盧厚元，王 襄，王建華

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，湖北十堰442000）

以設(shè)計(jì)制作為主導(dǎo)的模擬電路教學(xué)研究

盧厚元，王 襄，王建華

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，湖北十堰442000）

模擬電路內(nèi)容龐雜、實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大，實(shí)行以設(shè)計(jì)制作為主導(dǎo)的教學(xué)模式，經(jīng)歷知識(shí)準(zhǔn)備、組織實(shí)施、質(zhì)量檢測(cè)、反饋提升等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)習(xí)活動(dòng)依徑而行，有序推進(jìn)，教學(xué)效果顯著提高。

模擬電路；設(shè)計(jì)制作；教學(xué)環(huán)節(jié)

模擬電路內(nèi)容龐雜、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用分析難度大，最早在理論加實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式下，學(xué)生上課難聽懂，作業(yè)不會(huì)做，實(shí)驗(yàn)入門時(shí)間長(zhǎng)，教學(xué)效果不好。后來，模擬電路課程進(jìn)行教學(xué)改革，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)行理論與實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)模式，教學(xué)效果有較大的提升。專業(yè)建設(shè)的改革與發(fā)展，對(duì)模擬電路課程提出了更高要求，我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的模塊化、應(yīng)用電路的現(xiàn)成化以及較高的集成度與教學(xué)中要求學(xué)生在掌握電路結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)能力以及實(shí)際的在線分析與應(yīng)用能力方面存在諸多的不匹配、不協(xié)調(diào)。于是，我們探索以設(shè)計(jì)制作為主導(dǎo)的教學(xué)模式，在此將教學(xué)研究的情況作以匯報(bào)，望能起到拋磚引玉的作用。

在我院電子信息類的不同專業(yè)中，模擬電路課程的教學(xué)課時(shí)是不一樣的，對(duì)于課時(shí)數(shù)中等的，該課程設(shè)計(jì)了十幾個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目。項(xiàng)目之間有并聯(lián)關(guān)系的，也有遞進(jìn)關(guān)系的。我們把這些項(xiàng)目看成一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)，并定義為“目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)”，由它們就組成模擬電路學(xué)習(xí)活動(dòng)的一個(gè)整體系統(tǒng)。本文要敘述的是目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)的完成過程。

目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)的首要任務(wù)是進(jìn)行系統(tǒng)目標(biāo)定位，確定該系統(tǒng)在模擬電路課程整體系統(tǒng)中的地位，實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，它是目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)的根本和出發(fā)點(diǎn)。目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)的完成過程設(shè)計(jì)了四個(gè)環(huán)節(jié)，即知識(shí)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、組織實(shí)施環(huán)節(jié)、質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)和反饋提升環(huán)節(jié)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)完成過程示意圖

一、知識(shí)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

知識(shí)準(zhǔn)備是使項(xiàng)目順利開展、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的前提保障，是推動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力源泉?；诒菊n程的特點(diǎn)，知識(shí)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)有兩大任務(wù)：第一是明確單元電路的功能、電路結(jié)構(gòu)、工作條件、電路的工作原理以及信號(hào)及能量的傳輸過程。第二是掌握仿真軟件的應(yīng)用方法。教學(xué)選用是multisim11仿真軟件，該仿真軟件是一款界面形象直觀、操作方便、分析功能強(qiáng)大、易學(xué)易用的優(yōu)秀EDA軟件，具有：（1）集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的電子實(shí)驗(yàn)室工作平臺(tái)，平臺(tái)上電子元器件，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備可以任意調(diào)用，直接在平臺(tái)上完成電路構(gòu)建、檢調(diào)分析任務(wù)。（2）擁有豐富的元器件和齊備的虛擬儀器。有的儀器的面板與實(shí)際的儀器一模一樣。（3）分析功能強(qiáng)大。它為電路的仿真分析提供了十幾種分析方法，足以滿足學(xué)生對(duì)電路仿真分析與設(shè)計(jì)的需求。在應(yīng)用中，制作電路若出現(xiàn)了故障，并不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，分析效果立竿見影。教學(xué)要求學(xué)生“玩轉(zhuǎn)”此軟件，為實(shí)際的硬件制作做好準(zhǔn)備。

二、組織實(shí)施環(huán)節(jié)

模擬電路教學(xué)以功能電路作為載體，以其對(duì)知識(shí)、能力目標(biāo)的承載能力來確定教學(xué)項(xiàng)目，教學(xué)實(shí)行集中授課，分組實(shí)施。大部分項(xiàng)目每人一組，少數(shù)大一點(diǎn)的項(xiàng)目?jī)扇艘唤M。依據(jù)知識(shí)遞進(jìn)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，我們把這些學(xué)習(xí)項(xiàng)目分為三個(gè)層次實(shí)施。

1．基礎(chǔ)項(xiàng)目

基礎(chǔ)項(xiàng)目占項(xiàng)目總數(shù)的一半，其基本目標(biāo)是了解基本電路的功能，掌握其結(jié)構(gòu)、工作原理、檢測(cè)與調(diào)試方法。工作的流程固定，教學(xué)分為四步，第一步：提供典型的功能電路，熟悉電路結(jié)構(gòu)、工作原理、學(xué)習(xí)電路的分析方法。第二步：電路仿真及分析。第三步：硬件電路制作，用面包板或萬能焊接板裝配硬件電路。（面包板裝配電路簡(jiǎn)單易行，省時(shí)，但故障率高。萬能焊接板裝配故障率低，但對(duì)裝配工藝要求高，費(fèi)時(shí)。）第四步：電路測(cè)試分析，學(xué)生對(duì)其所做的電路進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過程的教學(xué)分為兩步，第一步是引導(dǎo)入手：利用電氣試驗(yàn)臺(tái)或?qū)嶒?yàn)箱以及檢測(cè)儀器，通過老師的引導(dǎo)、演示，明確測(cè)試要素和測(cè)試方法。第二步是學(xué)生自己動(dòng)手：學(xué)生對(duì)所制作的電路進(jìn)行檢測(cè)調(diào)試和性能分析。若出現(xiàn)電路故障會(huì)有老師幫助查找原因，排除故障。以上的工作流程固定，學(xué)生有規(guī)律可行，自然形成了以學(xué)生為主體，老師為主導(dǎo)的局面。

2．設(shè)計(jì)性項(xiàng)目

設(shè)計(jì)性項(xiàng)目占三分之一左右。這些項(xiàng)目的基本目標(biāo)是：在掌握了典型電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作出適用電路。相對(duì)于基礎(chǔ)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是一個(gè)大的提升，要求學(xué)生熟悉電路的偏置與工作狀態(tài)的關(guān)系，電路的級(jí)聯(lián)方法，信號(hào)及能量的傳輸特性。老師一般只要求使用元器件的類型（如分立元件與集成元件），制作出具有一定功能的電路，根據(jù)需要可以提供一些參考電路。教學(xué)步驟也相對(duì)固定；第一步：電路模型構(gòu)建。根據(jù)對(duì)電路所要實(shí)現(xiàn)的功能要求，確定電路模型，構(gòu)建結(jié)構(gòu)電路。第二步：電路仿真制作。同樣按步驟而行，第一步：仿真電路理想化設(shè)計(jì)，仿真電路構(gòu)建時(shí)先進(jìn)行理想化的設(shè)計(jì)，即只考慮元器件的核心參數(shù)（如三極管的管型、電阻的阻值）而不考慮其它因素（如三極管的功率，該電阻的阻值在實(shí)際中的有無），以實(shí)現(xiàn)所要求電路的基本功能。第二步：完成仿真電路的優(yōu)化及可實(shí)現(xiàn)性設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)訓(xùn)室條件和真實(shí)元件的實(shí)際情況對(duì)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行修改，使設(shè)計(jì)出的電路能夠進(jìn)行硬件電路的制作。鼓勵(lì)對(duì)同一功能用不同形式的電路實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)作品，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基本電路的運(yùn)用能力。第三步：硬件電路的制作。第四步：硬件電路的測(cè)試。第三、四步的工作過程與基礎(chǔ)項(xiàng)目相似。

3．綜合性強(qiáng)、成本較高的項(xiàng)目

這樣的項(xiàng)目一般只做一兩個(gè)，屬于大項(xiàng)目，實(shí)用性強(qiáng)，放在課程快結(jié)束時(shí)開展，具有課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)。這種項(xiàng)目對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用、安全性、制作技能等要求較高，制作成本也高。基于制作成本及時(shí)間考慮，由學(xué)生制作電路的主要部分，其余部分由老師事先制作完成，待學(xué)生制作的完成之后再對(duì)接形成整體電路。例如我們有一個(gè)項(xiàng)目為“大功率功放的制作”，學(xué)生做功放的主體部分，老師制作好直流電源和功放末級(jí)，提供大功率的喇叭。老師制作的部分選幾個(gè)動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生（事實(shí)上他們會(huì)主動(dòng)積極地）來幫忙。老師制作部分不要成為學(xué)生學(xué)習(xí)的盲點(diǎn)。例如直流電源部分（電源知識(shí)先已學(xué)過）用到了多繞組大功率變壓器，要教會(huì)學(xué)生對(duì)同名端的識(shí)別以及繞組之間的連接方法；市用交流電經(jīng)變壓器降壓后再整流濾波使直流電壓達(dá)到96V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了安全電壓，從而教給學(xué)生對(duì)整流管的選擇、電源的安全使用方法（如加裝的保險(xiǎn)管的規(guī)格、電源在調(diào)試中的放電方法等）；末級(jí)功放管的散熱方法以及輸出功率的計(jì)算方法。

學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是有差異的，這能從電路制作整體過程反映出來，但只要學(xué)生設(shè)計(jì)制作的電路能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的基本功能就認(rèn)為是成功的，就要進(jìn)行肯定，并給予基本（合格的）成績(jī)。成績(jī)高低的區(qū)別體現(xiàn)在加分項(xiàng)上，加分項(xiàng)涉及到工作態(tài)度、工作過程、電路優(yōu)化創(chuàng)新等等?？梢赃@樣認(rèn)為，電路制作出現(xiàn)了問題，但能夠努力解決問題的都應(yīng)該重點(diǎn)加分。

組織實(shí)施環(huán)節(jié)的工作流程是固定的，而質(zhì)量檢測(cè)和反饋提升環(huán)節(jié)的教學(xué)步驟則相對(duì)靈活。

三、質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)

硬件電路是教學(xué)的載體，如果說硬件電路的制作是知識(shí)構(gòu)建、技能形成的基礎(chǔ)，那么質(zhì)量檢測(cè)則是對(duì)知識(shí)的理解、問題的發(fā)現(xiàn)及處理、合作等能力提升的關(guān)鍵。

質(zhì)量檢測(cè)的任務(wù)是對(duì)所制作的電路進(jìn)行測(cè)試及性能評(píng)價(jià)，學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題（例如在調(diào)試中怎樣利用聲、光、氣味等判斷電路的異常，怎樣利用儀器儀表判斷電路的工作狀態(tài)等）和處理問題（例如電路不放大，是先換放大的核心元件還是先查偏置電路等）的方法，提高語言表達(dá)能力以及互助協(xié)作能力。

教學(xué)過程分兩大步驟，先確定測(cè)試方案，后進(jìn)行測(cè)試操作。測(cè)試方案的確定，學(xué)生以小組為單位分兩小步進(jìn)行：第一步是對(duì)電路功能的描述，包括電路的工作條件和狀態(tài)，信號(hào)及能量的傳輸流程，輸入和輸出特性。第二步是測(cè)試方案表述，包括電路的調(diào)整方法，測(cè)試指標(biāo)及測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果及現(xiàn)象，測(cè)試儀器的使用等。走過這兩小步，學(xué)生對(duì)測(cè)試過程應(yīng)該胸有成竹。

測(cè)試方案，在基礎(chǔ)項(xiàng)目中由老師引導(dǎo)完成，而在設(shè)計(jì)性項(xiàng)目中，要求小組協(xié)作，學(xué)生自覺完成，老師抽查。接下來的是測(cè)試操作，老師輔助并檢查。

質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)要重視過程，并以加分獎(jiǎng)勵(lì)為主，要善于捕捉發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)。教學(xué)中我們充分利用了“互補(bǔ)學(xué)習(xí)法”，本課程教學(xué)雖然是以小班為單位，測(cè)試中兩人一組，老師還是不可能每組都照顧到的，但總有些會(huì)做的“能手”，鼓勵(lì)并要求他們?nèi)椭鷦e的組。這樣，“能手”也開闊了視野，更提高了能力，而接受幫助的小組在平等互助的氛圍中，易于顯現(xiàn)問題，解決問題更具針對(duì)性，結(jié)果是共同提高了。對(duì)學(xué)生解決不了的問題，老師要參與解決。

四、反饋提升環(huán)節(jié)

電路制作通常不是一帆風(fēng)順的，無論是設(shè)計(jì)制作還是檢測(cè)與調(diào)試，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)不完善，就難以得到所期望的結(jié)果，這時(shí)稱電路存在故障，然而這些“故障電路”卻是教學(xué)的好素材，應(yīng)充分利用它提高學(xué)生的知識(shí)水平和排除故障的能力。

1．利用隨機(jī)故障，解決個(gè)性問題

電路故障現(xiàn)象千奇百樣，故障問題的產(chǎn)生涉及到電路設(shè)計(jì)和硬件制作、元器件質(zhì)量及裝配工藝、測(cè)試臺(tái)、實(shí)驗(yàn)箱及儀器儀表故障以及操作方法等各個(gè)方面，不同的小組，故障問題是隨機(jī)的。解決方法是：引導(dǎo)學(xué)生從故障現(xiàn)象入手，利用電路原理知識(shí)推理分析，有目標(biāo)有步驟地查找故障點(diǎn)，直至排除故障。

2．查找典型故障，解決共性問題

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，有的故障出現(xiàn)的幾率較高，大部分小組都會(huì)遇到，稱之為典型故障。典型故障往往集中處理，其方法是：以一組為突破點(diǎn)，召集學(xué)生（或每組選派代表）與老師一起分析原因，排除故障。例如在“多級(jí)放大電路分析與調(diào)試”項(xiàng)目中，電路由兩級(jí)共射極放大電路組成，正常情況下放大倍數(shù)在幾千倍，而很多組只有幾十倍，結(jié)果的差距太大。于是老師選了一個(gè)電路裝配無問題的小組作為示例，引導(dǎo)學(xué)生從輸出入手，由后級(jí)向前級(jí)逐級(jí)調(diào)試，分級(jí)查找，找到故障級(jí)后，再將輸入輸出移位到這級(jí)，然后從偏置電路到核心元件逐一檢查，發(fā)現(xiàn)故障并排除。訓(xùn)練方法是：分析找規(guī)律，操作按套路。共性問題集中解決，既節(jié)省時(shí)間又提高了效率。

3．設(shè)置故障，強(qiáng)化重點(diǎn)問題

要求掌握的重點(diǎn)知識(shí)，可以設(shè)置故障，放大故障現(xiàn)象以增強(qiáng)效果，加深記憶?，F(xiàn)舉例說明，舉例一：集成運(yùn)放有開環(huán)和閉環(huán)兩種應(yīng)用方法，施加的條件不同實(shí)現(xiàn)的功能不一樣。由集成運(yùn)放組成的比例運(yùn)算電路要求的是集成運(yùn)放的閉環(huán)應(yīng)用，應(yīng)該接負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。如果老師事先有意將反饋網(wǎng)絡(luò)斷開（在反饋網(wǎng)絡(luò)中用上一根外觀完好而內(nèi)部斷開的連接線，注：這樣的“斷線”是在教學(xué)中被發(fā)現(xiàn)并被老師收藏的），其結(jié)果是無論輸入信號(hào)多?。ê练?jí)），輸出總是飽和值，接近為電路提供偏置的電源電壓。這是嚴(yán)重偏離比例運(yùn)算規(guī)律的錯(cuò)誤結(jié)果。于是引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)果著手，分析得出此時(shí)的集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，而比例運(yùn)算電路中集成運(yùn)放應(yīng)是閉環(huán)工作狀態(tài)，并要滿足負(fù)反饋條件。問題直指反饋網(wǎng)絡(luò)，故障很快排除，正確與錯(cuò)誤對(duì)比鮮明，印象深刻。舉例二：在OCL功放制作中，應(yīng)該掌握的一個(gè)重點(diǎn)知識(shí)是電路中點(diǎn)的直流電壓為0V，此中點(diǎn)直接連接負(fù)載——喇叭。中點(diǎn)直流電壓不為0V就屬于故障，此時(shí)若喇叭被接上就會(huì)燒壞。為放大故障現(xiàn)象并考慮到安全性，我們?cè)谥悬c(diǎn)與喇叭之間串聯(lián)了一個(gè)電解電容，在學(xué)生制作的電路中找來一個(gè)中點(diǎn)直流電壓為10V左右的電路，將此電路的中點(diǎn)通過電容與喇叭相連，不輸入音樂信號(hào)，進(jìn)行靜態(tài)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)中電容損壞爆炸，響聲較大，負(fù)載電路斷開。“事故”發(fā)生后，師生一起分析事故原因，深刻認(rèn)識(shí)了中點(diǎn)電壓不為0V的危害。需要強(qiáng)調(diào)的是，這樣的故障設(shè)置一定要保障人和物的安全。

4．反饋評(píng)價(jià)，探索新問題

項(xiàng)目完成之時(shí)進(jìn)行反饋評(píng)價(jià)對(duì)提升教學(xué)效果具有重要意義。反饋評(píng)價(jià)應(yīng)從“教”與“學(xué)”的雙重層面多維度展開。要求學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程作出客觀評(píng)價(jià)，包括工作過程、方法和態(tài)度；對(duì)制作的產(chǎn)品作出評(píng)價(jià)，探索電路的優(yōu)化以及功能擴(kuò)展的思路，追求深層的學(xué)習(xí)目標(biāo)。要求教師對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，從教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、教學(xué)情景設(shè)計(jì)、教學(xué)組織形式、教學(xué)方法手段、教師角色、教學(xué)評(píng)價(jià)方法等多要素尋求提高教學(xué)質(zhì)量的有效性，以構(gòu)建科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)實(shí)施策略。

五、結(jié)語

反饋提升環(huán)節(jié)并不是項(xiàng)目的終點(diǎn)，它將植入知識(shí)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，進(jìn)一步充實(shí)知識(shí)，也為后面的項(xiàng)目實(shí)施積淀能量。

目標(biāo)實(shí)施系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)定位，經(jīng)歷知識(shí)準(zhǔn)備、組織實(shí)施、質(zhì)量檢測(cè)、反饋提升各個(gè)環(huán)節(jié)，教學(xué)設(shè)計(jì)促成環(huán)間遞進(jìn)，教學(xué)過程強(qiáng)化各環(huán)完善，形成一個(gè)目標(biāo)實(shí)施的負(fù)反饋系統(tǒng)，它能夠完善教學(xué)活動(dòng)，增強(qiáng)教學(xué)效果，提高教學(xué)效率。

以設(shè)計(jì)制作為主導(dǎo)的模擬電路教學(xué)，教學(xué)過程的依徑而行、有序推進(jìn)，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力，設(shè)計(jì)制作及檢測(cè)調(diào)試過程反作用于知識(shí)的準(zhǔn)備過程，互為制約，互為促進(jìn)。學(xué)生在學(xué)中做、做中學(xué)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)的相融共進(jìn)，有力提高了教學(xué)質(zhì)量。

［1］胡宴如．模擬電子技術(shù)［M］．北京：高等教育出版社，2012．

［2］黃培根，任清褒．multisim10計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

［3］盧厚元．multisim11在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（3）：98?101．

Study on Design and Production Oriented Analog Circuit Teaching

LU Hou?yuan，WANG Xiang，WANG Jian?hua
（Dept．of Electronic Engineering，Hubei Industrial Polytechnic，shiyan 442000，China）

Since simulation circuit is large in content and hard in practice，it is difficult for students to learn．Applying design and production oriented analog circuit teaching mode can significantly improve teaching effect with the steps of knowledge preparation，organization and implementation，quality inspection，feedback and improvement，which makes learning activities go in good order．

analog circuits，design and production，target implementation system，teaching links，teaching effect

TN710－4

：A

：2095?8153（2015）05?0098?04

2015?09?20

盧厚元（1962－），男，湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系副教授；王 襄（1965－），男，湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院資產(chǎn)管理處副處長(zhǎng)，副教授；王建華（1973－），男，湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系專業(yè)帶頭人，講師。