劉小艷， 金 平

(清華大學 電子工程系 實驗教學中心，北京 100084)

0 引 言

隨著電子信息和計算機技術的高速發(fā)展，電子學科知識日益膨脹，而高校電子工程專業(yè)本科生的學時基本不變，使近年來知識膨脹與學時有限的矛盾日益突出[1]。這一矛盾導致教師講授的內(nèi)容越來越多，類似于灌輸給學生，再加之交叉學科內(nèi)容的重復講授，導致學生不堪重負，造成學生學習壓力不斷增大，真正接受與理解的知識卻越來越少，難以形成一個整體的專業(yè)課程體系。因此需要對原有的課程體系、教學理念和教學內(nèi)容等進行改革和創(chuàng)新[2-3]。

通過梳理電子學科知識體系和核心概念，清華大學電子工程系進行了全方位、多層次的教學改革，建立了新的課程體系——基礎核心課程和專業(yè)限選課程，逐步完善了培養(yǎng)方案和教學計劃。電路類課程是電子工程學科的重要基礎課程，兼具理論性和實踐性，因此成為此次教學改革的重點和難點。電子電路實驗課作為電路類課程的第一門實踐課程，圍繞理論課進行了課程改革，建立了新的電子電路實驗課程體系，形成了一門新的課程——“電子電路與系統(tǒng)基礎實驗”，作為本科生的第一門基礎核心實驗課。

1 建立新的電子電路實驗課程體系

原有的電子電路實驗課程體系一般由“電路實驗”、“電子工藝實習”、“模擬電子技術實驗”、“數(shù)字電子技術實驗”和“數(shù)?；旌舷到y(tǒng)設計”等課程組成[4-7]，在這個體系中實驗課程大部分跟隨理論課程開設，不是獨立開課，實驗內(nèi)容上存在將原理的驗證和工程技術研究分開的部分，即存在不合理成分，因為現(xiàn)實世界中理論原理和實際應用是分不開的[8]。

本著“由易到難，循序漸進，跟理論課程緊密結(jié)合，結(jié)合實際應用”的基本原則，打破 “模擬”與“數(shù)字”的界限，結(jié)合“原理”與“應用”，通過梳理原有的“電路原理實驗”、“模擬電子技術實驗”、“數(shù)字電子技術實驗”這3門課程的教學框架和內(nèi)容，整合核心知識并突出核心概念應用，建立了新的電子電路實驗課程——“電子電路與系統(tǒng)基礎實驗”，替代了上述3門課程。該課程獨立開課，64學時，分兩學期進行，面向本科大一下學期和大二上學期學生開設。

2 “電子電路與系統(tǒng)基礎實驗”課程的特點

(1) 總體學時壓縮，知識概念整體性增強。通過梳理課程體系和整合核心知識，拋棄了簡單驗證型的實驗，整合原有課程中重復性較強的實驗內(nèi)容，將原來90學時的實驗壓縮為64學時，使得課程的概念整體性增強。例如運算放大器實驗，在原有的“電路實驗”中，用運算放大器構成受控源，研究受控源的轉(zhuǎn)移特性和負載特性，由于受控源本身屬于一個原理性的概念而并非一個實際器件，故此實驗屬于簡單的原理驗證型實驗[4]；在原有的“模擬電子技術實驗”中，用運算放大器構成反相或同相比例放大等運算電路，此實驗屬于簡單的應用驗證型實驗?？紤]到這兩個實驗的電路基本相同，只是研究的側(cè)重點不一樣，同樣運算放大器在應用時也需要考慮其負載特性，故將這兩個實驗整合成為一個新實驗。

(2) 內(nèi)容整合，突出電路特性研究。還是以運算放大器實驗為例，新實驗重點研究運算放大器的應用及其應用電路的特性研究。如運算放大器構成的反相比例放大電路，研究其直流傳輸特性和交流特性；運算放大器構成的電壓比較器，研究其傳輸特性和響應時間等等。通過這些實際應用電路的設計及其特性研究，使學生一方面能掌握運算放大器的正確使用，同時培養(yǎng)學生“設計電路時除了滿足功能要求外，還需滿足性能要求”的設計理念。

(3) 研究“透”器件特性。理論課講授了一些常用基本器件的特性，學生獲得的是理性認識，而通過實踐獲得的是感性認識，兩者結(jié)合使學生不但加深對器件本身的理解，而且還學會正確使用這些器件。由于該課程是我系本科生的第一門專業(yè)基礎實驗課，通過實踐掌握常用基本器件的特性對后續(xù)專業(yè)課程的學習非常重要，故新課程實驗很注重器件特性研究和應用。例如二極管是一個非線性器件，理論課上常用“其伏安特性不是一條直線”來講述其非線性特性，顯得略為抽象[9]；而實驗中通過直接測量二極管在不同直流工作點時的靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻的大小，加以比較，就很直觀理解了其非線性特性；二極管的非線性典型應用如整流、穩(wěn)壓電路，實驗教學中只提出設計要求，由學生根據(jù)二極管的特性自行完成電路設計。

(4) 實驗教學內(nèi)容分多層次。通過“儀器訓練與基本測量”實驗培養(yǎng)學生的基本實驗技能，在此基礎上開展典型應用設計型和系統(tǒng)綜合設計型實驗，由淺入深，由簡單到復雜，逐步培養(yǎng)動手實踐能力和探索精神，培養(yǎng)系統(tǒng)觀念和工程觀念[10]。具體來說，每個實驗既有基本內(nèi)容又有一定的設計創(chuàng)新內(nèi)容，并附有若干有一定難度的思考題；摒棄了“傻瓜式”按步操作的實驗方式，增加了“自主設計型”內(nèi)容在教學中的比例。例如電路基本定律定理實驗，要求學生利用實驗室現(xiàn)有條件首先設計一個電阻網(wǎng)絡，再利用該網(wǎng)絡驗證Kirchhoff定律、疊加定理、戴維南定理等，最后通過分析計算給出各項實驗任務的明確結(jié)論。

3 將EDA技術引入到實驗教學

隨著EDA技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，利用EDA技術進行電路仿真也成為實驗教學的重要組成部分[11-15]。在該課程的開始階段，介紹常見的電路仿真工具如Pspice和Multisim，并要求學生實驗之前對一些實驗電路進行仿真，實驗完成后將實驗結(jié)果和仿真結(jié)果進行對比分析，這一過程培養(yǎng)了學生的數(shù)據(jù)分析能力，擴展了學生的研究型思維。對于綜合設計型的實驗，要求實驗之前必須仿真驗證自己設計的電路，由此使學生建立先進的電子電路設計理念。當然EDA仿真代替不了實驗，實驗教學中只引導學生將其用在實驗的預習階段，大大提高了預習的質(zhì)量和效果。

4 開發(fā)電路綜合實驗平臺

基于電子電路實驗課程改革，為滿足多層次的電路實驗教學，開發(fā)了一個電路綜合實驗平臺[16]。該平臺包含一些實驗常用的功能模塊比如直流穩(wěn)壓電源模塊、顯示模塊、按鍵模塊和測試模塊等，且模塊之間相互獨立，某個模塊的故障不會影響其他模塊的正常工作。其中測試模塊是該平臺的一大特色，可用來測試常用實驗器件如晶體管、NE555、常見集成運算放大器(OP07、μA741、LF347、LM324和TL084) 等，方便學生在實驗中及時判定器件本身的好壞。此外學生可在平臺上自行搭建和設計實驗，為實驗室開放提供了良好的條件。該平臺具有通用性、開放性和擴展性，已應用于“電子電路與系統(tǒng)基礎實驗”教學，效果良好。

5 考核重視預習并兼顧實驗過程和結(jié)果

該課程全過程一位同學一組，教學過程中強調(diào)預習的重要性并增加了預習報告在考核中所占的分值比例，引導學生認真作好預習，這樣實驗中如果遇到問題學生就會自己分析問題出現(xiàn)在哪里，應該怎么去解決，所以預習非常重要，預習得好會使實驗效果得到很大提高。

該課程的總成績分為平時成績(占總分70%)和考核成績(占總分30%)，其中平時成績又包括預習報告成績、實驗過程表現(xiàn)和總結(jié)報告成績；考核成績包括儀器使用考核成績和期末電路實驗考核成績。這種評定成績的方式兼顧實驗過程和結(jié)果，能較為客觀地反映學生的實驗技能、動手能力和科學作風，并能充分調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)造性。

6 結(jié) 語

近年來通過不斷改革“電子電路與系統(tǒng)基礎實驗”教學內(nèi)容和優(yōu)化教學方式，通過強化電路核心概念并結(jié)合實際應用，激發(fā)了學生對電路的興趣，啟發(fā)了學生對電路的探究思維，取得了良好的教學效果。當然改革不能一蹴而就，在以后的教學工作中還需要不斷完善電子電路實驗教學計劃和內(nèi)容，也期待能跟同行們進行切磋和交流。

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