故障,找出问题、原因,必须在规定的时间内完成每个实验项目。实验报告中学生需对数据进行处理、分析误差,对实验现象做合理的分析及总结,提出改进意见与措施。这样学生能结合理论与实践,动脑动手相互结合,提高实验的教学效果。
2.重视课程设计,解决实际问题。
课程设计是学生把理论知识应用于解决实际问题的一个重要的实践环节,是培养学生实践技能的重要手段,可以提高学生理论结合实际、分析问题和解决问题的能力。应用性本科学校培养学生的主要目标为未来的技术人员和工程师,动员和组织电类学生开学初准备基本的实践工具,比如电烙铁、万用表、斜口钳、焊锡等等。学校专门设置1周的时间进行本门课程的设计,如何充分利用有限的时间,引导学生综合运用所学的基本理论知识,来分析问题、解决实际问题呢?教师可先给学生提出基本要求,给出一些参考题目,为发挥学生的主观能动性,学生也可自拟题目。课程设计分组进行,要求每组限2名学生。在课程设计教学中要求学生充分利用图书馆和网络资源,学生学会怎样查资料、怎样看资料,如何从资料中获取有用的信息。对于兴趣浓厚的学生可以结合每年的校园科技节活动和大学生创新训练项目,给学生更大的平台去实践锻炼,对于学生的科技成果,还应指导学生试着撰写科技小论文,实践联系理论,提高其科研能力。
3.强调专业仿真软件的运用。
随着计算机的发展,利用计算机的仿真软件对电路进行验证、设计和分析已成为一种趋势。主要原因有:(1)计算机仿真不局限于地点和时间,比较方便,用电脑装好软件就可以进行电路的设计;(2)其可替代采用简化电路模型搭接实际电路进行验证的传统设计方式,同时可有效地对电路参数确定和方案选择,并在设计初期对产品的性能进行可靠预估,从而提高设计质量、缩短设计时间、节省设计费用,因此成为了现代设计中重要的组成部分;(3)利用仿真结果得出电路性能受电路中某些关键参数的影响,可更好地理解电路的特性和性能指标,对实际电路设计和调试具有重要指导意义。目前电子技术中应用较广泛的仿真软件有Proteus、Pspice和EWB等等。教师对于刚刚接触仿真软件的学生,应先结合实际情况讲解一个软件的基本用法,系统地介绍相关的电子资料和软件安装的方法。随着电子产品的普及,大学生基本上都有个人电脑,挖掘其自学能力,对引导其触类旁通具有现实意义。对于课本上难理解的内容,比如放大电路的幅频特性等可通过仿真实现,通过仿真过程与结果分析能更好地理解和掌握理论知识,而且学习好一门软件对于今后的学习和工作起着很重要的作用。
四、重塑培养方案,改革评分机制
传统的培养方案是理论课、实验课和课程设计加起来是一门课程,教师评出总成绩,实验课和课程设计只是作为总成绩中平时成绩的一部分。改革后理论课、实验课和课程设计分列为三门子课程,三门课程各给出总评成绩。理论课评分是按照“3+7”的机制评分,实验成绩按照“3+4+3”机制评分,课程设计按照“1+4+5”机制评分,详细评分机制如表1所示。改革前实践成绩比重偏低,很难考查出学生的动手能力,学生对实践环节总是马虎、敷衍,心里想着实践成绩不理想,还可以靠期末笔试成绩提起来。评分机制改革后,学生比较重视实践教学,做实验和课程设计的积极性明显提高。
五、总结
1.经过学校上述教学探索和实践,使得教学形式多样、生动活泼,学生自学能力和动手能力的培养收到了良好的效果。
学生感觉模拟电子技术虽然有点儿难,但是他们觉得能学到许多知识。
对电气自动化技术专业职业岗位能力进行分析,《模拟电子技术》课程专业技能有:电子元器件应用技能,电子电路应用技能,电子电路设计技能,电子产品安装、调试及初步开发技能;《模拟电子技术》课程能力拓展有:本课程工程实践能力、创新能力、团队协作能力。在确定了《模拟电子技术》课程的技能要求后,再以各类电子电路为载体,来确定教学内容。
1.2教学内容的选取充分体现职业技能和综合素质训练的特点
通过对企业职业岗位的调研,根据高职高专教学理论及职业岗位知识能力要求分析本课程,把实用电子电路如直流稳压电源、晶体管延时释放电路、正弦波振荡电路、音频功率放大器等电子产品的制作与调试作为教学的主线,按电路的结构进行剖析,分解成若干个项目,每一个项目中又用若干个任务来承载,以任务驱动式的方式,体现对学生职业技能和综合素质的训练。
1.3构建《模拟电子技术》课程体系
首先,《模拟电子技术》课程要学习基本电子器件,这部分内容要突出各种电子器件的基本结构、工作特性、主要参数及应用这条主线;其次,电子电路部分,要从静态和动态的角度分析电路的工作情况,这部分内容要突出放大电路的三种组态这条主线。
2多种教学方法和手段在课程教学中的有机结合
2.1传统板书教学与多媒体技术教学相结合
《模拟电子技术》作为一门专业基础课,理论教学是必要的而且是重要的,学生只有掌握了必须的和够用的基本理论,才能进行实践活动。传统的理论教学手段是“粉笔+板书”的模式,这种教学手段便于学生与教师的直接交流,有效信息保留的时间长,便于学生思考和记笔记,特别是对电子电路图的来龙去脉有清晰的理解和认识,但画图费时间,影响了教学的进程,教学效率较低。采用电化多媒体教学,教师能从大量的板书解脱出来,可以预先将大量的教学信息存储起来,并且可以反复取出,不断加深学生的印象,但有效信息保存的时间过短,不利于学生的思考和记笔记。实践证明,传统板书教学手段在模电教学中,优势更明显,特别对高职学生来说,更加适用,故笔者坚持一堂课三分二时间用板书教学,三分之一时间用多媒体教学。
2.2引入实例,激发求知欲望
目前,大部分高职学生对理论学习兴趣不大,如果不改进教学方法,势必会使学生越来越厌学,到头来大部分学生理论不懂,技能也不会。因此,根据高职学生的职业要求和模电在日常生活中的应用情况,在课堂教学中应该努力提高学生的学习兴趣,古语云:“好之者不如乐之者”,这充分说明,能激发学生的学习兴趣对学好一门课程的重要性。因此在每一个课程单元的讲授中,都需引入与之相关的示例,譬如,讲授到二极管这一单元时,先引入实际中的直流稳压电源这一实例,可以是实物也可以是图片,再说明没有二极管,也就不可能得到直流电源,学生的兴趣上来后,再讲解二极管的基本结构、工作特性及主要参数,这样可以让学生在精神振奋中愉快地接收这个知识单元。
2.3精心备课、激情讲解
对于高职学生来说,精心备课、激情讲解尤为重要,因为高职学生基础相对较差,理论知识的接受相对缓慢,稍不留意,就会出现上课讲话或打瞌睡的情况,激情的讲解,巧妙的提问可以缓解这种现象。2.4反复练习,进行章节测试在平时的教学中,根据内容的重、难点,反复练习,从而达到巩固所学知识的目的。严格的练习和测验,还能使学生养成良好的学习习惯和严肃认真的学习态度。
2.5进行课外质疑
课后立即抽一部分学生对所学内容进行质疑,以反思教与学的情况,同时也带动了学生的学习主动性。
2.6组织班级学习小组
高职学生自主学习的主动性相对较差,为了改变这种现象,先组织一部分班级学习成绩较好的同学,成立学习小组,每周活动一次,任课教师到场指导,以部分带动全部,班级的学习积极性有了很大的提高。
2.7学生模拟讲课
提前一周把需要模拟讲课的内容告知学生,模拟讲课的时间控制在10分钟左右,学生准备教案,老师检查并提出修改意见,学生讲完后,进行学生互评、教师点评、教学补充。这样有助于锻炼和提高学生的社会交际能力;有助于学生表达能力的提高;有助于营造教学相长的学习氛围;有利于培养学生自主学习的能力。
2.8进行课外制作
精选10个左右实际应用电路,如:可调直流稳压电源、水位开关、触摸开关、声光控节能灯、耳放电路、音频功率放大器等。在讲授相应部分的理论内容之前开始布置题目,这样学生就会带着问题听课,要我学变成了我要学。该部分理论内容讲授完后,学生就要去购买元器件,进行焊接制作,在制作过程中,学生对实际的电子元器件的工作原理、主要参数、管脚判别就有了新的认识。要求每个学生单独制作,一周后老师进行验收,并记录平时成绩。没有通过的,展开讨论,查找原因,这样既锻炼了学生的动手能力又促进了理论的学习。
2.9参加技能大赛
提升创新能力、实际工程应用能力和团结协作能力在班级成立兴趣小组,利用课外时间进行科技活动,指导他们绘制PCB板图,并利用制版机设备自行加工制造PCB板,使学生掌握电子线路设计的全过程,为他们以后参加各类电子设计大赛打下良好的基础。
2.10仿真训练
利用EWB仿真软件对模拟电子技术中的单元电路进行仿真。由于教学时数的限制,教师在课堂上只须简要的讲解该软件的使用方法,其余留给学生自学。每讲完一个单元电路,就布置EWB仿真作业,并记录平时成绩,这样能充分发挥学生的主观能动性和创造性,培养学生的专业能力和方法能力。
3实践教学环节的改革
《模拟电子技术》课程作为一门应用技术,具有很强的实践性,必须加强实践教学环节。实践教学是培养学生技能的重要途径,能够有效地提高学生分析问题、解决问题及理论联系实践的综合素质。实验必须由验证性、综合性和设计性实验三部分组成。目前,大部分学校都是教师少、实验时间短(一个实验基本上是两节课),为了解决这个矛盾,要求学生实验前必须预习。每个实验就是一个项目,实验的每一步就是一个子项目,指导教师在实验过程中,对每一个子项目进行验收,现场评分,这样极大地提高了学生实验的积极性,对提前做完的学生,加做实验,验收通过后加分。
4考核方式的改革
2改变传统授课方法,首次尝试“三段九步”
在每个知识点上,我们都设置了“三段九步”的教学组织形式,其中“三段”指的是“任务准备阶段”、“任务实施阶段”和“总结和考核阶段”。“九步”指的是“分组”、“下达项目任务书”、“教师分解任务”、“分组讨论任务”、“任务分析设计”、“项目制作”、“项目验收考核”、“总结汇报”和“教师点评”。在整个教学设计中,我们主要强调的是充分发挥学生的主观能动性,让学生自己去发现知识点,找到自己的薄弱环节,用每一个任务去驱动学生主动地学习,查找资料。
3提高学生学习兴趣,增强自主学习能力
在教学过程中旨在提高学生的学习兴趣,培养学生的自学能力,教师起到引导的作用。由于之前学生没有这样上过课,所以学生在整个课程的学习中兴趣还是很浓厚的。每一个项目都要求学生自己查阅相关资料,在正式进行项目制作之前通过各种渠道进行知识的储备和积累,教师进行提示,把学生应该在本项目中掌握的知识点以任务书的形式传达下去,很大程度上提高了学生的自主学习能力,学生能够在项目任务书中看到任务的趣味性,能够真正提高兴趣,自己想学,去学,从而达到教学的目的,做到做中学,学中做,学生在项目制作中如果遇到问题,教师也是起到引导的作用,引导学生自己去解决问题,可以给学生提供解决问题的途径,或者给学生提出合理化的建议,当真正遇到大多数学生都解决不了的问题的时候,才集中给学生做讲解,尽量避免传统教学中“满堂灌”的教学模式,使学生不会感觉枯燥乏味,对学习这门课程产生兴趣。用问题去引导学生向着更深层面的去发掘。举个例子,在学生制作“声控电子猫”的时候,项目初始时,学生只要能让电子猫的眼睛(两个发光二极管)发光,发出叫声(蜂鸣器响)就可以了,之后对学生提出新的要求,能够让眼睛眨起来,叫声忽高忽低,提出这些要求之后,学生就开始主动通过上网、查阅书籍,想办法去解决问题,最后有一部分学生能够基本完成任务并把自己经验分享给其他同学。学生的学习兴趣提高了,学习态度和学习中的一些不良习惯也慢慢改善了,例如个别学生在第一次项目中积极性很差,在经过了几个项目的制作后可以将自己融入到小组中,服从小组的分工,尽力的去完成应当完成的各项工作。
4增强学生团队意识,培养学生职业素养
在这门课程中,我们重点强调团队协作,考虑到将来学生走上社会,走上工作岗位,面临着和人相处,与人合作的问题,所以在课程的组织上,我们尽可能多的考虑学生职业素质的培养,我们在每次项目进行之前都对学生进行趣味性的分组,既保证学生分组的公平性,随机性,还要顾及到分组的趣味性,在项目制作的时候,学生的考核主要是采取过程考核的方式,将学生在项目制作过程中对学生的表现进行采分,而且要让学生明白个人的表现不仅仅影响着个人的成绩,还与小组成绩息息相关,而每个人都要以小组成绩作为基分,才能够得出最后的个人总分,由此可见,团队协作的重要性,每个人都不是独立的个人,每个人的背后都有团队,要在所有项目进行完之后,把团队协作的理念潜移默化的给学生灌输进去。我们在进行考核分数的设定上也充分考虑到了小组与个人的这种相互作用的关系。在每一个项目结束之后还要求学生针对自己所做的项目进行PPT汇报,一方面能够使学生对自己的学习过程做一个总结性回顾,另一方面还可以培养学生的计算机能力和口头表达能力。学生从第一个项目生涩的语言组织,简单的幻灯片发展到最后能够声情并茂的去讲解自己制作的精美PPT,这也是一个非常大的进步,相信能给他们今后的职业生涯奠定一定的基础。
5促进教师能力的提高
这一点作为教师感触颇深,以前进行传统授课,需要提前备教材,备学生,现在进行改革模式的教学,课上做的事少了,可是课下却要进行更加充足的准备,寻找合适的项目,既要满足知识点的要求,又要有一定的趣味性,构思整个项目制作的安排,考虑到学生在项目制作过程中可能遇到的问题,能否提出解决的方案,在这个过程中,需要查找大量的资料,以前是讲什么看什么,而现在则需要参考很多的东西,涉及很多的领域,在知识的储备上也有了一个较高的要求,要站在一个宏观的高度上去看待每一个项目,包括这个项目最后要达到的效果,都需要提前做好设想。
2要引导学生进行思维方式的转变
模电作为一门技术基础课,有其自有的特点和规律,其课程更重视理论与实践的结合。一般教学计划都是电工基础安排在模电课程之前来作为模电的基础课程,但如果不加分析地用电工基础的分析方法去分析模电,可能不会得到正确的结论。模电的理论有其自身的特点,表现在:第一,模电主要的电子器件二级管、三级管都是非线性器件,这与线性电路的分析和计算是有很大区别。第二,模电的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道决定静态工作点,而交流通道是信号的通道。第三,反馈网络是模电经常使用的电路,不管是运算放大器还是振荡器都必须有反馈网络的构成。以上几点正是学生学习模电的难点,因此在讲课过程中,要让学生了解这些特点与难点,调整思维方式和学习方法,使学生能够正确把握这门课程的学习特点。以下通过几个实例说明如何引导学生思维方式的转变。
2.1非线性电路与估算
在模电中常用的二极管、三极管的伏安特性为非线性,一般称为非线性元件,而电阻、直流电源的伏安特性为线性,一般称为线性元件。在模电中线性元件与非线性元件共同组成各种电路,那么电路的计算问题在电工基础中并未涉及,那么计算这种电路目前使用估算法、图解法。有的同学往往提出为什么不用解析法,而那样计算的不是更精确吗?在讲解这类问题时要给学生讲清楚估算法在工程计算中是非常重要的,它能使有些计算问题变得简单,能较快地解决实际问题,而用解析法,一是目前学生的数学知识不能解决这种问题,二是如果能用高等数学的方法解决,但过程过于繁杂,虽然计算精度高,但与估算结果差距不大。因此在这里要让学生思维方式有一个转变。
2.2放大电路的直流通路与交流通路
在模电的放大电路中,直流通路和交流通路的分析也是模电独特的电路分析方法,由于二极管、三极管中PN结死区电压的存在,必须在交流信号通过放大电路时有一个直流电压及电流的存在,这样才能保证交流信号不失真地通过放大电路。这也是学生需思维转变的一个重要方面。对于三极管、电阻、电容、电感、电源等电子元器件,它们分别在直流电及交流信号激励作用下的不同响应决定了它们在直流电及交流信号中所起的不同作用,这些都是分析复杂放大电路的基础。很难想象不清楚放大电路直流通路和交流通路的学生能够学习好这门课程。
3通过课程综合实验提高学生的整体水平
由于模电是一门与实践联系非常密切的技术基础课,通过一些综合实验来提升学生的理论水平和实践技能是非常重要的,因此在课程讲完之后,笔者就安排一个超外差式收音机综合实验来提升学生模电的理论水平和实践能力。读图——提升学生的读图能力,课上讲的模电电路一般是各类单元电路,如共射基本放大电路、振荡电路、功率放大电路等。通过综合实验课可以将各个电路串成一个整体,笔者通过对一个超外差式收音机电路图进行整体讲解和分析,来提升学生模电电路的整体分析能力。一般超外差式收音机的电路组成为变频级——中放级——检波级——低频放大级——功率放大级,对照理论教学所讲授的内容,变频级对应振荡电路及基本放大电路,而该放大电路又工作在非线性区属非线性放大,这样才能混频输出差频信号,在这里还要补充讲解一下放大电路的非线性特性及应用,这样使学生对三极管有了更深刻的认识,平时常常强调放大电路要工作在线性区,似乎非线性区是不可用的、多余的,但通过这样一个实例让学生明白,三极管放大电路工作在线性工作区时可进行线性放大,工作非线性区时可以进行混频等应用。这样一级一级来分析后面的中频放大电路、检波电路、低频放大电路、功率放大电路等。实践证明,通过整体电路的分析与讲解,学生的读图和分析能力得到了明显的提高。
二、学习模拟电子技术的目标要求
首先是能力目标:学生能够使用仪表对电子元件进行识别与检测;能够电路识图、按图进行电路焊接;能对典型电路安装、调试、检测、维护;能模仿设计简单电子产品。其次是知识目标:学生熟悉二极管、三极管性能特点及其应用常识;掌握共射极放大器、共集电极放大器、差分放大器等分析和计算;掌握集成运放的线性和非线性的应用与分析;掌握直流稳压电源的分析与设计。再次是素质目标:学生能够运用现代信息技术,寻找、搜索素材并做相应的修改;在项目训练过程中会出现各种差错,能够耐心处理,并能按照要求完成任务;项目业务操作过程中锻炼善于交流、善于沟通的能力;项目实施中能够执行安全的操作步骤。
三、模拟电子技术课程整体设计过程
(一)课程项目来源调研
通过模拟电子技术课程的学习,使学生掌握电子产品生产技工所需的理论知识和产品安装、调试技能,培养良好的安全操作习惯和合作交流能力,为学生就业及持续发展打下扎实的基础。因而课程项目的设计就是课程整体设计的重点与难点。课程项目设计需要先易后难,先简后繁,循序渐进。
(二)项目设计
学习项目设计的基本依据是模拟电子技术课程涉及的工作领域和工作任务范围,在具体设计过程中,以学生身边常见的电子产品为载体,使工作任务具体化,产生了具体的学习项目。其编排依据是该职业所特有的工作任务逻辑关系,而不是知识关系。课程组最终以真实的项目为基础,按照典型产品制作及典型电路的工作过程设计了LED闪光器、电子助听器、呼吸灯三个个项目(如图),共15个子项目,每个子项目完成是由若干任务所组成,针对每一个工作过程环节来实现相关课程内容的学习。每个项目的设置不宜过大,以免支撑的理论知识太多,导致教学组织比较困难,每个项目应该有其能力培养的侧重点。
(三)项目实施
项目教学设计真正实现了以学生为主体,教师起指导作用,教学组织形式设计要有利于“教学做一体化”教学的实施。根据项目能力训练的实施要求,设计学生学习训练的组织形式,体现师生、生生互动合作,渗透式培养学生的职业素养。不仅要设计学生的学习组织形式,还要设计教师的教学指导组织形式。教师主要按照“行动引导教学法”的理念组织教学,不是主要按照“知识逻辑推导法”的思路组织教学。
(四)考核方案设计
一直以来“模拟电子技术”课程考试成绩依照“期末+平时”按一定比例确定,并且期末考试成绩占最大比重,与突出技能的要求相背离。而在该课程改革实践中突出技能考核,重新确定考试成绩比例,逐渐加大平时过程性考核的分值,期末争取实现完全技能考核。项目的选取是学习的关键,创设学习资源和协作学习环境是教师最主要的工作,最终要以学生完成项目情况来评价学生的学习效果,但我们更要关注过程。课程考核评价的基本原则是:把能力评价与职业素养的评价相结合;多种评价方式的有机结合;评价主体多元化。课程考核时首先要从课程设置的目标出发,采取过程性考核和自主学习加分制相结合的动态管理方式,每次上课随时公布成绩,最后一次课总成绩即刻产生。过程性考核占总成绩90%,包括出勤、课堂表现、课堂报告、学生评价、知识点测试、项目制作等内容;学生除了要培养技能,还应该培养其持续性学习的能力和一定的相关理论知识,这部分采用自主学习,教师辅导测试,自主加分占总成绩10%。
2寻找好的正确的教学方法,提高课堂效率
首先,教师要在教学过程中去激发学生想要深入探究的欲望。大体是说老师在教学上要善于运用问题教学法。所谓的问题教学法就是将问题作为主题去驱使学生学习的方法。它主要是为了培养学生的思考能力,培养学生主动探究问题的意识以及培养学生解决问题的能力。其次,教师为了培养学生的自主学习的意识和能力,要懂得运用项目教学法。所谓的项目教学法就是以培养学生的各方面能力为目的的教学方法。将项目作为任务,学生需要解决任务,而教师是辅助学生解决任务。让学生在做任务的同时逐步培养学生的各方面的能力。最后,教师为了促进学生的主观能动性和培养学生学习的兴趣,需要运用互动式教学以及多媒体教学,来激发学生们的主观能动性和其对学习产生兴趣。俗话说的好,兴趣是最好的帮助学生学习的良方。所以,教师要正确的运用这些教学方法来促进学生的学习,进而提高模拟电子技术课堂的教学效率。
Abstract:Theteachingmodeofmockelectronicalskillshouldbebasedonworkingcourse.Relyingonvocationalsituation,teachersregardtheprojectasacarrierinteachingorganizing.Meanwhileteachersshouldcreatevocationalsituation,enlightenstudents,andcultivatemethodandabilityintheprocessofteaching.
Keywords:mockelectronicalskill;teachingbasedonworkingcourse;vocationalsituation
一、基于工作过程教学的必要性
工作过程教学是由工作实际来确定典型的工作任务,并为实现任务目标而按完整的工作程序进行的教学活动。
我国经济的快速发展需要大批的高技能高素质的劳动人才。特别在电子行业,产业发展、技术推陈出新,变化更是日新月异,高技能人才紧缺。高职院校成了培养高技能人才的主力军。但是高职院校的发展只有十几年的时间,硬件、软件条件还未充分具备,而且在办学观念上经历了一个摸索的过程。高职院校电子类专业的毕业生就业率较高,但进入职业角色的适应期却长,原因在于在校学习的理论与实际应用技能之间没有很好地对接。尽管学生有半年甚至一年的顶岗实习过程,但其作用、效果还是不尽如人意。在职业竞争中学生需要的是具有较强实践技能,较高的职业素质,具有能适应某类工作群和转岗的一种能力。无疑,培养这种能力就是我们的责任,我们的教学应使学生获得以上能力,实现与工作实际零距离的对接。要做到这一点,必须将工作过程融于教学之中。
现代教育研究及实践表明,本科院校大多数学生属于抽象思维的智力类型,而职业教育的学生,大多数是形象思维的智力类型,两者是同一层次不同的人才类型,没有智力的高低贵贱之分,只是智能的结构和类型的不同。职业教育也是一种类型的教育[1]236。不同智能结构和智力类型的人对知识的掌握也具有不同的指向性,具有形象思维智能结构的职院生,具有能较快地获取经验性和策略性的知识的优势,只有采取适合形象思维智力类型的培养模式,才有利于培养生产、管理和服务第一线的高技能型人才。这就要求教学在课程开发上应以情境性原则为主,教学过程应是经验的形成过程和策略的构建过程[1]217。知识的获取是在“为了行动”的目标指引下“通过行动”而实现的,而行动体系的参照系就是工作过程。
二、实现工作过程教学的必要条件
课程教学与工作过程之间的纽带是学习情境,要创设工作过程的学习情境,必须解决“硬件”与“软件”两大问题。这里的“硬件”是指围绕学习过程的学习情境,是一种“真真假假”的“建构存在”[1]230,是对实际职业情境经加工而构建的一种柔性集成的存在,这就要求把建构优先与指导优先的教学原则融合起来,使教室既是集理论教学、小组工作、实验操作的多功能教室,又是采用智能化媒体的具有高仿真度的虚拟的实习场所。这种教室所构建的职业与学习集成的情境将学习过程与工作融于一体,形成了学习就是工作的学习氛围,教学能产生理想的效果。
这里的“软件”是指教师思想观念的转变和教学方法的更新。思想观念的转变,首先要清楚认识高职教育的育人目标,学生的智力类型,明确过程教学的必要性;其次是教学行动中角色的改变。传统教学过程以教师为中心,教师按照自己的理解去“教”,难免使知识世界失去本色。而工作过程的教学是以学生为中心,学生在做中去学习、体会,从而感受知识世界的本来面目。教师的角色应是学习过程中的组织者、咨询师,在教学方法上要结合工作过程进行创新。
三、工作过程教学的实施
1.创造职业情境
我们学生的智力类型主要具有形象思维的特点,它不是线性、一维的,而是面型、多维的[1]23,这种思维总是与情境相联的,其对知识的选择具有明确的指向性,经验形成与策略构建离不开具体情境,所以教学必须融入到职业情境之中,让学生在项目完成过程中获得经验(怎么做)和策略(怎么做更好)。模拟电子技术的教学以工作过程为导向,将其内容分成若干模块,一个模块作为一个子项目,最后整合为一个大项目。过程性知识的学习在这里除了对学习场地的要求之外,重点要求必须结合每个教学子项目设置学习情境。首先尽量对真实的职业情境进行模仿,创设不经加工而能直接移植的最具典型意义的学习情境,设计与职业工作过程具有一致性的教学过程,学生的学习过程就是“身临其境”的工作过程,学习是主动、过程性的行动。不过学习情境的创设要求做到:学习情境的设置要贴近实际,易于实现;项目具有典型的工作任务性,目标明确,且容易理解,符合经验(例如我们要学生完成的子项目有电压放大电路、功率放大电路、稳压电源等,这些都是目标明确的典型的工作任务);工作过程学习中出现的错误或干扰能进行纠正和排除,在解决问题中积累经验(如放大电路中出现放大管无放大能力的问题,可采取改变偏置,提供工作条件,或检查三极管的好坏,或检查元件装配是否正确,或看是否满足频率要求等);在策略能力的发展上有施展的空间(如:整流滤波电路设计,一般要求制作桥式整流电容滤波电路,而对基础好的学生可要求根据电路选择参数,并制作∏型滤波,提高滤波效果)。
2.教师要善于启发学生
模拟电子技术的应用性强,教学应遵循情境原则,努力实现职业氛围。教学作为一种有意识的活动,首先要重视促进学生对实践情境的理解,项目教学目标有定向性、应用性与整体性,我们的教学是一种“有目标的活动”即“行动”,所以要求学生“为了行动而学习”,这是强调学生的主观意识行动;同时“有目标的活动”又强调行动就是学习,要求“通过行动来学习”,这是指学生的客观具体的行动
[1]21-22。过程学习中必须要求学生实现动作行动与心智行动的整合,达到所谓“动作到位,心意到位”。
工作过程的教学,教师是学习情境的设计者,学习过程的组织者,学习问题中的咨询师。教师应善于引导启发,构建和谐课堂。模拟电子技术可采用五个阶段的教学方法。(1)教师引出项目,提出问题,讲述必要的知识,学生获取信息;(2)师生讨论项目的实施方案;(3)学生实施方案,教师帮助,解惑释疑。(4)师生共评项目成果;(5)教师提供新信息(新知识)、新要求,学生另辟路径完成项目,或变动参数优化,扩展项目功能。这一步能培养学生的策略能力,以求怎样做更好。
教学中强调指导性原则与构建性原则的融合,让学生在主动、自我构建与情境引导中学习,在主动存在与受动存在中转换,而教师是在激励、咨询中指导、在解释中教,在反应存在与主动存在中转换。
需要强调的是,工作过程的教学能否成功,要着眼于学生获取过程性知识是否完整,学习过程的完整性培养与学生职业工作过程的完整性有着密切的联系[1]242。因此教学中要使“指导行动的思维过程具有完整性”,可对学习项目完成的过程从资讯、计划、决策到实施、评估进行整体思考。同时要求学生“完成行动的工作过程具有完整性”,学习行动过程不能半途而废,完成学习任务一气呵成,注重效率。
3.培养方法能力
这里所说的方法能力,是指学习能力和应用能力。要求学生在学习过程中,积累经验,获得技能,在新的职业情境下能超越曾经被证明的有效的办法和经验去应对,灵活地、创造性地解决问题,进行工作。根据这样的要求,针对模拟电子技术的特点,我们强调首先发展学生的学习能力,这里的学习能力,侧重于吸收、运用与创新。模拟电子知识理论性、操作性及实用性都较强,学生也认为难学,因此必需的理论性知识可先讲,较复杂的电路组成和应用可先演示,学生再跟着做。较繁琐的原理性电路不讲,侧重于应用,例如对通用型集成运放CF741、集成功放LM386的电路只了解框图而重点掌握其功能、工作条件和应用。学习能力是学生发展的动力,要注重学习方法的建立、学习习惯的养成训练,结合具体项目或问题,从模仿吸收开始,再进行基本应用(包括仪器仪表的使用)—分析内化—开拓创新。
项目的完成过程要求学生专心投入,积极互动,在完成项目目标的基础上首先满足大部分学生“够吃”,再提出改变条件、结构,优化性能,提升功效的深层目标,挖掘那些“不够吃”的学生的才智,提供个性发展的空间。如制作双差分输入互补对称功率放大电路的音频功放电路,在偏置上通常是相连的,共用部分偏置电阻,为避免级间的相互影响和减小噪声,可独立设置偏置电路,且要重新计算电路的参数。另外,还可以增加过流、过压保护和相位补偿电路等。行动中要求学生学会与环境互动,面对教学提供的“真情实境”怎样落实任务和目标;学会与人互动,融入小组研究中,吸收他人经验;学会与自己互动。教学观察发现学生之间一开始就存在较大差距,主要表现在智力因素、学习能力、学习态度方面,有些是惰性内向的,教学中要采取“强手”与“弱手”搭配,合作与独创共存,普遍提高与重点引导相结合的方式,发挥学生的长处,把心理素质的培养渗透到教学的每个环节之中,帮助学生克服心理障碍,积极应对,敢于挑战,以克服困难,获取成功,提高自信心和竞争力。
四、教学评价以行动能力为核心
对学生成绩的评价,我们要转变观念,以往评价成绩通常关注结果,重视学习阶段的终了状态的考核,这是一种显性的功利性的评价,它不能正确、客观、全面地对学生的能力作出判断。基于工作过程的教学评价,应该是以能力为本的整体性评价,注重的是隐性能力,评价的指向是过程性知识,重视经验的形成和策略的构建过程。这就要求注意以下四个方面:一是完整性,它不是要求学生对模拟电子技术知识完整性的“物理性”存储,而是对工作过程的“生物性”把握,是一种除技能之外的包括学习能力、反应及策略和应用、扩展的能力;二是连续性,要关注学生学习的全过程,关注起点与终点之间能力发展的渐进的动态过程;三是互动性,不只是老师对学生评价,而应有学生之间的自评与互评;四是反馈性,行动中学生反馈出的新思路、新策略都是能力发展的表现。对学生的评价是一个很细致的过程,职业能力的评价应以职业实践所需的行动能力作为起点,对学生能力进行整体性评价。评价中要把握如下几点:(1)理论与实际的结合,平时的技能考试与总体的理论知识考核相结合。(2)过程与结果,教学中每个子项目就可以组成一个产品,不只考核产品形成及功能的正确性,还应设置故障考查学生判断、运用知识的思维能力,重视过程的完整性。(3)静态与动态结合,有笔试,考查对知识的储备和知识理解的深度;也有技能操作考试,主要考查以职业技能为主的操作能力、产品改造以及以不同方式实现和扩展产品功能的动态能力。
五、需说明的两个问题
1.工作过程中的“真实情境”问题
我们进行的基于工作过程的教学,其实是对工作岗位的一种模拟,它不能等同于真实的工作岗位。其原因:一是真实的工作岗位种类多,学校的教学模式无法一一替代;二是学生在校学习活动中的工作岗位和在实际工作中的岗位上心理感受是不一样的,利益目标也不相同。因此在教学设计中应使教学中的工作岗位与实际的工作岗位在客观层面上应有可比性,根据模拟电子技术应达到的培养目标,分解项目内容,尽量设计“真情实境”,将设备、任务、知识进行整合以求最佳组合。
2.知识的完整性问题
以往我们在教学中较重视知识的完整性、系统性、全面性,而实际上有相当一部分知识理论性过强,学后遗忘快,以后的工作中甚至用不上,学生也是“走马观花”、“蜻蜓点水”地学,因此相应产生“必需够用”的观念。模拟电子技术基于工作过程的教学方式,首先要在“必需”上做好文章,动手操作,规划、设计、完成应用电路,要求学生主动获得过程性知识,在操作中解决怎样做的问题,在观察中反思为什么要这样做,从而使理论知识的讲授变得利时顺势,接下来是怎样做才最好,引导学生探索获得相同结果的其他途径以及电路功能的扩展应用,以达到简捷、节约、环保、效用高,这些建立在行动体系上的教学其效果是事半功倍的。不过这样的教学保持了职业活动的完整性,却打破了知识系统的完整性、因此教学中在完成项目的同时还需将达到“够用”数量的系统知识和定量理论进行梳理与整合,以知识包的形式授给学生。
2以《模拟电子线路》课堂为例,分析新的研究型教学模式创新改革与实践
对于信息工程专业来说,现有的研究型教学改革已经相当完善,研究型教学是指教师引导学生主动去进行学习的一种教学方式,可以极大的提高学生的学习兴趣和创新能力,然而,作为一个热点的教学改革模式,它所面临的问题仍然很多,比如在课堂中很难有足够的时间进行研究,或者缺乏在课下进行充分交流的平台,本文将在教学目标、教学内容、教学方法和实验分析四个方面进行进一步的研究型教学改革的探究.
2.1明确课程教学目标,真正发挥学生的主体地位
《模拟电子线路》是一门应用性较强的技术基础课程,主要介绍模拟电路的结构与工作原理、模拟电路的定性分析与定量计算、集成模拟电路的应用,是进行实验、测量以及微机原理的基础,也是高校理工科学生的一门必修课程.该课程包括理论教学和实验教学,学生在课堂上学习了基本的电路原理和估算方法后,通过实验课程的学习,锻炼自己的动手能力,理论与实践的结合,可以替将来的工作打下基础.课程的性质决定教学目标,同时也决定了其授课方式.在理论学习方面,从13年开始,我校就在原有基础上制定了新的信息工程专业人才培养方案,模拟电子技术作为信工专业的专业基础课,将和数字电子技术同时在第三学期开课,这样就为模拟电子后续的课程比如嵌入式系统、FPGA、DSP等课程提供了充足的时间,既能保证合理的授课顺序,也使学生尽早地掌握信工专业的基础知识,有利于参加各项科技设计活动,参与实验室开放性课题申请以及大学生电子设计竞赛等.在实验教学方面,实验课程体系由基础实验、综合实验、课程设计以及开放性实验构成,实验课将在学期第八周开始,这样既能保证学生具有一定的理论知识,也能够保证实验能够针对理论知识进行及时验证,以不断提高学生的知识运用能力和综合创新能力,并且鼓励学生在课外进入实验室或者课题组,参与大学生创新训练、飞思卡尔智能汽车竞赛、以及大学生电子设计竞赛等活动,并将这些课外活动列入培养方案,给予相应的额外学分,激发学生的学习兴趣和创新精神,真正达到以学生为主的教学目的.
2.2丰富教学内容,提高学生的综合能力
在新的专业人才培养方案中,针对模拟电子技术课程,删除了课程中比较繁琐以及难度较高的部分,重点讲解基础知识和应用,着重介绍目前的前沿知识,努力提高学生的综合能力和专业素养.课程针对教学改革后的学时安排,对以往陈旧部分的教学内容进行适当删减,包括放大电路的频率响应,功率放大器的部分内容以及波形电路及电源部分,针对部分可由EDA软件自动完成部分比如卡诺图部分,不再要求学生推导,只要求掌握过程即可.在删减陈旧内容的同时,还应加强基础理论知识的讲授,进行适当拓宽,如集成运算放大器和其他模拟集成电路的应用.在每章小结部分引入EDA内容,围绕教学的基本要求和重点内容进行仿真,培养学生的动手能力,加深课堂理解.课堂教学不必照本宣科,也不必完全采取教师讲授学生听课的灌输模式,老师根据课程性质,开辟新的教学方法.在每节课接近下课时间布置学习任务,让学生课后阅读教材,分组讨论,并且提出自己解决不了的问题.在下节课上课时,利用10—20分钟的时间分组汇报学习心得并提出问题,由其他小组对该问题进行解释.这样的互动学习结束后,教师可以针对各小组的疑难问题,结合教材难点和重点内容进行分析、讲解,这样一来,不仅调动了学生的积极性,让他们主动查阅资料解答疑惑,同时,也可以加深对知识点的记忆.
2.3充分利用多媒体网络技术教学,提高学生的综合能力
对于研究型教学来说,网络是老师教学信息的平台,而目前多媒体网络技术日新月异,当前学生获取信息的主要途径也是网络,因此,网络并不应该只局限于远程教学,应该存在于任何需要应用的教学课堂中,作为老师和学生之间共同研究和交流的平台.第一,利用网络技术培养学生的创新能力.传统的教学模式,教师和学生面对面授课,学生遇到难题,往往羞于向老师请教,或者在同老师交流的过程中产生失败感,面对纷繁枯燥的知识点,学生往往感到力不从心,缺乏自信.而面对虚拟的网络,学生不用担心同老师的交流带来的尴尬,面对网络这一新型学习工具,面对网络中丰富的知识,学生会有强烈的探索欲去探求新的知识.当然,这种探索是要在任课教师的有效引导下进行.任课教师通过《模拟电子线路》学习网站,将平时课堂上讲授的重要知识点梳理出来放在网站上供学生们共享;建立BBS模电学习交流网站,供学生们就相关知识点发表自己的看法.任课老师只要稍加引导,就能将网络变成教学阵地,为教师和学生共谋福利.第二,利用网络技术培养学生的思维能力.任课老师通过模电学习网站,将知识点上传到网络中,并留给学生一定的自我动手机会,学生针对学习网站中的大量知识点,可以进行整理、比较、分析,从大量纷繁复杂的信息中提取出有利于自身理解记忆的部分.通过这样的思维训练,可以培养学生的创新思维能力.同时,任课教师还可以针对知识点布置给学生诸如程序设计之类的课后作业,同一程序,不同的学生会有不同的分析方式和解决方法,通过网络信息平台上的交流,自然可以培养一种发散的思维方式.要实现以上要求,网络平台必须包括以下几个部分:
(1)课堂区:作为每一节课后的延伸,主要包括课件区和作业区,老师在课堂区该节课的课件以及课后作业供学生下载;
(2)综合讨论区:里面包括各个老师认为重要知识点的分区,学生可以对感兴趣的话题进行提问和探讨,针对问题和老师形成讨论;
(3)悬赏区:老师不定期的任务,并附加任务相应的分数,任务内容包括课堂知识的运用以及课堂延伸知识题目,学生领取任务并完成后可得到相应分数,允许学生在综合讨论区讨论相关题目,在每期任务完成后公布答案和完成人,实验任务也可放入悬赏区;
(4)意见区:学生和老师可就教学情况进行沟通,帮助老师及时了解问题所在,帮助教学任务的完成.
2.4上好实验课程,做好理论知识与实践能力的有效衔接
作为课堂教学的延伸,实验课是理论课的有效指导以及必要补充,因此,实验教学同样是提高学生创新及思维能力的有效途径,帮助学生巩固知识和发现创新.通过网络实验目的和实验过程,指导学生在实验过程中验证知识、开拓视野.最后通过网络上传实验结果以及学习心得,提出疑惑并寻求答案,通过各种途径提升学生的学习和动手能力,真正掌握所学习的知识.在课余生活中,建立了一个完全开放性的实验室,学生可以随时进入到实验室当中,通过完成实验内容验证自己所学习的知识,教师在授课过程中,将课程与实验相结合,鼓励学生进入实验室中去验证,通过在网络实验任务,促使学生主动进入实验室中完成任务并领取奖励,这样既调动了学生的学习积极性,使学生主动的参与网络知识的探讨,又可以有效的完善课堂教学,将网络中的问题拿到课堂中与学生互相探讨,创造了良好的学习氛围,在相互学习的过程中,教师也不断的积累了丰富的教学经验.
2教学过程中存在的问题
模拟电子技术课程所涉及的理论、设计及分析方法具有很强的工程应用性和实用性,在学生的整个知识体系中占有相当的比例,对于培养学生的逻辑思维能力、工程实践能力、创新能力及后续课程的学习都十分重要。计算机类专业的模拟电子技术课程在教学实践中遇到的问题很多,主要有以下几个方面:
2.1学时少,内容多
为了突出专业课程的学习,很多学校的做法是压缩电路分析课程的学时数,甚至取消了电路分析课程。而模拟电子技术课程知识多且比较分散,它集高等数学、电磁学、物质结构理论和电路分析等知识于一体,该课程的学时数(含实验)一般在80学时以下,在如此紧张的时间内要完成该课程的教学工作,不仅老师感到困难,学生也有很吃力。
2.2学生认识不到位
很多学生错误地认为模拟电子技术课程应该是电子、机械类专业学生的专业课程,他们在专业学习中一般都有重视软件而轻视硬件的倾向,而且,学习模拟电子技术课程的成就感往往不及其他课程来得快和强烈,因此,就造成了学生的学习积极性不高。刚刚从中学过度到大学的学生,很多还没有找到适合本课程的学习方法,模拟电子技术主要以原理分析为主,而学生更多地相信精确的数值计算,他们往往认为只有经过严格的数学推算得出的结果才是可信的,当实际结果与严格的理论演算结果有出入时,他们难免会感到困惑。学生的认识不到位和思维方式上的差异,导致了计算机类专业中该课程的教学效果一直不太理想。
2.3课程教学本身存在问题
计算机专业的模拟电子技术课程的教学内容和方法完全套用电子、机械类专业的那一套,有些学校甚至完全由机电类专业的老师来教授该门课程。这些教学内容和方法在一定程度上与计算机类专业存在脱钩的现象,没有突出本专业的特色。近些年来,很多高校的计算机类专业的同仁们对本课程进行了一定的改革探索,并总结了许多值得借鉴的经验,但是,对于不同的学校和不同的学生,这些教学改革举措应该不尽相同,在具体的教学实践中,切忌“拿来主义”和生搬硬套。我们也对贺州学院的计算机类专业的模拟电子技术课程的教学做了一些研究和探索工作,实践表明这些工作有益于提高教学效果。
3教学改革的内容和措施
为了使模拟电子技术课程的教学更切合计算机类专业的实际,我们做了一定的探索以提高教学效果和应用型人才培养质量。
3.1教学内容的甄别与整合
模拟电子技术课程涉及的内容多且知识面广,为了提高学生的工程实践能力和创新能力,我们根据计算机类专业的特点,依据“必用、够用”的原则甄别和整合课程内容。受学时数的限制,计算机类专业一般无法系统开设电路分析等先导课程,但电路分析的基本原理和方法贯穿于模拟电子技术课程教学的全过程,因此,我们把电路分析课程的主干内容整合到模拟电子课程之中。在正式讲解模拟电子技术课程的内容之前,我们花4至6个学时重点讲解电路分析的基本原理及其应用,主要有KCL、KVL、叠加原理、戴维宁定理、诺顿定理及密勒定理。经过对多部国家级模拟电子技术教材的比较,我们选定康华光教授主编的《电子技术基础(模拟部分)》(第五版)作为我院计算机类专业的教材。该教材加强了基础理论,如加强了半导体的物理基础和电路的基本分析方法;同时也注意吸取国内外的先进技术,如加强了线性集成电路和数字集成电路(包括中、大规模集成电路)的原理和应用,新增了电子电路的计算机辅助分析等内容。该教材历经多次改版以紧跟当代电子技术的发展步伐,但我们不是全部讲解教材内容,依据“必用、够用”的原则甄选讲解内容,其他内容留作学生课外阅读,以开阔视野。经过讨论,我们将教材内容整合成半导体器件、放大电路基础、信号产生与处理三大部分,将直流稳压电源的内容作为任务驱动式教学内容。
(1)半导体器件部分简要介绍常用半导体二极管、三极管及场效应管的基本结构等基本知识,重点讲解它们的应用及经典电路的分析方法。
(2)放大电路基础部分重点分析三极管单管共射放大电路,包括静态工作点的设计及稳定措施、输入输出特性、电压增益计算、输入输出电阻等特性,然后介绍集成运算放大器的“虚短”和“虚断”等基本概念及集成运算放大电路的基本分析方法等知识。
(3)信号产生与处理部分重点介绍有源滤波电路和正弦波振荡电路,信号产生与处理部分知识是今后学习接口技术、理解芯片电路设计原理的基础,所以,不能简单地将这部分知识从模拟电子技术课程的内容中删掉。
3.2教学方法的改革与创新
我院计算机类专业的模拟电子技术课程一般安排在大二的第一个学期,由于课程内容多、难度大,而且相当多学生的前导课程知识掌握不牢,所以,他们在心理上产生一定的畏惧感,鉴于我院学生的实际情况,我们对模拟电子技术课程的教学实践做了一定的探索。
3.2.1理论教学灵活多变
课堂教学方法很多,常见的有讲授法、讨论法、直观演示法、练习法、读书指导法、任务驱动发、启发式教学法等,要生动有趣讲解好本课程的内容,往往要灵活应用多种教学方法才能取得预期效果。本文重点介绍启发式教学法和任务驱动法在模拟电子技术课程教学实践中的应用。
(1)启发式教学法。
课堂教学最忌讳的是老师一言堂,教师必须想办法活跃课堂气氛,启发式教学法是调动学生学习积极性,激发学生学习激情最有效的手段之一。这就要求教师在教学中根据教学内容的铺展由表及里循序渐进地不断引出问题,启迪学生去思考、分析问题,直到提出解决问题的方法或途径。比如,在讲解KCL时有学生对定律无法理解,教师就可以用水管中水流的特性做类比以启发学生的思维,然后借用中学电学中关于电流、电荷的知识来引出电荷在导线上不能积聚,从而得出任意时刻流进节点的电流之和必然等于流出节点的电流之和的结论。为了进一步巩固KCL相关知识,教师应该提出节点的相对概念,即电路中的节点既可以是一个电路分支的交叉点,也可以是任何一部分电路。这样扩大了节点的概念,学生自然就掌握了KCL的更广泛的应用。比如在讲到NPN和PNP型三极管时,发射极上的箭头标识的方向不同于集电极和基极上的电流方向,如果将三极管看作是一个节点,那么从宏观上就很容易得出放大电路中三极管三个极上的电流分配关系:Ie=Ib+Ic。有了宏观认识以后,再讲解三极管电流分配关系的微观解释就显得较为轻松。
(2)任务驱动法。
任务驱动式教学方法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法,它将传授知识为主的传统教学,转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学。模拟电子技术课程的工程实践性比较强,因此,当学生具备一定模拟电子技术基础以后,教师就可以在课程的教学中使用任务驱动式教学法。比如,当学生学完二极管电路的分析方法以后,学生具备了二极管半波整流的知识,然后给他们布置新的任务:查阅资料,掌握常用全波整流电路的相关知识。很多学生通过网络和图书馆的资料掌握了桥式整流电路的结构特点和工作效率,在此基础上,我给他们演示一台卡式录音机的故障现象:单独用干电池供电时,录音机工作正常;单独用220伏交流电供电时,录音机不工作。然后拆开录音机,让学生观察电源部分电路的结构特点,最后给他们布置任务:画出录音机电源部分原理图,分析各部分电路的功能。采用任务驱动式教学法可以将教材中直流稳压电源部分知识的教学彻底转换为以学生为主体,这样,有利于培养学生的综合能力,提高他们解决实际问题的能力。
3.2.2理论与实验教学交叉融合
计算机类专业的学生大多计算机操作能力较强,因此,在模拟电子技术课程的教学中,我们引入了SPICE仿真软件。有了此类仿真软件,理论教学和实验教学的界线越来越模糊。在理论教学中可以先用仿真软件演示有关理论或电路的宏观外在表现,使抽象知识具体化。学生在用物理器件做实验前也可以先用仿真软件做一遍,这样可以提高实验效率,降低实验损耗。有了仿真软件,课堂上无法及时完成的实验,学生还可以在自己的电脑上完成。所以,利用仿真软件可以实现理论教学与实验教学的相互交融,当然,为了强化理论知识,突出学生工程实践能力的培养,我们在实践中坚持理论教学与实验教学必须是同一位老师的做法,这样,有利于老师掌握学生的学习动态,提高教学的针对性。
3.3多角化课程考核方式
课程考核是课程教学改革的重要方面,好的考核机制有利于提高学生的学习积极性、激发他们的学习兴趣。实践中,我们以专业知识和技能考核为主,兼顾学生德育和出勤率考查。课程考核项目包括出勤情况(占总分10%)、课堂表现(占总分20%)、平时作业(占总分20%)、期末测评(含理论笔试和技能测试,占总分50%)。按时出勤可以培养学生的集体主义观念和遵守纪律的习惯,也是课程教学得以正常进行的必要条件。笔者的做法是全勤记10分,缺席一次扣2分,缺席三次者给予警告,缺席五次取消该门课程考核资格。为巩固理论知识,适当加重对平时作业的考核是否必要的。笔者的做法是整个学期共布置、批改作业五次,每次4分,根据作业的质量分D、C、B、A四个档次,每个档次分别给为1分、2分、3分和4分。另外,为防止相互抄袭,限制作业必须按时完成,不得补交,一旦发现存在抄袭作业的情况,抄袭与被抄袭者双方本次作业都做零分处理。为活跃课堂气氛,激发学生的学习主动性,课堂表现考核显得十分重要。笔者的做法是主动回答问题者,正确的一次记2分,错误的不扣分;被点名回答问题,正确的计1分,错误的不扣分。期末测评包括试卷笔试和技能测试。笔试是学生对知识掌握情况的集中体现,占课程考核40%的比重,专业技能测试是考查学生实际动手能力的主要手段,占课程考核10%的比重。通过多角化课程考核方式改革,取得了令人满意的效果。学期课程的平均出勤率达到98%以上,学生的学习兴趣和主动性明显提高,课堂教学秩序良好,气氛活跃,学习效果明显提高。