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新工科背景下模拟电子技术基础课程实践教学改革研究

来源:用户上传      作者:刘汉平 栗军 张秀梅

  [摘 要] 传统的模拟电路课程实践环节验证性实验较多,且内容比较单一,与其他课程联系不多,不适应新工科建设要求。为培养学生自主学习能力和跨界融合能力,建议对模电实验教学内容进行适当改革,增加综合设计类和创新类实验;课程设计采取项目化教学,鼓励学生参加各级各类科技文化竞赛,促进理论与实践的结合,激发学生学习热情和主观能动性。
  [关键词] 新工科;模拟电路课程;实践教学
   一、新工科与模拟电路课程
  模拟电子技术(简称模拟电路)是电子电气类、自动控制类和计算机类等专业学生在电子技术方面入门性质的专业基础课。课程系统讲述模拟电子技术的基本知识、基本分析方法以及有关参数的计算方法,侧重于各种单元电路工作原理的分析及电路有关参数的计算。模拟电路是一门应用性很强的基础课程,理论知识需要通过实践过程来巩固,实践教学是其重要环节。不通过实践,无法提高学生的动手能力和创新能力,无法满足学生成长过程中对新知识的构建需求。为应对当前高速发展的科技革命、产业变革,确保“中国制造2025”“一带一路”落到实处,2017年教育部启动了“新工科建设”。随着“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等标志性行动的持续推进,掀起了“新工科建设”研究与实践的新高潮。新工科人才要求具有跨界融合能力和自主学习能力[1]。新工科建设对模拟电子技术基础课程实践教学提出了新的挑战。
  二、传统模电实践教学弊端
  1.实验内容不利于培养学生的自主学习能力。传统模电实验包括示波器、信号发生器、基本放大电路、振荡电路等内容,对培养学生动手能力,掌握电子仪器仪表的使用有非常重要的作用,但实验内容基本是对应教材的各基本电路,按基本电路的原理图搭建实物连线并对其各测试点测量,记录相关参数,比较其性能和指标。实验性质以验证性为主,学生只需要按实验指导书的具体步骤在实验箱内插接通电,测试记录相关的参数,然后完成实验报告即可。这种实证类型的实验流程只能培养学生按部就班完成任务的“实验”能力,很難培养学生独立思考、分析研究问题、解决问题的能力[2]。这些实验项目很难激发学生的学习兴趣,对培养学生自主学习能力帮助不大。
  2.内容相对孤立,不利于跨界融合能力培养。模拟电路课程的教学内容繁多,课程的主要内容包括常用半导体器件、基本放大电路、多级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放大电路中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的转换、功率放大电路、直流电源等,既有放大电路的理论知识,又有放大电路的应用等。但是目前大多数学校的教学课时都比较少(一般是64学时),实验一般只有16个学时(0.5学分),只能安排6个实验项目,多数是比较简单基本的实验内容。由于学时的限制,缺少综合性、设计性实验项目,且教学内容相对较孤立,与其他课程的联系较少。另外,目前模拟电路开设较早,一般在第三学期开设(有的学校甚至在第二学期开设),在其之前专业基础课一般只开设了数字电路,学生掌握的专业知识还比较少,导致与其他课程融会贯通有困难。
  三、改进措施
  1.丰富实验内容,增添综合设计性实验。为培养学生的跨界融合能力和自主学习能力,要按照“突出重点与全面发展”相结合的原则,进行模拟电路实验课程改革。按照新工科人才培养要求,改进实验环节应该适当增加实验强度,调动学生参与的积极性。针对实验项目类型单一的问题,为满足新工科人才培养要求,模拟电路实验项目要包括基础型实验、综合设计型实验以及创新型实验。首先,综合设计型实验需要以学生为中心,充分发挥学生的主观能动性,教师在项目中负责辅助和指导工作,为学生设计大致的技术路线或者思路,由学生独立了解实验背景知识,自行构思实验的具体方案、步骤,然后完成实验操作。其次,学生掌握模电基本的理论知识和实验技能后,适当开设创新型实验项目,由学生和教师共同讨论确定实验内容,采用新颖的方案来进行实验。在这类实验中,可以充分发挥学生的创造性,综合运用模拟电路知识以及其他课程的知识、技巧或方法,扩展思维活动空间和想象力,提高学生的学习兴趣,满足新工科背景的多学科交叉要求,培养学生的自主学习能力和跨界融合能力。
  2.课程设计采用项目化教学。为配合模拟电路教学,一般在人才培养方案中有一个电子技术课程设计环节,旨在提高学生综合运用模电和数电知识解决具体问题的能力。为提高人才培养效果,课程设计应该采用项目化教学方式。项目式教学是国内外专家近年倡导的一种教学方法,是师生通过共同实施一个完整的项目而进行的教学活动。教师根据课程特点设计项目,分解任务,通过任务驱动来完成学习目标,多适用于实践性、应用型强的课程,可以引导学生从直接感知、项目制作、任务归纳中学习知识,之后再将所学知识转化为实践应用,从而提高学生动手能力,培养学生自主学习与分析问题、解决问题的能力[3]。这种教学模式,通过师生共同制定课程学习目标、学习任务,并对任务进行分解,使学生知道自己每天要学什么、怎么学、学到什么程度等任务要求,进而进行自主性学习。这种教学可以起到培养学生自主性学习习惯、责任意识、自我管理能力等,逐渐激发学习的兴趣,使学生学会自主学习[4]。
  3.以赛促学,强化能力培养。很多高校已经认识到科技竞赛对学生能力培养的重要性,开展了丰富多彩的科技竞赛活动。模拟电路课程是很多竞赛的基础,如电子设计竞赛、ICAN物联网创造力大赛、物联网应用创新大赛等。科技竞赛要求学生掌握一定的模拟电路知识,以及将知识运用于实践的能力,同时也使大学生在参赛的过程中发现自身模电课程及其他课程理论知识的不足,认识运用理论知识解决实际问题的重要性、复杂性,掌握理论指导实践的技巧和规律,促进理论知识的学习和理解。学生在科技竞赛的备赛训练过程中,除了掌握模拟电路课堂上所学的基本内容外,还需要针对竞赛可能遇到的各种实际问题查阅资料,收集信息,通过自学来丰富知识结构,在这个过程中自然锻炼了学生的自主学习能力和跨界融合能力。另外在参加竞赛的过程中会产生很多问题,需要学生自主地去思考,找到解决问题的方法,这样也可以提高学生的自主学习能力[5]。
  四、结语
  传统的模拟电子技术基础课程实践环节内容和方式比较单一,与新工科建设要求不适应。本文基于“以学生为中心”的理念,对模电实验教学内容做了较大幅度的改革,增加了综合设计类和创新类实验;课程设计采取项目化教学,鼓励学生参加各级各类科技文化竞赛,在理论与实践相结合的过程中,培养学生主动学习、主动探索、主动研究的能力,以及发现问题、分析问题和解决问题的能力,激发学习热情和主观能动性,实现对所学知识的综合运用,锻炼学生自主学习能力和跨界融合能力。
  参考文献
  [1]姜晓坤,朱泓,李志义.面向新工业革命的新工科人才素质结构及培养[J].中国大学教学,2017,(12):13-18.
  [2]吴新胜,何鲲,吴冬梅,丁斌.基于“新工科”理念的《模拟电子技术》课程教学改革探索[J].广西师范学院学报(自然科学版),2018,(3):122-126.
  [3]王凤英,崔国玮.模拟电子技术课程的项目式教学研究[J].科技资讯,2015,(3):164-165.
  [4]陈绪敖.新建本科院校大学生课堂“磨洋工”行为及其治理策略研究[J].当代教育科学,2018,(3):72-76.
  [5]宁晶,崔庆权.云南大学生自主学习能力培养方法的研究[J].课程教育研究,2014,(5):254-255.
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