李錫華，葉險(xiǎn)峰，施紅軍

(浙江大學(xué) 信息與電子工程學(xué)系，杭州 310027)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新知識(shí)、新技術(shù)和電子新器件不斷涌現(xiàn)并被迅速應(yīng)用，電子電路類課程的教學(xué)也應(yīng)隨電子技術(shù)的發(fā)展不斷改革、更新和提高，以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)電子技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。因此，適時(shí)進(jìn)行電子電路理論及實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的研究與改革，優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容是很有必要的，是時(shí)代發(fā)展的需要［1－2］。

浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系進(jìn)行了電路類課程的綜合改革實(shí)踐，對(duì)原有電路原理、模擬電子電路、數(shù)字電路、射頻通信電路、射頻與微波電路及其設(shè)計(jì)等課程進(jìn)行綜合改革，刪除一些陳舊的內(nèi)容，增加新知識(shí)，優(yōu)化整合各相關(guān)內(nèi)容，按照知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度重新劃定各課程的知識(shí)內(nèi)容，形成一個(gè)新的課程體系，把原有5門課程整合成《電子電路基礎(chǔ)》《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》和《射頻通信電路》3門課程。理論課程改革以后，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程也必須同步改革。以新的理念，從電路的整體全局出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上做到少而精;在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)綜合性、設(shè)計(jì)性與系統(tǒng)性，形成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。

《電子電路基礎(chǔ)》課程的內(nèi)容涵蓋了電路分析計(jì)算、半導(dǎo)體晶體管、低頻電子放大電路、數(shù)字電路基礎(chǔ)、振蕩器與諧振電路等內(nèi)容，那么新開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也要涵蓋這些知識(shí)面。本文詳細(xì)闡述了《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)內(nèi)容組織與設(shè)計(jì)、教學(xué)改革實(shí)踐，并總結(jié)了課程實(shí)施的教學(xué)效果。

1 課程教學(xué)內(nèi)容的組織與設(shè)計(jì)

《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》是與《電子電路基礎(chǔ)》理論課配套的實(shí)驗(yàn)課程，是大學(xué)期間第一門有關(guān)電子電路的實(shí)驗(yàn)課程，它是后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)。它的教學(xué)目的是通過實(shí)驗(yàn)，掌握常用電子儀器及常用EDA軟件的使用，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，鞏固已學(xué)的電子電路的理論知識(shí)，把已學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，用理論來指導(dǎo)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、互為促進(jìn)的思維意識(shí)。引入自主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力［3］，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。因此，《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的組織要以《電子電路基礎(chǔ)》理論課的教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，并結(jié)合電子信息技術(shù)的工程實(shí)際需要來設(shè)計(jì)?！峨娮与娐坊A(chǔ)》理論課包含了電路分析計(jì)算、低頻電子電路、數(shù)字電路基礎(chǔ)等內(nèi)容，我們分別在這些知識(shí)內(nèi)容中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并注重在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)和工程實(shí)踐能力［4］。

1.1 有關(guān)電路分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

電路分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，考慮到電子信息技術(shù)基本上只涉及弱電，幾乎不會(huì)涉及強(qiáng)電方面。因此，在設(shè)計(jì)有關(guān)電路分析知識(shí)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，大膽地舍棄了所有強(qiáng)電的內(nèi)容，只安排了電路基本定理的驗(yàn)證、RC瞬態(tài)響應(yīng)研究和RLC串并聯(lián)諧振研究等方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)電路，驗(yàn)證基爾霍夫定理、疊加定理、戴維南定理和諾頓定理，研究RC瞬態(tài)響應(yīng)、觀測(cè)各種響應(yīng)的響應(yīng)曲線、測(cè)量RC電路的時(shí)間常數(shù)，研究RLC串并聯(lián)諧振、觀測(cè)諧振特性、測(cè)量諧振電路的諧振頻率和電路品質(zhì)因數(shù)Q。

1.2 有關(guān)低頻電子電路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

低頻電子電路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，通過這部分內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生靈活應(yīng)用已學(xué)知識(shí)的能力、運(yùn)用已掌握的知識(shí)進(jìn)行低頻電子電路創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力、對(duì)電路的安裝和調(diào)試能力。因此這部分的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以自主設(shè)計(jì)與研究型項(xiàng)目為主，設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)與研究、多級(jí)負(fù)反饋低頻放大電路設(shè)計(jì)與研究、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與研究等。其中，多級(jí)負(fù)反饋低頻放大電路設(shè)計(jì)與研究包括晶體管共射放大電路設(shè)計(jì)研究、差分放大器的設(shè)計(jì)研究、多級(jí)小信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)研究。這些單個(gè)放大器做好后通過適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞桨阉鼈冞B接起來就組成了一個(gè)復(fù)雜的多級(jí)負(fù)反饋放大電路。所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是事先給定技術(shù)指標(biāo)，要求學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)和調(diào)試使放大電路達(dá)到規(guī)定的性能。

1.3 有關(guān)數(shù)字電路基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

數(shù)字電路基礎(chǔ)的內(nèi)容涉及門電路、邏輯函數(shù)和脈沖電路，其目的是為后續(xù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課提供必要的基礎(chǔ)。這部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組織考慮用分立元件來搭建門電路，使學(xué)生掌握分立元件的開關(guān)特性應(yīng)用及其基本邏輯運(yùn)算，同時(shí)用555時(shí)基電路作核心研究脈沖電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。

1.4 基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

在以上這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)之前，有必要讓學(xué)生了解電子電路實(shí)驗(yàn)中常用電子儀器的原理，學(xué)習(xí)并掌握其使用方法，并學(xué)會(huì)電路主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法［3，5－6］。同時(shí)，計(jì)算機(jī)作為一種方便快捷的工具已被廣泛地應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)中，并實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)。所以，本課程要求學(xué)生基本掌握用當(dāng)前流行的EDA軟件分析與設(shè)計(jì)電子電路的方法，在后續(xù)所有實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)中進(jìn)行仿真分析研究。

2 《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)實(shí)踐

配合本課程的開設(shè)，我們專門設(shè)計(jì)開發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［7－8］，共含有7塊實(shí)驗(yàn)電路板。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)過程中，始終貫徹以學(xué)生為主體、堅(jiān)持自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的理念。在實(shí)驗(yàn)電路板上設(shè)計(jì)了許多可活動(dòng)連接和可更換的元件，能夠提供學(xué)生自主設(shè)計(jì)、靈活創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)條件，滿足自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求。這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要解決了以下難題。

(1)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，若按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)板數(shù)會(huì)很多，不利于對(duì)實(shí)驗(yàn)板和實(shí)驗(yàn)的管理，因此考慮將同類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)在一塊實(shí)驗(yàn)板上，使實(shí)驗(yàn)板更緊湊。例如:電路定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)板，包括“基爾霍夫定律和疊加定理的驗(yàn)證”和“直流電路的戴維南等效和諾頓等效”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;放大電路實(shí)驗(yàn)板，如圖1所示，包括“晶體管共射放大電路設(shè)計(jì)與研究”“差分放大器的設(shè)計(jì)與研究”和“多級(jí)低頻小信號(hào)負(fù)反饋放大器的設(shè)計(jì)與研究”等多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而且這些實(shí)驗(yàn)放大器還可以進(jìn)行級(jí)連，組合成更復(fù)雜的放大電路。比如，把差分放大器的輸出接到共射放大器的輸入端組成差分輸入共射集電極輸出的兩級(jí)放大電路，再把它的輸出接到后面輸出級(jí)的輸入端，再接上負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了一個(gè)差分輸入、具有中間放大級(jí)和輸出級(jí)的多級(jí)負(fù)反饋放大器電路，這個(gè)電路實(shí)際上就是一個(gè)簡(jiǎn)易的運(yùn)算放大器。同類實(shí)驗(yàn)的整合，不僅方便了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也幫助學(xué)生了解各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)在聯(lián)系，便于學(xué)生更全面深入地把握知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)也方便實(shí)驗(yàn)室管理。

(2)電路定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)板涉及兩路直流穩(wěn)壓電壓、一路直流恒流電源，電源較多，實(shí)驗(yàn)不方便?？紤]到每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)際只用到其中兩路電源，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路板時(shí)在板上加了直流電壓至恒流源的轉(zhuǎn)換電路，這樣就可由一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的兩路電壓輸出便可給該實(shí)驗(yàn)板供電。

圖1 放大電路實(shí)驗(yàn)板

(3)實(shí)驗(yàn)電路可重構(gòu)。普通的實(shí)驗(yàn)板，不但電路結(jié)構(gòu)固定，而且元器件也固定不可更換，或只能在有限的幾個(gè)規(guī)格內(nèi)選擇，這樣不利于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)開展。為了克服這一缺點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)時(shí)，考慮元器件應(yīng)根據(jù)需要可以方便地進(jìn)行更換，同時(shí)使電路板又不會(huì)因此而增加體積和不緊湊，還要操作方便。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)在需由學(xué)生設(shè)計(jì)的部位采用測(cè)試針結(jié)構(gòu)來安插元器件，實(shí)驗(yàn)時(shí)只要把元器件的管腳插入測(cè)試針的孔中即可，這樣便于學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)按自己的設(shè)計(jì)需要來安裝元器件。在需要由學(xué)生自己決定電路結(jié)構(gòu)與連接的地方，我們安裝了排針，學(xué)生可用跳線塊或跳線來搭建自己的實(shí)驗(yàn)電路。例如，如圖1所示的實(shí)驗(yàn)板上，通過用跳線塊和跳線，可以連接出多個(gè)不同的多級(jí)放大電路。

2010年秋學(xué)期開始，我們進(jìn)行了《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)實(shí)踐，5個(gè)平行班共330名學(xué)生。整個(gè)課程為2學(xué)分、64課時(shí)，分2個(gè)學(xué)期開設(shè)。第一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、電路類實(shí)驗(yàn)和門電路實(shí)驗(yàn);第二學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有運(yùn)算放大器應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)、放大電路設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)和脈沖電路實(shí)驗(yàn)。2011年秋學(xué)期起進(jìn)行了第二輪的教學(xué)實(shí)踐，選課學(xué)生249名，4個(gè)平行班。

在教學(xué)方式上改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下的教學(xué)方法，探索和實(shí)踐了新的教學(xué)方法［3，9－11］:(1)啟發(fā)式教學(xué)法，調(diào)動(dòng)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)的積極性;(2)開放式教學(xué)法，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，所謂開放式教學(xué)方式就是每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、任務(wù)和要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，具體的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)過程由學(xué)生自己設(shè)計(jì)擬定;(3)鼓勵(lì)式教學(xué)法，鼓勵(lì)學(xué)生積極查閱課外資料，在完成實(shí)驗(yàn)課內(nèi)要求的基礎(chǔ)上增做一些延伸實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;(4)開放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供課外實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，學(xué)生可隨時(shí)來實(shí)驗(yàn)室做更多的實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)方式真正讓學(xué)生處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的地位，促使他們積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立工作和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

從這兩輪的教學(xué)實(shí)踐情況來看，其教學(xué)效果良好，對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起到很好的作用，有效地鍛煉了學(xué)生電子電路的自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥灾髟O(shè)計(jì)能力。

3 《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)效果

《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)實(shí)踐從2010年開始已進(jìn)行了兩輪，目前正在實(shí)施第三輪教學(xué)實(shí)踐，選課學(xué)生每輪300名左右。從實(shí)驗(yàn)效果看，做到了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新，在實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中訓(xùn)練了綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力，使他們學(xué)會(huì)了全方位看問題的方式，大大增強(qiáng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)于實(shí)際工程的能力、自主創(chuàng)新的能力，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目的。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的心得體會(huì)中對(duì)本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)踐給予了很好的評(píng)價(jià)，很多學(xué)生認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)課程從頭到尾都需要由學(xué)生自己設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上沒有實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟，需要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行充分預(yù)習(xí)。設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)方案，是真正意義上的學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性電子電路實(shí)驗(yàn)，自己的能力在本實(shí)驗(yàn)中得到檢驗(yàn)與展示，當(dāng)完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，都很有成就感和自豪感。

4 結(jié)束語

在浙江大學(xué)信電系的支持和推動(dòng)下，經(jīng)過兩年的前期準(zhǔn)備和調(diào)研，按照新的知識(shí)組織體系，制訂了《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)大綱，編寫了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)講義，并于2012年3月由科學(xué)出版社正式出版了《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程》［12］。自主開發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)電路板，于2010年順利開設(shè)了新的實(shí)驗(yàn)課程《電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》。經(jīng)過2屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，反映良好，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)改革目的。

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