鄧云　盧善勇　李顯圣

【摘 要】本文針對(duì)電子技術(shù)課程理論與實(shí)踐結(jié)合偏少、知識(shí)的綜合應(yīng)用偏少、知識(shí)陳舊等問(wèn)題，提出結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的訓(xùn)練和比賽模式，圍繞電路的設(shè)計(jì)與仿真、制作與調(diào)試、測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)分析等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行電子技術(shù)課程教學(xué)改革，切實(shí)提高學(xué)生技能水平、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提升教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 電子技術(shù)課程 教學(xué)改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）03C-0022-03

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部主導(dǎo)的四大學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目之一，近年來(lái)越來(lái)越為高校所重視，在某種程度上已然成為電子專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)改革實(shí)踐的新載體。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容緊扣當(dāng)前主流教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分展現(xiàn)了電路基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)與綜合運(yùn)用能力、電路設(shè)計(jì)與制作調(diào)試能力、新技術(shù)和新器件的應(yīng)用能力。為了配合全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，廣西也舉辦了大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，偶數(shù)年為全國(guó)電子競(jìng)賽，奇數(shù)年為廣西電子競(jìng)賽，這兩個(gè)賽項(xiàng)形成交替循環(huán)，為大學(xué)生提供了一個(gè)良好的創(chuàng)新實(shí)踐能力提升平臺(tái)，也為電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)形式改革帶來(lái)了有效的促進(jìn)作用。筆者總結(jié)多年來(lái)參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽所積累的經(jīng)驗(yàn)，探索基于大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽進(jìn)行電子技術(shù)教學(xué)改革。

一、電子技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

電子技術(shù)課程是電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是專(zhuān)業(yè)主干課程之一，包含模擬和數(shù)字兩個(gè)部分內(nèi)容，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和理論性。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，電子技術(shù)課程主要是以理論講授為主、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，教學(xué)效果不理想，教學(xué)效率低下，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

（一）理論與實(shí)踐結(jié)合偏少。傳統(tǒng)電子技術(shù)課程教學(xué)模式一般是圍繞理論知識(shí)結(jié)構(gòu)展開(kāi)，從電子元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)到元件工作特性，再由分立元件構(gòu)成基本電路，對(duì)元器件和電路的工程實(shí)際應(yīng)用缺少介紹，使得電路理論與工程實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生普遍感覺(jué)被電子元器件所困，而不知道所學(xué)電路的實(shí)際用處，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，教學(xué)效果不理想。

（二）知識(shí)的綜合應(yīng)用偏少。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容注重單元模塊電路的講授，極少把各相關(guān)單元模塊結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生在分析簡(jiǎn)單電路時(shí)相對(duì)比較容易理解，但要分析或者設(shè)計(jì)制作綜合應(yīng)用電路時(shí)，常常會(huì)無(wú)從下手，不知如何從上至下系統(tǒng)性設(shè)計(jì)電路，也不知如何合理使用電子器件，更不會(huì)靈活調(diào)試電路。上述因素極大阻礙了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，制約了學(xué)生探索新知識(shí)的主動(dòng)性和積極性。

（三）知識(shí)陳舊，鮮有新技術(shù)、新器件。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異，電子技術(shù)及新型電子器件發(fā)展更是迅猛。長(zhǎng)期以來(lái)，電子技術(shù)的教材跟不上時(shí)代的發(fā)展步伐，許多教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)生活嚴(yán)重脫節(jié)，由于教學(xué)課時(shí)有限，實(shí)際教學(xué)經(jīng)常局限在電路的基本原理和小規(guī)模集成電路的應(yīng)用，幾乎很少涉及應(yīng)用前沿新技術(shù)和大規(guī)模集成電路構(gòu)建電子控制系統(tǒng)。

二、電子技術(shù)課程的教學(xué)改革

針對(duì)當(dāng)前高職院校電子技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的訓(xùn)練和比賽模式，筆者對(duì)電子技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行改革，切實(shí)提高高職學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)制作能力。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革。重理論基礎(chǔ)，突出基本知識(shí)、技能的培養(yǎng)。在電子技術(shù)教學(xué)中，淡化元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路的分析，重點(diǎn)強(qiáng)化元器件功能和外圍應(yīng)用電路，結(jié)合工程實(shí)踐案例或電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中使用的新器件開(kāi)展教學(xué)，通過(guò)學(xué)習(xí)典型電路掌握核心器件的應(yīng)用方法，進(jìn)而掌握電路工作原理。例如，利用7805穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)、制作手機(jī)充電器，利用555集成電路和LM358運(yùn)放設(shè)計(jì)、制作呼吸燈電路，電子技術(shù)部分教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如表1所示，通過(guò)元器件的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生更加深刻理解元器件的特性、所需外圍電路和典型應(yīng)用場(chǎng)合。

（二）教學(xué)方式改革。為了改善電子技術(shù)課程教學(xué)效果，切實(shí)提高學(xué)生技能水平，本文結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽特點(diǎn)，圍繞電路的設(shè)計(jì)與仿真、制作與調(diào)試、測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)分析等教學(xué)模式進(jìn)行深入研究探討。

1.電路設(shè)計(jì)與仿真。在電子技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，采用Proteus仿真軟件為輔助教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、參數(shù)調(diào)整、效果演示等起到了較好的教學(xué)輔助作用，更加有利于幫助學(xué)生理解電路工作原理、縮短電路設(shè)計(jì)周期、提高電路設(shè)計(jì)效率。

以經(jīng)典的555振蕩電路為例進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，電路原理圖如圖1所示，首先通過(guò)Proteus軟件繪圖編輯界面進(jìn)行電路繪制；其次，根據(jù)理論基礎(chǔ)進(jìn)行關(guān)鍵元件參數(shù)的計(jì)算，由振蕩頻率求出所需RC充放電時(shí)間，根據(jù)常規(guī)RC比值算出電阻與電容的取值范圍；再次，啟動(dòng)Proteus仿真功能，調(diào)用示波器觀測(cè)555集成電路第3腳的輸出波形；最后，調(diào)整電路中影響充放電時(shí)間的電阻阻值，同步觀察輸出波形的變化，可以直觀、清晰地觀測(cè)到充放電的電阻阻值與輸出波形頻率成反比。透過(guò)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)、仿真，驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)思路，學(xué)生能夠容易理解電路的工作原理，通過(guò)進(jìn)一步調(diào)整元件參數(shù)，修正設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)更加完善的電路功能。經(jīng)過(guò)如此反復(fù)的訓(xùn)練，學(xué)生的電路思考能力才能得到加強(qiáng)，學(xué)生才能輕松設(shè)計(jì)單元模塊電路，有效地縮短電路原理與實(shí)踐結(jié)果之間的距離。

2.電路制作與調(diào)試。通過(guò)上述的電路設(shè)計(jì)與仿真，學(xué)生對(duì)電路工作原理已經(jīng)有了一定了解，并且在Proteus軟件平臺(tái)上完成了仿真驗(yàn)證，但是，根據(jù)以往教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于大部分的高職學(xué)生來(lái)說(shuō)，如果所學(xué)電路僅作設(shè)計(jì)和仿真是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有經(jīng)過(guò)實(shí)做、實(shí)測(cè)的電路，才能算是真正意義上的掌握。因此，硬件電路的制作與調(diào)試就顯得尤為重要，為了更加科學(xué)有效地完成電路的制作，需要學(xué)生在理解電路原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行元件的合理布局、焊接，以及電路的調(diào)試。

電路制作是圖紙到實(shí)物的轉(zhuǎn)換。電路制作需要根據(jù)電路工作原理考慮元器件的布局，首先需要從宏觀上考慮電路板的布局，一般遵循專(zhuān)業(yè)、行業(yè)默認(rèn)習(xí)慣，比如，信號(hào)走向一般是左邊進(jìn)右邊出，電源、地和信號(hào)端口需要在電路板的邊沿預(yù)留位置，布線優(yōu)先照顧大電流所流經(jīng)的回路，以及電路中的關(guān)鍵點(diǎn)電壓需要預(yù)留測(cè)試點(diǎn)以便后續(xù)的電路調(diào)試工作。

電路調(diào)試是理論指導(dǎo)實(shí)踐的具體表現(xiàn)。電路調(diào)試也是理論與實(shí)踐的結(jié)合體，只有掌握一定的電路基礎(chǔ)理論，才能有效地開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)，調(diào)試電路一般是遵循“先電源，后信號(hào)；先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的指導(dǎo)原則。電路在上電時(shí)首先是要檢查電路的供電電源是否正常，然后再檢查電路的輸出信號(hào)、輸入信號(hào)是否正常；對(duì)于放大電路，需要先檢查電路的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓是否正常，然后再檢查電路的交流放大能力。

以TDA2030功放電路為例，說(shuō)明調(diào)試一個(gè)電路的具體步驟。TDA2030功放電路如圖2所示，當(dāng)電源電壓為+20V，正相輸入端電壓為+10V，輸出端電壓為18.5V時(shí)，反相輸入端電壓為0V。測(cè)量結(jié)果表明運(yùn)放的靜態(tài)工作異常，電路沒(méi)有工作在放大狀態(tài)，此現(xiàn)象的原因很有可能是反相輸入端與輸出端的反饋支路開(kāi)路，或者是反相輸入端被直接接地。通過(guò)上述電路調(diào)試步驟的具體演示，可以幫助學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)運(yùn)放的工作原理，深刻理解運(yùn)放工作在放大狀態(tài)時(shí)，其正相輸入端與反相輸入端電壓相等的特征，在抓住此特征之后，也就掌握了功放電路調(diào)試的關(guān)鍵所在。經(jīng)過(guò)電路的實(shí)踐調(diào)試，學(xué)生掌握正確解決問(wèn)題的方法，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析、嘗試、反饋和總結(jié)等，激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考，這一系列過(guò)程都會(huì)加深學(xué)生對(duì)電路工作原理的理解，幫助學(xué)生強(qiáng)化學(xué)習(xí)電路信心。

3.電路測(cè)量與數(shù)據(jù)分析。電路測(cè)量是培養(yǎng)學(xué)生使用儀器、儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量的能力。電路測(cè)量主要包括基本功能測(cè)量和技術(shù)指標(biāo)測(cè)量，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行電路分析可以訓(xùn)練學(xué)生分析歸納、調(diào)整電路的能力。以典型功放電路為例，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)主要包括靜態(tài)直流輸出電壓、中頻信號(hào)放大倍數(shù)、最大不失真輸出功率、失真度、通頻帶和信噪比等性能指標(biāo)，以上每一項(xiàng)性能指標(biāo)都需要學(xué)生親手使用儀器、儀表測(cè)量，并且根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析。經(jīng)過(guò)電路實(shí)踐測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以更深入理解電路的工作原理。測(cè)量直流輸出電壓訓(xùn)練訓(xùn)練萬(wàn)用表的使用，測(cè)量通頻帶、交流放大倍數(shù)訓(xùn)練示波器和信號(hào)發(fā)生的使用，測(cè)量失真度訓(xùn)練失真度測(cè)試儀的使用等，經(jīng)過(guò)反復(fù)的訓(xùn)練，學(xué)生使用儀器、儀表的技能得到加強(qiáng)，數(shù)據(jù)綜合分析能力得到有效提高。

4.以大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽綜合測(cè)評(píng)為例，訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用能力。綜合測(cè)評(píng)主要考查學(xué)生綜合分析、設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試電路的能力，重點(diǎn)考查學(xué)生運(yùn)用模擬電路和數(shù)字電路理論知識(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與制作的能力。

以2017年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽綜合測(cè)評(píng)為例，題目是設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)合信號(hào)發(fā)生器，要求采用兩片運(yùn)放和一片74LS74數(shù)字芯片設(shè)計(jì)制作一個(gè)復(fù)合信號(hào)發(fā)生器，具體要求是：（下轉(zhuǎn)第49頁(yè)）（上接第23頁(yè)）首先設(shè)計(jì)制作一個(gè)方波產(chǎn)生器輸出方波，然后將方波四分頻后再與三角波同相疊加輸出一個(gè)復(fù)合信號(hào)，最后經(jīng)濾波器輸出一個(gè)正弦波信號(hào)。經(jīng)分析題目可知，首先使用一個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)RC振蕩電路，并且采用電位器調(diào)整充放電回路中電阻的阻值，即可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輸出20kHz方波信號(hào)A頻率的要求；其次結(jié)合D觸發(fā)器的工作原理，采用74LS74雙D觸發(fā)器將方波信號(hào)A進(jìn)行兩次分頻，即四次分頻，輸出一個(gè)5kHz的方波信號(hào)B；再將方波信號(hào)波B經(jīng)過(guò)一個(gè)積分電路，采用一個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)反相積分電路，即可將方波信號(hào)B轉(zhuǎn)換5kHz的三角波信號(hào)C；為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)疊加，需要一個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)同相加法器電路，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)B和C的疊加；最后采用一個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)有源低通濾波器，即可濾出疊加后的基波信號(hào)，也就是題目要求的5kHz的正弦波信號(hào)D。在完成理論電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)Proteus軟件進(jìn)行可行性仿真，然后根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整電路設(shè)計(jì)，并完成電路板的焊接、調(diào)試，最后逐一測(cè)量各路輸出信號(hào)的波形、頻率和幅值，若輸出信號(hào)頻率偏離設(shè)計(jì)要求，可以調(diào)整相應(yīng)電位器進(jìn)行微調(diào)，以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。

總之，結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽開(kāi)展電子技術(shù)課程教學(xué)改革探索，教學(xué)過(guò)程圍繞電路設(shè)計(jì)、仿真、制作展開(kāi)，讓學(xué)生帶著目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行電路分析、設(shè)計(jì)，并針對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行交流探討，可以明顯提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。實(shí)踐教學(xué)表明，學(xué)生學(xué)會(huì)了從單元模塊電路到綜合電路的識(shí)圖技能，收獲了自主學(xué)習(xí)方法，掌握了電路設(shè)計(jì)及調(diào)試能力，提升了學(xué)生參與教學(xué)的熱情，教學(xué)效果良好，達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

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【基金項(xiàng)目】廣西教育廳高?？蒲许?xiàng)目（2017KY0982）

【作者簡(jiǎn)介】鄧 云（1983— ），男，廣西全州人，碩士，廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)與電子信息工程系講師，研究方向：電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)與研究。

（責(zé)編 黎 原）