面向新工科的模拟电子技术课程教学模式探索与实践
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作者:杨秀
摘要：该文主要将模拟电子技术课程的教学与新工科建设的要求结合，分析模拟电子技术课程教学现状与存在的问题。利用新工科的理念，分别从教学内容、结构、教学方法及评价体系四个方面进行课程改革探索与创新，并结合应用型本科学生特点完善教学方案，使模拟电子技术的课程建设更适用于培养面向新工科的工程人才。
关键词：模拟电子技术;新工科;实践能力;仿真教学
中图分类号：TP3 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）31-0200-02
1研究背景分析
自2017年教育部发布关于开展“新工科”的研究与实践以来，为了响应建设新工科的号召与要求，各高校都对如何建设新工科与培养面向新工科的工程人才进行了探讨。在教育部发布的文件中指出新工科的建设要根据各类高校自身特点开展不同的研究。巢湖学院作为地方应用型高校开展新工科应为地方新经济产业发展服务，从而为地方新经济产业发展提供人才保障。为了落实新工科的人才培养建设，培养适用于社会新经济的人才，一方面高校要关注新产业新技术的发展方向，设置适新的专业课程如人工智能、新能源等，而另一方面一些相关专业课程也需要改革和创新以达到新工科的进一步要求。
2课程现状与问题分析
《模拟电子技术》是工科电子信息类、电气自动化类学生的核心的专业基础课程。该课程具有涉及知识点多，相关概念理解比较抽象，电路的分析计算量大等特点，大量的知识点记忆与复杂的计算往往使学生对这门课程失去兴趣，更忽略了这门课程的工程特性。随着近几年长三角地区半导体与集成电路等工业技术的迅速发展，企业对人才的需求从实践到创新都有更高的要求，且在互联网+的热潮下，当代大学生接触信息的途径多样化，传统的《模拟电子技术》的授课方式不在适用于当代大学生的学习习惯，探索与新工科相适应的新教学模式才能保障培养的人才可以为社会所用。完善《模拟电子技术》课程的人才培养方法应从教学内容体系结构安排、教学方法使用、教学效果考核三方面综合进行反思与改进。
2.1教学内容安排不适用新工科发展趋势
新工科建设的目的是培养学生可以服务于新的经济发展体系，面对未来引领新的科技改革与发展。因此面向新工科的人才的培养应更注重实践性与创新性，要密切关心相关工业产业发展的现状。随着集成电路产业对产片的集成度与低功耗的要求的提升，从新的半导体材料到新元件的设计思路与辅助设计方法都在不断地根据需求发生变化。因此作为工程性较强的课程一方面要更新教学内容，引入新的应用理念，另一方面要根据产业应用的发展趋势调整课程的侧重点，以保障教学内容的实用性。
2.2传统教学方法的弊端
模拟电子技术课程教学内容较多，理论性与实践性要求较高，从历年整体的教学效果分析，模电是在电类课程中学生掌握较差的专业基础课程。主要的问题体现在如下几个方面：①课程内容较多而课时数有限。学好模拟电子技术课程需要学生做好充分的课前预习和课后的复习。传统模拟电子技术预习任务大多靠学生的自觉性，然而应用型本科院校学生往往主观能动性不够，特别是对于较难理解的理论概念，学生很容易失去兴趣而放弃，很少主动预习功课。课后的复习主要以習题为主的作业形式，实践能力没有得到培养和锻炼。因此需要教师改变教学模式，引导学生自觉的完成学习任务。②教学内容重理论和计算，而技能应用的能力培养较弱。模拟电子技术中对不同元件构成或不同结构电路中相关参数的性能指标的分析，通常通过大量计算分析总结，占用时间较多，然而在计算机技术仿真技术已经很成熟的现在，应该将新的技术引入课堂与实际工程应用更贴合。
2.3教学考核评价不合理
现有的模拟电子技术考核标准分为期末考试成绩（70%）与平时成绩（30%），平时成绩的考核包括考勤、作业与课堂提问。虽然平时成绩考虑到对学生学习的过程记录，但针对60人左右的班级授课，在课堂上教师并不能兼顾到每个人的表现情况，作业和提问的评价并不能全面客观的反映真实的学习情况。期末考试卷面成绩所占比例很大，这样的考核导向使学生只关注考试范围和考试重点，出现了应付考试的现象，这样机械性的记忆方式容易使学生忽略了学科的工程背景与实践意义，与新工科提倡的实践能力不相符。因此学生的考核机制应更注重学生学习过程管理，应建立以培养学生实践能力为目标且更细致的学习过程监督与考核机制。
3研究改革方案
为了适应新工科人才培养方案的要求，全国各高校已经针对传统授课模式的弊端掀起了教学改革研究热潮[1]。例如很多高校开始尝试利用互联网进行翻转课堂、MOOC大规模开放式在线课程的教学模式等。在新工科的背景下，巢湖学院也积极响应，在教学中总结经验，探索一条适合于地方经济和社会发展需要的人才培养模式。随着科技的发展，针对模拟电子技术课程出现的以上新的问题已经开始探索新的教学模式，例如部分内容采用项目驱动法进行教学，引入雨课堂的教学模式激发学生兴趣等，但仍然需要更系统的教学改革方案，以提高学生解决实际问题的能力和培养学生的创新能力。
面向新工科的模拟电子技术教学改革研究， 主要从教学内容体系结构安排、教学方法使用、教学效果考核三方面进行开展，主要研究内容如下：
3.1课程结构调整
从课程整体内容上模拟电子技术中设计的三种主要的核心元件二极管、三极管、集成运放。一方面在分立元件的讲解安排中对双极结型的晶体管（BJT）的讲解时间安排优先，且内容所占比例较大，而对于场效应管（FET）的课时安排较少。而结合近几年BJT与MOSFET管的工艺发展趋势，MOSFET集成的程度强于BJT的集成度，更适用于电子设备微型化的发展趋势。另一方面“中国制造2025”的提出为集成电路产业提供了更大的发展空间[2]，特别是长三角地区的集成电路产业近几年发展迅速，合肥也是在这样趋势中发展起来的重要城市，巢湖学院作为服务于地方性的院校，应当与企业需求相接轨，加强对集成运算电路部分的学习，重视培养学生对集成电路的理解与应用能力更适用于现代技术的发展要求。 3.2课程内容调整
新型材料、新的技术的注入使现代电子技术发展迅速。新工科的建设不能仅局限于基本理论、局限于参考教，应跟贴近于现代技术发展。在集成电路发展的后摩尔时代，传统的CMOS技术面临着发展的束缚，在模拟电子技术课程中在保障学生掌握基本理论概念基础上，可以适当地引入如鳍式场效晶体管FinFET、薄体SOI等新的器件[3]。重点通过新的器件外部参数优势的介绍引导学生关注相关技术的发展趋势，提高学生对技术创新的兴趣。
3.3教学方法
面向新工科的教学方案的制定应以学生为主体，以实践教学为导向，重在培养学生的综合能力。通过对模拟电子技术课程的特点分析制定如下教学方案，如图1。
课前引入翻转课堂的教学理念，利用小视频的方式引导学生做好预习工作。考虑到学生的接受能力与时间安排，设置视频时间为10-15分钟为佳。视频内容首先应包含每节课的重要知识点，并以图片及动画结合方式讲述相关概念，尽量在沒有教师的监督下使学生集中注意力。设置相关的测试题或思考题。这样学生就可以将课前学习中发现的问题反馈到课堂上，从而提高课堂的学习效果。
课上要以学生为主导，调动学生的学习积极性。例如采用项目式教学。可以针对教学内容的几节或者几个单元的教学知识点设计相应的教学项目。项目设计应适应现在的科技发展方向并且尽量贴近生活，对学生有较强的吸引力，通过理论辅导实践，实践及时反馈理论学习的教学方式，激发学生的主观能动性。教学过程中运用Proteus 等仿真软件可以使整个教学活动变得直观，这样也可以加课堂教学的效果。例如在模拟电路的分析中，与工程实践结合通常引入估算的方法简化电路模型，如将通过数学公式推导的BJT小信号模型简化成只有电阻与电流控电流源的两个元件，传统方法讲解简化过程只做定性的分析，学生印象不深刻，如果具体计算数值则占用时间过多，利用仿真软件可以直观的验证模型化简前后得到的输出值，让学生消除对估算方法的疑虑，为学生提供了学习模拟电路的新的方法，方便学生课后的拓展学习。仿真软件也更方便在课上更直观的观察模拟信号的处理效果，例如利用软件仿真观察二极管整流、稳压等电路，从输入输出波形对比中更直观的观测信号的变化。
课后除了日常的作业外还应注重培养学生的工程设计能力，可以以小组的形式布置设计性任务，作业的反馈以搭建仿真电路与撰写设计报告的方式体现。任务的布置注重培养学生的查阅文献收集材料的能力，发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生兴趣，激发学习热情和主观能动性。以小组的合作的形式既可以降低每个人的工作量，又可以集思广益相互取长补短。
3.4教学效果考核
教学考核评价应重视过程考核，使该门课程成绩能够正确的反映学生的综合能力。针对上述的教学方案实行对学生课前、课上、课后的全面考核，将考核贯穿于学习的全过程。日常的学习记录包括通过课前小视频的预习情况，课上出勤、提问、讨论情况，课下作业与设计性任务的完成情况等多个方面综合考虑。
4 要解决的问题
4.1如何结合面向新工科的教学方法与应用型本科学生教学特点
应用型本科人才的主要特征是“具有较强的实践动手能力，能够创造性地运用专业知识和技能解决实际问题”[4]。正在使用的教材一般基础理论偏多偏深，应用型本科的学生理论基础与计算能力稍差，因此在结构内容调整中要注意结合学生的特点，减少定量计算将重点放到电子元件主要外部参数及电路的应用和分析上。在电路应用与分析上，采用项目驱动的方案，方案选取要贴近生活且结合现代企业应用的特点，例如以心电信号检测系统为例学习滤波电路、基本比较运算放大器，培养学生解决实际工程问题的能力。
4.2 如何建立完善的约束机制
为了适应新工科建立的教学方案将教学时间延伸到课外，提高了课堂效率。但对于自制力较差的学生来说，如果没有及时完成课前课后的任务，那么在课上就会得到相反的效果。因此除了在改善教学内容提高学生兴趣外建立完善的约束机制也很重要。课前预习的监督方法可以通过在线的教学平台进行记录，如学生是否登陆，在线学习时长以及建立论坛进行交流等。课后设计任务的监督可以从仿真结果与总结报告两方面体现，这样有利于对设计过程进行的监督约束。
5 结语
本文以新工科建设理念为指导，分析了模拟电子技术课程内容安排、教学方法及考核评价上存在的问题。在教学内容结构上根据现代电子技术发展现状调整教学重点，根据电子技术的发展趋势引入新的内容，以培养面向新工科的人才为目标做好学科建设。在教学方法上充分利用互联网+优势将线上与线下教学结合，以学生为主导设计教学环节。在教学效果考核上注重过程评价，加强综合设计能力考核。在学科建设中突出强调与应用型本科学生特点相结合，注重培养实践能力强、具有创新性的新工科技术性人才。
参考文献：
[1]马李刚.“新工科”背景下“模拟电子技术”课程的教学探索[J].无线互联科技，2018，15（12）：88-89+101.
[2]刁石京.中国制造2025与集成电路产业创新发展[J].集成电路应用，2016（6）：4-7.
[3]黎明，黄如.后摩尔时代大规模集成电路器件与集成技术[J].中国科学：信息科学，2018，48（8）：963-977.
[4]李旭琼，段吉海，韦保林.应用型本科模拟电子技术教材的建设与改革探索[J].中国电力教育，2014（2）：131-132.
【通联编辑：朱宝贵】
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