電子設計論文競賽模擬電子技術教學改革

　　在總結電子競賽經(jīng)驗的基礎上，運用仿真軟件進行項目化教學，這篇電子設計論文對模擬電子技術課程教學進行了全方位的改革，優(yōu)化教學內(nèi)容，革新教學手段，形成了完善的課程體系。通過多年的教學實踐，該體系能夠有效地調(diào)動學生的主動性，在最近幾年模擬電子技術課程考試中，學生的不及格率明顯下降。同時，教學改革的各項措施，提高了學生的實踐創(chuàng)新能力，教學效果顯著�！�電子設計技術》(月刊)創(chuàng)刊于1994年，由中國電子報社主辦。 本刊辦刊宗旨：成為中國電子設計業(yè)主導刊物，讀者：電子設計業(yè)工程師及技術管理人員。榮獲2001年獲信息產(chǎn)業(yè)部1999-2000年度電子科技期刊出版質(zhì)量獎、2004年獲信息產(chǎn)業(yè)部2003-2004年度電子科技期刊報道選題獎。

　　摘要：全國大學生電子設計競賽是大學生參與的重要科技活動之一。安徽工程大學電氣工程學院在總結學生參加電子設計競賽經(jīng)驗的基礎上，完善了以項目化為核心的模擬電子技術課程教學體系，革新了以仿真計算和自制教學設備相融合的教學手段。實踐表明，教學改革顯著提升了教學質(zhì)量、教學效果以及學生的工程實踐能力，同時提高了學生在電子設計大賽中的成績。

　　關鍵詞：電子設計競賽;項目化;電子技術;仿真

　　電子設計競賽是非常重要的大學生學科競賽活動，推動了高等學校電子信息類專業(yè)課程體系和課程內(nèi)容的改革，不僅培養(yǎng)了大學生的實踐創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神，而且提高了學生的工程實踐素質(zhì)。另外，大賽組委會還增加了全國大學生電子設計競賽模擬電子系統(tǒng)專題邀請賽，命題以模擬電子系統(tǒng)設計為主題，內(nèi)容涉及模擬信號獲取、處理、轉換、產(chǎn)生以及變換技術等方面。由此可以看出模擬電子技術在電子信息類專業(yè)課程體系中的重要地位。模擬電子技術是電子信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎課，對學生后續(xù)課程的學習有著舉足輕重的作用。

　　隨著電子技術的發(fā)展，數(shù)字電路的應用越來越普遍，使得部分學生產(chǎn)生了模擬電子電路不再重要的錯誤認識。由于傳統(tǒng)的教學模式存在著過分重視理論知識考核成績，重分析輕設計，驗證性實驗多綜合性實驗少等問題，加上課程學時數(shù)的不斷減少，使得模擬電子技術課程的學習效果不盡理想。綜上所述，進行模擬電子技術課程教學改革已勢在必行。安徽工程大學電氣工程學院在總結學生多年參加電子設計競賽經(jīng)驗的基礎上，利用仿真計算和自制教學設備相結合的教學手段，建立了以項目化為核心的模擬電子技術課程教學體系，并取得了顯著的教學效果。

　　1以電子競賽題目為依托，設計項目化教學任務

　　全國大學生電子設計競賽的題目是在廣泛開展賽區(qū)征題的基礎上由專家統(tǒng)一進行命題，具有較高的前瞻性。通過分析大賽命題所包含的知識點，結合模擬電子技術教學大綱中的內(nèi)容，建立項目化教學任務，實現(xiàn)該課程由重理論到重實踐的轉變[1~3]。電氣工程學院師生經(jīng)過多年的探索，結合電子競賽中用到的知識點，建立了若干個綜合性的實驗項目，實現(xiàn)模塊化教學[4~6]。通過這些項目，學生可以很輕松得將理論和實踐聯(lián)系起來，加深對所學知識的理解。這里以其中的一個實驗項目“差動變壓器式位移傳感器的調(diào)理電路設計和制作”為例進行說明。圖1所示的是差動變壓器式位移傳感器調(diào)理電路原理框圖。

　　圖中正弦波或方波產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一定頻率的正弦波或方波，用來激勵傳感器的初級線圈;檢波電路的功能是將差動變壓器次級線圈輸出的電壓轉換成一個既能反映位移大小，又能反映位移方向的電壓信號;放大電路的功能是將檢波電路得到的小信號放大成合適的大信號;濾波電路的功能是將放大信號的高頻分量濾掉，獲得一個純凈的直流電壓信號;轉換電路的功能是將電壓信號轉換成電流信號，以便適應信號的遠距離傳輸;直流電源電路的功能是對整個電路進行供電，一般情況下供電電壓為24VDC。該電路通常用來檢測物件移動的位移量，在電子設計競賽中的應用非常普遍，同時整個調(diào)理電路基本上包含了模擬電子技術課程的所有知識點。表1為調(diào)理電路包含的單元電路和教學大綱的對應關系。

　　2仿真計算和自制教學設備相互融合

　　隨著計算機技術的發(fā)展，仿真計算在學習和研究工作中的地位日益提高[7~8]。仿真計算已經(jīng)與理論分析、科學實驗成為當代科學研究的三大支柱。在電路板制作之前未能發(fā)現(xiàn)設計缺陷可能延遲計劃，從而顯著增加成本，仿真則有助于這類問題的及時發(fā)現(xiàn)。在模擬電子技術教學過程中，支持“理論分析→仿真計算→實驗驗證”的完整流程。目前，在計算機上搭建仿真計算的平臺非常容易，這就為課程教學實現(xiàn)理論和實踐結合提供了極大的便利。全國大學生電子設計競賽考查參賽者的一項重要能力就是設計并制作電路板。我校電氣工程學院師生結合歷年電子設計競賽的題目，先用PSpice軟件進行仿真，然后自行設計制作了多套實驗裝置，并用于實驗教學。其中，2013年全國大學生電子設計競賽綜合測評題要求利用綜合測試板上的555芯片和四運放324芯片，設計制作一個頻率可變的同時輸出脈沖波、鋸齒波、正弦波I、正弦波II的波形產(chǎn)生電路。圖2是其中一個單元電路即方波和鋸齒波產(chǎn)生電路的仿真計算，(a)圖為方波和鋸齒波產(chǎn)生的電路原理圖，(b)圖為uo1端輸出的方波波形，(c)圖為uo2端輸出為鋸齒波波形。同樣，可以利用PSpice軟件對其它單元電路進行仿真計算。圖3為自制的2013年全國大學生電子設計競賽綜合測評題的PCB圖和實物圖。

　　3教學改革的效果

　　以項目化教學任務為載體，結合大學生電子設計競賽，優(yōu)化了模擬電子電路課程的教學內(nèi)容，并采用最新的教學手段，培養(yǎng)了學生的動手能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。

　　3.1學生理論基礎明顯扎實

　　以前學生在學習模擬電子電路時，很多概念學得不是很扎實，自從課堂教學中使用了仿真計算后，特別是我校電子電氣類專業(yè)開設了仿真軟件學習課程，學生的學習興趣明顯提高。學生可以利用仿真軟件對學習的每一個電路都進行仿真計算，這樣可以很好地檢驗理論學習的效果。

　　3.2學生競賽成績顯著提高

　　自從教學改革以來，參加電子設計大賽的人數(shù)大幅度提高，同時取得了很好的成績。截止到2017年，我校電氣工程學院學生參加大學生電子設計競賽，共獲得國家級一等獎3個，國家級二等獎2個，2014年和2015年蟬聯(lián)安徽省TI杯，成績喜人。

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