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項目教學法是由學生相對獨立地完成項目,即從資料的收集與閱讀到方案的論證與實施都由學生承擔,教師在整個過程中給予相應指導。很多高校為了加大實踐教學力度,一些專業(yè)和專業(yè)基礎(chǔ)課程都開設(shè)了配套的課程設(shè)計,課程設(shè)計也屬于項目教學模式,即以具體項目為載體展開教學。但是,課程設(shè)計通常是在課程理論教學結(jié)束之后進行,無法有效地解決學生在理論學習中遇到的困難。因此,如何在理論教學中引入項目教學法是值得重點探討的。通過分析項目教學的特點和電子類專業(yè)課程理論教學的要求以及應用型人才培養(yǎng)的目標,本文提出操作性較強的分級項目教學法,即由單元示范項目、單元練習項目和綜合項目三部分組成,每個項目的目的和作用不同,但又相互聯(lián)系,層層推進。(1)理論課上的單元示范項目。理論課一般按照選用的教材進行講授,教材通常按照知識點分章節(jié)編寫,稱為單元。因此不能選用綜合性項目而選用單元項目,單元項目應涵蓋課程相關(guān)章節(jié)的主要知識點,但由于學生此時還未掌握足夠的知識,因此項目的執(zhí)行由教師完成,稱為示范。因為項目具有實際應用性,圍繞項目組織教學內(nèi)容,與傳統(tǒng)理論教學方式相比,更有利于學生理解抽象的知識,而且?guī)е蝿諏W習,容易引起學生的學習興趣,有助于學生積極主動地學習。(2)理論課后的單元練習項目。傳統(tǒng)教學多以布置書面作業(yè)進行基礎(chǔ)知識的強化鞏固,但電子類專業(yè)的學習僅靠做題無法提高學生的實踐動手能力,對于理論知識的領(lǐng)會和應用也不夠深刻全面,因此,在理論課后引入適當?shù)膯卧毩曧椖亢苡斜匾?。單元練習項目與示范項目相輔相成。單元練習項目可選擇與示范項目從功能到難度都近似的實際任務,由學生獨立完成。單元練習項目與課程配套單元實驗不同,后者側(cè)重于對理論知識的驗證,前者則更注重知識在實際中的應用,甚至可以根據(jù)實際應用情況進行完善優(yōu)化。(3)簡單綜合項目。學生通過示范單元項目和單元項目練習獲取了一定的知識量以后,教師可以提供一些簡單綜合項目讓學生獨立完成,有利于學生建立較為完整的知識體系,強化技術(shù)訓練和能力培養(yǎng),為后續(xù)課程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。
2項目教學法在《模擬電子技術(shù)》課程教學中的運用
通常,《模擬電子技術(shù)》從半導體器件如二極管和三極管開始講授,然后衍生出半導體器件構(gòu)成的各種電路。在教學中,可以先引入一個由二極管構(gòu)成的限幅電路和由三極管構(gòu)成的簡易擴音器等單元示范項目,告訴學生這些應用電路的功能,然后分析其工作原理以及半導體器件在電路中所起到的作用,從而讓學生掌握二極管的單向?qū)щ娦蕴匦浴⑷龢O管電流放大作用等。通過實例,學生能夠直觀感受到半導體器件的工作特點,提升他們想去了解其性能的興趣。在掌握了二極管及三極管的相關(guān)知識以后,教師可以給出基于此的一些實際應用電路作為單元練習項目,如光控報警電路等,讓學生自行分析其工作過程,還可以在教師指導下進行各種功能擴展,比如,將光控實現(xiàn)報警功能轉(zhuǎn)換成光控路燈亮滅功能等。在全面掌握模擬電子技術(shù)基本知識以后,教師將給出相對簡單的綜合性項目,比如簡易測謊儀的設(shè)計等。學生以2-3人為一組,首先明確設(shè)計要求,然后通過查閱資料進行方案可行性論證,其中包括確定所需的各種元器件等,再進行電路安裝、調(diào)試以及最終的性能測試等。整個項目的實施給學生一個相對自由發(fā)揮的空間,在一定程度上培養(yǎng)了學生綜合運用知識來解決實際問題的能力,激發(fā)了學生的創(chuàng)造潛能;也為接下來的課程設(shè)計做好了鋪墊。通過一個又一個項目的訓練,學生的理論知識和專業(yè)技能以螺旋形式上升,學生將在知識運用能力、仿真軟件應用能力、電路安裝調(diào)試能力和創(chuàng)新能力以及合作能力等方面全方位得到提高,特別是分析電路性能和排查電路故障的能力。引入項目教學法作為教學方式提升教學效果必須注意以下幾點:(1)項目的選擇應難易適中,既要覆蓋關(guān)鍵知識點和技能,又要實用有趣。由單一三極管構(gòu)成的電壓放大電路到多個三極管構(gòu)成的功率放大電路再到集成運放構(gòu)成的音響放大器,以循序漸進的方式,讓學生在項目中學習和鞏固相關(guān)理論知識,鍛煉學生的實踐動手能力,包括獨立分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力等,培養(yǎng)學生協(xié)同合作的意識。(2)項目實施過程中,教師要進行掌控和指導。對于學生遇到的問題,應鼓勵其自主解決,對于無法解決的困難,教師應幫助分析問題所在,引導解決。方案選擇中,教師應讓學生多作比較,比如,選擇分立元件還是集成芯片實現(xiàn),它們各自的優(yōu)勢是什么等等,從而開闊學生的思維,讓學生對不同電路的性能加深了解。對于典型問題,教師應多作歸納總結(jié),比如,當有多組同學電路同時出現(xiàn)燒壞芯片的情況發(fā)生時,應分析其共性問題,加以強調(diào),以避免類似問題發(fā)生。另外,對于關(guān)鍵知識點和技能要作重點講解。(3)引入項目教學法的考核方式與傳統(tǒng)理論考核方式不同,應將單純的知識性考核轉(zhuǎn)變?yōu)橹R、能力和素養(yǎng)并重的考核。促進學生積極參與學習過程,重視能力的培養(yǎng),而不是只注重分數(shù)。
3結(jié)語
隨著電子技術(shù)的發(fā)展和高職教育的深化,模擬電子技術(shù)的教學內(nèi)容和教學方法需不斷改進,實踐教學已被證實是高職教學中傳授知識和技能的有效方法[1][2]。近年來,基于計算機平臺的電子仿真被廣泛應用于教學,電子仿真能有效、快速地把知識以類似實物的形成展示給學生,可以把抽象的知識具體化、技能化,從而提高學生對知識和技能的掌握。因此,把電子仿真引入到模擬電子技術(shù)教學中,是實現(xiàn)本課程實踐教學法的有效途徑。
一、模擬電子技術(shù)教學現(xiàn)狀與改革措施
模擬電子技術(shù)內(nèi)容有二極管、三極管、集成電路等 ,即三極管的使用被集成電路所取代。目前模擬電子技術(shù)的教學內(nèi)容仍包含了大量的關(guān)于三極管的知識,比如輸入阻抗、輸出阻抗等,這些知識是設(shè)計由三極管構(gòu)成復雜電路(如集成電路)時所必需的,而高職培養(yǎng)的人才主要是能正確使用電子器件,極少涉及研發(fā)性較強的有關(guān)電路設(shè)計等方面的工作。因而在授課過程中,有關(guān)集成運放方面的知識需要加強,而三極管的知識應合理取舍,取舍的方法和內(nèi)容將在后文講述。綜上所述,模擬電子技術(shù)的授課需根據(jù)技術(shù)發(fā)展和應用型人才的培養(yǎng)目標,按照“需要、夠用、實用”的原則拋棄陳舊內(nèi)容,突出重點,選擇合適的授課知識點,這是促進模擬電子技術(shù)教學改革的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)的教學是以理論教學為主,實踐教學為輔,通常采用“理論教學+實訓周”的模式,理論內(nèi)容在課堂上講授,實訓周則是為提高學生的實踐技能。目前理論教學主要是“黑板+多媒體”,該方式手段較單一,內(nèi)容展示枯燥,學生的學習興趣不高,且該方式通常是在理論課結(jié)束后才開始實訓,致使授課內(nèi)容和實訓內(nèi)容在時間上不同步,理論教學和實踐教學融合不徹底。為調(diào)動學生學習的積極性,需要把抽象的知識具體化、形象化;為減輕學生的學習壓力,需要讓教學活動更符合高職學生的學習規(guī)律;為增強知識的掌握和技能的運用能力,需要把知識的傳授寓于實踐中,通過實踐增強對知識的理解和運用。為達上述目的,需促進理論教學與實踐教學的深層次融合。本文在借鑒“教、學、做一體化”教學方法優(yōu)點[4]的基礎(chǔ)上,在理論教學階段同步引入了實踐教學,即在階段性知識點學習完后,綜合運用理論指導實踐,實踐驗證理論的科學方法加深學生對知識的理解和掌握,促使學生把知識轉(zhuǎn)變?yōu)榧寄?。在該教學方法實施過程中,合理地安排教學內(nèi)容、劃分知識節(jié)點是保證該教學方法實施效果的關(guān)鍵;而以簡單、便捷、靈活的計算機仿真作為實踐平臺則是教學實施的保障。
Multisim仿真軟件是美國國家儀器有限公司(NI)推出的一款用于電子電路設(shè)計與仿真的EDA軟件,該軟件可在Windows環(huán)境下運行,界面直觀,操作方便。Multisim除提供了包括基本元器件、半導體器件、運算放大器以及各種數(shù)字器件外,還提供了豐富的測試儀器,如:萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器等。其電路的建模方式有電路原理圖圖形輸入方式和電路硬件描述語言輸入方式,圖形輸入方式具有簡單、直觀、易學等特點,更符合高職學生的學習規(guī)律,因而Multisim仿真是實施模擬電子技術(shù)實踐教學的理想平臺。
二、階段性知識點設(shè)計
模擬電子技術(shù)的課程目標是讓學生掌握電子技術(shù)的基本知識和技能,能夠運用電路的基本分析方法對電路進行參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。模擬電子技術(shù)由半導體器件、三極管及其放大電路、模擬集成電路、波形發(fā)生電路、集成穩(wěn)壓器等部分組成。由于二極管、三極管、集成電路是模擬電子技術(shù)的重要內(nèi)容,因而本文給出了這三個知識點的教學設(shè)計方案。
1.半導體器件教學設(shè)計
半導體器件部分主要是讓學生了解本征Si、N型Si和P型Si的區(qū)別,PN結(jié)的結(jié)構(gòu),以及二極管的電特性和應用。其中二極管是本部分的主要知識,高職學生應了解檢波、整流、穩(wěn)壓、開關(guān)、隔離、肖特基、發(fā)光、硅功率開關(guān)、旋轉(zhuǎn)等二極管的特性及應用場合,能根據(jù)用途選擇合適的二極管。此外二極管的單向?qū)щ娦允切枵莆盏闹匾獌?nèi)容,也是本節(jié)教學的重點。在講授二極管知識時,可用Multisim自帶的IV測試儀測量二極管的IV特性,講解該曲線的形成,而后由學生根據(jù)圖1所示的電路自行測量二極管的IV曲線,即在不同電壓下測量電流值,測量過程可提醒學生參照IV測試儀測量的IV曲線在拐點處多測量幾個點,以保證測量曲線的平滑性,通過該實踐可加深學生對二極管導電特性的理解。
2.三極管教學設(shè)計
三極管內(nèi)容主要有直流分析和交流分析,通過直流分析,可以給NPN或PNP型三級管施加合適的電壓使三極管根據(jù)需要分別工作于截止、放大或飽和狀態(tài);交流分析是利用微變等效電路計算輸入/輸出阻抗以及放大倍數(shù)。直流分析是三極管工作的基礎(chǔ),盡管在復雜電路中三極管已被集成芯片取代,但在一些簡單電路中仍被使用,如利用三極管的開/關(guān)特性,可使用在自動控制電路中;再如在集成芯片引腳驅(qū)動電流(灌/拉電流)不足時,利用三極管的放大功能,用集成芯片的引腳控制三極管的基極,可在發(fā)射極獲得大的驅(qū)動電流,這些典型應用需學生掌握三極管不同狀態(tài)的工作條件和靜態(tài)工作點的設(shè)定。
三極管接法主要有共發(fā)射極、共基極和共集電極,教學中可用射極偏置電路,如圖2所示。調(diào)節(jié)電阻Rx,通過電壓表觀察BE、CE電壓(UBQ和UCEQ),根據(jù)三極管截止、放大、飽和的工作條件可判斷出三極 管的工作狀態(tài)。為讓學生更好地理解公式計算結(jié)果與電路電特性之間的關(guān)系,從而把理論和實踐結(jié)合起來,可用公式(1)、(2)和(3)分別計算出UBQ和UCEQ,并和仿真結(jié)果進行比較。
交流分析的內(nèi)容較多、較難,有些內(nèi)容不適合高職學生學習,如輸入、輸出阻抗、放大倍數(shù)等電參數(shù)的計算;有些內(nèi)容仍需掌握,如截止失真,飽和失真,以及如何通過調(diào)整電參數(shù)使電路工作于不同狀態(tài)的技能。
在圖2中加入信號源,并用耦合電容與基極相連,同樣在集電極的輸出端用耦合電容和負載相連,可得到交流放大電路,通過該電路學生可直接觀察輸入信號和輸出信號的波形。
[JZ][XC<36.JPG>;%48%48][HT5”K][JZ]圖3 截止失真和飽和失真波形[HT5SS]
在靜態(tài)電路中判斷三極管的工作狀態(tài)主要是根據(jù)UBQ和UCEQ的電壓值,而在交流通路中可以直觀地觀察到三個狀態(tài)下輸出的波形,圖3即為截止失真和飽和失真時輸出的波形。通過該教學過程,也能進一步說明直流分析和交流分析間的關(guān)系和區(qū)別。
3.集成運放教學設(shè)計
集成運放構(gòu)成的電路主要有:反相輸入運算電路、同相輸入運算電路和比較電路。應掌握的知識點有:(1)集成運放主要技術(shù)指標;(2)反相/同相放大電路的組成,外圍電子元器件的作用,電路動態(tài)參數(shù)的計算;(3)簡單比較電路的組成。如圖4(a)和圖4(b)所示,同相和反相比例放大電路均引入負反饋,信號的輸入端分別是同相端和反相端。應用方面:同相放大電路優(yōu)點在于有足夠大的輸入阻抗,對于輸出阻抗很大的電路比較適用;缺點在于放大電路沒有虛地,抗干擾能力相對較差,放大倍數(shù)只能大于1。反相放大電路優(yōu)點是同相端接地,反相端虛地,抗干擾能力強;缺點是輸入阻抗很小,不適用于前級電路輸出阻抗很大的電路。反相比例放大電路輸入/輸出的信號如圖5所示,可以看出輸入/輸出信號的波形的相位相差180度,而同相比例放大電路輸出/輸入信號的相位則相同(信號波形圖本文沒有給出)。比較電路是集成運放的另一個重要應用,它通過比較兩個輸入端的電壓,根據(jù)比較結(jié)果輸出高電壓或低電壓,常用于比較、判斷和分析。簡單的比較電路如圖4(c)所示,比較電路通常工作在開環(huán)(如圖4(c)所示)或正反饋狀態(tài)。
圖4所示的電路主要是配合理論教學使用,在學生實踐過程中,可引導學生對上述電路做適當修改,設(shè)計一些簡單的電路:(1)利用反相比例放大器設(shè)計放大倍數(shù)為50的放大電路,(2)利用同相比例放大器設(shè)計一個放大倍數(shù)為50的放大電路,并比較兩者的輸出的信號;(3)設(shè)計一個比較電路,改變參考電壓值,觀察輸出信號的變化。
三、結(jié)語
通過將Multisim仿真軟件引入到模擬電子技術(shù)教學中,實現(xiàn)了教學活動的實踐化,激發(fā)了學生的學習興趣,提高了掌握知識和技能的能力。
[參考文獻]
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1傳統(tǒng)的微電子工藝實踐教學中存在的不足
1.1教學內(nèi)容和教學方法陳舊、單_
微電子工藝實踐課程的教學內(nèi)容,主要是半導體器件和集成電路芯片的制造原理和制造流程,主要包括光刻、刻蝕、拋光、薄膜、擴散和離子注入等工藝環(huán)節(jié)。開設(shè)其中任何一個工藝環(huán)節(jié)的實驗都需要動輒上百萬元的實驗設(shè)備資金,很多開設(shè)微電子專業(yè)的學校都沒有建成上述完整的工藝實驗室,對一些設(shè)備要求較高的實驗根本沒有辦法開展(比如離子注入實驗>,而只能開設(shè)一些陳舊的實驗,比如封裝、成品測量、芯片解剖觀察等[3]。開設(shè)光刻、刻蝕等設(shè)備要求較高的實驗的高校,所使用的光刻機設(shè)備也已經(jīng)很陳舊了。實驗教學方法上,也是以教師講解、演示、單向傳輸知識為主,由于實驗設(shè)備昂貴,實驗臺套數(shù)少,每次實驗的時候都是兩個甚至兩個以上的學生為一組,而且每個實驗,學生只有一次動手做實驗的機會,學生對實驗缺乏真正的理解和思考,也缺少復習鞏固實驗知識的機會。
1.2學生的科研能力和創(chuàng)新精神得不到有效鍛煉
微電子器件與超大規(guī)模集成電路的制造設(shè)備價格昂貴,環(huán)境條件要求苛刻,運轉(zhuǎn)與維護費用很大,國內(nèi)的許多高校都沒有建設(shè)現(xiàn)成的微電子工藝生產(chǎn)線[5],學生學習微電子工藝知識過程中動手實踐的機會很少,這導致學生對微電子工藝各個環(huán)節(jié)的理解和掌握大打折扣,學生也很難在實踐當中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,很難培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科研能力。
1.3微電子工藝實踐教學內(nèi)容與微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展嚴重脫節(jié)
微電子工藝技術(shù)以摩爾定律飛速發(fā)展,每隔18-24個月,芯片集成度將提高一倍[4]。微電子工藝實踐課程教學內(nèi)容與微電子技術(shù)的飛速發(fā)展相脫節(jié),具有滯后性。必須在微電子工藝實踐教學中將公司最先進的微電子技術(shù)引入到課堂教學中,以培養(yǎng)適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的人才。
2建設(shè)微電子工藝實踐教學網(wǎng)絡平臺
構(gòu)建微電子工藝實踐教學網(wǎng)絡平臺,以研究型實踐教學為指導,以提高學習效率、激發(fā)學生學習興趣、強化教學效果為目標。為學生構(gòu)建一個自主的學習環(huán)境,打破傳統(tǒng)教學中“以教師為中心”的課堂教學模式,利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢實施現(xiàn)代遠程教育,使學生由“被動式”學習變?yōu)椤爸鲃犹剿魇綄W習”。網(wǎng)絡教學平臺的功能模塊如下:
2.1課程信息模塊
課程信息模塊主要是讓學生對微電子工藝實踐課程的教學內(nèi)容和教學目標、教學安排有一個清晰的了解,主要包括五個方面:(1課程介紹。介紹這門課程的主要內(nèi)容和教學目標,開設(shè)的主要實驗;(2教學大綱。給出微電子工藝實踐教學中每個具體實驗名稱、每個實驗的課時數(shù),實驗的重點和難點和每個實驗的注意事項;(3教學日歷。給出每次實驗的具體安排,包括實驗的時間地點等;(4任課教師信息。給出任課教師的學位和學術(shù)背景,教師的教學郵箱等信息;(5課程通知。將在實驗教學中,每次實驗安排及課程設(shè)計、小組討論、教師因故調(diào)課或停課等教學活動信息及時傳達給學生。
2.2研究型教學模塊
現(xiàn)在的高等教育本科階段課程設(shè)置的一個主要思想在于壓縮具體每門課程的課時數(shù),而增加開設(shè)課程的門次,以適應社會對復合性人才的需要,如何在少課時數(shù)的情況下開展研究型教學并達到好的教學效果,這是一個值得探索的問題,我們通過在微電子工藝實踐課程網(wǎng)絡教學平臺中開設(shè)研究型教學這個模塊,利用遠程教學,將學習從課堂延伸到課下。主要包括五個方面:(1研究型教學主題。我們根據(jù)班級學生人數(shù)將全班同學分成幾個小組,每個小組給出—個研究型小課題,將分組名單和研究型小課題公布在網(wǎng)絡上;(2課程問卷。研究型教學是學生對基本的理論和方法掌握的前提下對研究課題展開分析討論,我們給出課程問卷,通過問卷調(diào)查掌握學生對實驗基本的理論方法和實驗技能的掌握情況;(3學習筆記。該模板記錄在完成研究型教學的進程中,學生查閱的文獻資料、所遇到的問題以及本人對研究型課題所發(fā)表的個人看法和見解等等;0答疑討論。學術(shù)在研究型教學過程中,將遇到的問題在答疑討論區(qū)留言,也可以在答疑討論區(qū)就其他同學提出的問題發(fā)表自己的看法和見解;(5研究型學習統(tǒng)計模塊。這是一個對研究型學習進行跟蹤和監(jiān)督的模塊,該模塊統(tǒng)計學生訪問該課程網(wǎng)絡教學平臺的次數(shù),統(tǒng)計學生在課程討論區(qū)發(fā)表的話題、向其他同學和老師提問的次數(shù)、回答課程討論區(qū)其他同學提出的問題的次數(shù)和學習筆記數(shù)量等。將統(tǒng)計的結(jié)果作為同學的平時成績考核的重要指標并且和期末考試成績直接掛鉤。
我們對每一個研究型小課題給出時間限制:比如兩周,學生必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成研究型學習任務,在規(guī)定的時間結(jié)束之后,我們將專門安排研究型學習匯報課,組織學生將研究型小課題的研究成果在課堂上向全班同學和老師做匯報。學生在匯報課上的表現(xiàn)和期末成績直接掛鉤。2.3網(wǎng)絡自主學習模塊
網(wǎng)絡自主學習模塊是課堂教學的補充和延伸,能最大限度地豐富和補充課堂上教學的內(nèi)容。主要包括五個方面:(1課程作業(yè)模塊。在該模塊中,任課教師根據(jù)每次實驗課教學的內(nèi)容,課后作業(yè),并要求學生在限定的時間內(nèi)完成。在該模塊中設(shè)置答題權(quán)限,如果學生超過了答題時間,則取消學生的答題資格。任課教師根據(jù)學生在網(wǎng)上提交的作業(yè)進行評價和打分,并將評價結(jié)果通過該模塊反饋給學生;(2試題試卷庫。微電子工藝實踐教學將研究型教學環(huán)節(jié)作為主要的課程成績考核指標,如果學生沒有真正掌握具體的實驗原理、實驗方法和步驟,是不可能對研究型教學中的小課題展開分析和討論的,也不可能在研究型學習的后階段的匯報課上對全班同學和老師作出圓滿的匯報。因此,我們將學生教材所涉及的實驗思考題編入試題庫,同時針對實驗過程和現(xiàn)象編制大量思考題進入試題庫中,引導學生積極思考;(3教學材料模塊。我們在該模塊中提供了豐富的教學資料,我們將上課用的教學課件以及每次上課的教學重點、難點、知識點等放在該模塊中,作為學生課后復習參考。另外,從學生就業(yè)角度考慮,微電子專業(yè)畢業(yè)的學生畢業(yè)之后很多進入外資企業(yè)工作,外資企業(yè)公司的很多技術(shù)資料一律用英文。因此,我們將國外微電子工藝實踐課程的英文電子教材放在該模塊當中,一方面引導學生提高自己閱讀外文文獻的能力,另外一個方面,讓學生接觸國外這門學科的知識體系,讓學生所學的內(nèi)容直接和國際接軌;(4網(wǎng)絡視頻模塊。由于微電子工藝課程是講授半導體器件和集成電路的制造原理和制造流程的,因此,這門課程的實踐性很強,和生產(chǎn)實際聯(lián)系密切,我校根據(jù)自身的實驗條件,在微電子工藝實踐教學中開設(shè)了光刻、薄膜、封裝、成品檢測等實驗。但是,這些實驗內(nèi)容當中的每個實驗都是孤立的,由于實驗條件的限制,微電子專業(yè)實驗室很難建成半導體器件和集成電路芯片的生產(chǎn)線,因此,學生僅僅通過這些孤立的實驗,很難理解和掌握集成電路芯片的整個工藝流程,我們通過和浙江的華凱電子有限公司、揚州的晶芯微電子有限公司、揚州璨揚光電有限公司、揚州虹揚電子有限公司等公司合作,將那些公司所生產(chǎn)半導體器件和集成電路芯片的一整套工藝流程的生產(chǎn)場景拍攝成視頻以案例的形式放到該模塊當中,開闊了學生的視野,激發(fā)了學生的學習興趣,引導學生將所學的知識運用于生產(chǎn)實際。在視頻中還體現(xiàn)了這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中遇到的一些技術(shù)難題,以及這些企業(yè)和研發(fā)團隊對這些技術(shù)難題的思考,引導學生接觸微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所面臨的一些技術(shù)難題,從而激發(fā)他們的學習熱情,也為他們找到了努力的方向,明確了學習的目標;(5網(wǎng)絡學習統(tǒng)計模塊。統(tǒng)計學生閱讀教學材料次數(shù),上交課程作業(yè)次數(shù),閱讀試題庫里的試題次數(shù),并將統(tǒng)計結(jié)果直接和學生期末考試成績掛鉤。
3結(jié)語
微電子工藝實踐教學所需要的微電子工藝生產(chǎn)線設(shè)備昂貴,很多開設(shè)微電子專業(yè)的學校都沒有在實驗室建成微電子工藝生產(chǎn)線,而且學生所學的知識陳舊,跟不上微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。而微電子產(chǎn)業(yè)以摩爾定律向前發(fā)展,這個產(chǎn)業(yè)需要不斷創(chuàng)新的人才,我們通過建立微電子工藝實踐教學平臺,克服了實驗教學條件的限制,將公司生產(chǎn)線上先進的微電子工藝流程技術(shù)引入到網(wǎng)絡教學平臺中,讓學生將所學知識和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合;我們利用網(wǎng)絡教學平臺作為研究型教學的有力支撐,為研究型教學的教學效果起到了很好的輔助作用;我們利用網(wǎng)絡教學平臺,改變了“以教師為主”的傳統(tǒng)教學模式,實現(xiàn)了老師和學生之間的良好互動,將課堂上學習和課下學習有機結(jié)合起來,彌補了課堂教學的不足,同時,網(wǎng)絡教學平臺豐富的教學資源拓寬了學生的視野,激發(fā)了學生的學習興趣,為培養(yǎng)微電子專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式提供了借鑒。
基金項目:揚州大學教改項目:微電子工藝課程實踐教學環(huán)節(jié)的探索與實踐(2010-15);揚州大學教改項目:案例教學法在微電子工藝教學中的探索與實踐(2011-12);陳磊為本文通信作者,E-mail:chenlei@yzu.edu.cn
參考文獻
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“模擬電子技術(shù)”是電子信息類專業(yè)的重要學科基礎(chǔ)課程。該課程內(nèi)容豐富,既有模擬電子技術(shù)的理論分析,又強調(diào)模擬電路的工程性和實踐性;既要掌握模擬電子電路的基本概念、基本電路及其分析方法,又要求對電路進行定性分析和近似分析,學會辯證、全面地分析問題和解決問題。通過本課程的學習,培養(yǎng)學生繼續(xù)深入學習和接受電子技術(shù)專業(yè)知識的能力,培養(yǎng)學生系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和創(chuàng)新意識,學習科學的思維方法。因此,普遍認為該課程“入門難”,在教學過程中各個知識點的銜接以及各個教學環(huán)節(jié)的配合十分重要。
二、課程結(jié)構(gòu)與基本教學要求
“模擬電子技術(shù)”是電子信息類專業(yè)及其重要的學科基礎(chǔ)課程之一,“電路分析基礎(chǔ)”是與其直接相關(guān)的先修課程,此外還包括“高等教學”和“普通物理學”等相關(guān)課程?!皵?shù)字電子技術(shù)”、“電子線路課程設(shè)計”、“高頻電子電路”、“半導體集成電路基礎(chǔ)”等后續(xù)課程與本課程密切相關(guān),傳感器原理、嵌入式系統(tǒng)以及畢業(yè)設(shè)計等也與本課程的聯(lián)系比較緊密。結(jié)合電子科學與技術(shù)、微電子科學與工程的專業(yè)特點,在本課程教學過程中,我們注意本課程與后續(xù)課程的內(nèi)容銜接,盡量避免復雜的公式推導,注重分析問題能力的培養(yǎng)。
1.課程的基本結(jié)構(gòu)。為使學生對電子電路建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念和創(chuàng)新意識。首先,要培養(yǎng)學生分析問題的能力,使其“會”讀圖,能對電路進行性定性分析,其次,要求能夠進行定量計算。以我院電子科學與技術(shù),微電子科學與工程兩個專業(yè)為例,“模擬電子技術(shù)”教學計劃共64學時,其中56學時為課堂理論教學,8學時為實驗教學。為進一步培養(yǎng)學生的動手能力,隨后安排2周的電子電路課程設(shè)計,作為實踐環(huán)節(jié)的補充。經(jīng)過比較甄別,采用文獻[1]作為基礎(chǔ)教材。教材遵循“先器件后電路,先小信號后大信號,先基礎(chǔ)后應用”的規(guī)律編排內(nèi)容,為相關(guān)課程的學習打下較好基礎(chǔ)。在應用方面,是圍繞信號的放大、運算、處理、轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生來介紹。
2.本課程的教學內(nèi)容。在教學內(nèi)容安排上,除去緒論部分,筆者將課程內(nèi)容分成4個單元,如表1所示。第一單元講述常用半導體原理,及其與分立元件組成的放大電路的原理;二、三單元分別為集成運算放大電路的原理及其應用;關(guān)于直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)容為第四單元。其中每個單元安排2學時的實驗課程,分別為三極管放大電路(單級、差分)、運算電路、反饋放大電路和直流電源,考慮與實踐環(huán)節(jié)“電子線路課程設(shè)計”的銜接,僅安排驗證性實驗。
三、教學模式的改革思路
1.優(yōu)化教學內(nèi)容。我們以所選用教材為根本,考慮教學學時有限,以及相關(guān)知識點的銜接,對教學內(nèi)容做了一些優(yōu)化。如表1所示,第一單元內(nèi)容包括半導體器件及其基本放大電路,以雙極性器件為主,單極性器件的學習做好與后續(xù)課程銜接即可。其中多級放大電路部分主要講述差分放大電路;考慮知識點的連貫性,特別是把教材第9章關(guān)于功率放大電路的內(nèi)容作為分立元件放大電路的應用,與多級放大器的輸出級部分一起講授。在此,要特別注意本課程“入門難”在該部分教學內(nèi)容中充分體現(xiàn);例如關(guān)于PN結(jié)單向?qū)щ娞攸c,應避免復雜的理論和公式推導,在教學時可先由線性電阻的雙向?qū)щ娦詫Ρ萈N結(jié)的單向?qū)щ娦裕容^其伏安特性曲線,使其特點一目了然。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,集成放大電路的應用越來越廣泛。學習第二單元集成放大電路的原理及特點,特別要注意與后續(xù)課程“半導體集成電路基礎(chǔ)”的銜接,關(guān)于集成放大電路的原理此處應重視其外特性,重點分析集成放大電路的頻率響應和放大電路中的反饋。第三單元,集成運算放大電路的應用,包括基于集成運算放大器的信號運算與處理以及波形發(fā)生與轉(zhuǎn)換電路。此處應注意與“高頻電子線路”課程的銜接,波形發(fā)生電路重點講述RC正弦波振蕩電路即可,在內(nèi)容上要避免不必要的重復。第四單元,直流穩(wěn)壓電源,講述小功率整流濾波電路和串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,并安排2學時的實驗??紤]到在本課程的教學過程中,已將關(guān)于電子線路讀圖的方法穿插到相關(guān)章節(jié);沒有單獨安排第11章“模擬電子電路的讀圖”的教學內(nèi)容。
2.合理安排相關(guān)知識點的教學順序。為培養(yǎng)學生綜合應用所學知識解決問題的能力,要明確“學以致用”的道理;即學習器件原理的目的是為了組成功能電路。遵循這個理念,合理安排相關(guān)知識點的教學順序,深刻領(lǐng)會知識點的內(nèi)涵是教學過程中一個重要環(huán)節(jié)。首先,針對第一單元知識點的教學順序做了一些調(diào)整。在學習三極管基本原理后,接下來便是三極管基本放大電路的學習;其次,考慮為CMOS集成電路的學習打下基礎(chǔ),關(guān)于場效應管原理其基本放大電路的學習雖非重點內(nèi)容,但卻是必不可少的。另外,關(guān)于差分放大電路以及互補輸出電路的學習,需注意與集成運算放大電路的關(guān)系。第三單元分析非正弦波發(fā)生電路是一個難點,在教學過程中應引導學生應用“電路分析基礎(chǔ)”課程“RC電路三要素法”定理分析非正弦波發(fā)生電路工作原理,則問題可迎刃而解。“電路分析基礎(chǔ)”課程中所學“電流節(jié)點定律”、“電壓回路定律”、“線性電路疊加原理”、“戴維寧定理”和“諾頓定理”等理論是從事模擬電子線路分析的基本定理,必須牢記。
3.完善多媒體教學課件,做好板書與多媒體教學相結(jié)合。多媒體教學以信息量大、圖文并茂等優(yōu)點,在當前電子信息類專業(yè)課的教學已普遍采用,很多教材配套多媒體課件,甚至出現(xiàn)在課教學過程中完全丟棄板書的現(xiàn)象。但必須注意多媒體教學節(jié)奏快,學生很難有時間做課堂筆記,容易產(chǎn)生“夾生飯”。對此,我們首先完善了與教材配套的多媒體教學課件,根據(jù)上文3.1和3.2所述優(yōu)化教學內(nèi)容和知識點順序,特別參考相關(guān)文獻對一些知識難點分解、細化,經(jīng)過近3年的不斷完善基本形成具有特色的“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”多媒體課件。同時,對一些比較適合板書講解的知識點,注意做好傳統(tǒng)板書與多媒體相結(jié)合;例如二極管整流濾波、放大電路圖解分析法、放大電路交流等效電路、非正弦波發(fā)生電路的過程分析等,在講解過程中通過板書一步步地畫出相關(guān)波形有利于充分理解其內(nèi)涵,培養(yǎng)學生的學習興趣、增強學生的自主學習和實踐動手能力。
4.以能力培養(yǎng)為導向,充分調(diào)動學習主動性。以能力培養(yǎng)為導向,注重學生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力的提高。探索師生互動的課堂教學模式,提倡和鼓勵學生自主學習,讓學生真正參與教學。以應用為背景,采用提問的方式,激發(fā)學生學習興趣,破解本課程“入門難”的問題。在一輪教學過程,按照“回顧要點—提出問題—分析問題—當堂小結(jié)”的順序組織授課內(nèi)容,除了要求完成相應的作業(yè)題目,每個知識點均設(shè)計1~2題小結(jié)性質(zhì)的問題進行提問,并引導學生當堂解答,或作為課后作業(yè)在下次課隨機抽取學生講述該題目的解答,鼓勵學生發(fā)表見解,大膽質(zhì)疑。以此使學生充分參與教學,激發(fā)學習興趣,調(diào)動其學習積極性。
要學好變頻技術(shù)這門課程,必須注重相關(guān)課程的學習,如電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、可編程序控制器及其應用等課程。在學習過程中,教師要深入了解學生的學習情況,發(fā)現(xiàn)學生有疑問,要及時解決。如果一時無法回答,課后通過詢問其他任課老師或查閱資料尋求答案,然后告知學生。教師一定要明白“學生之事無小事”。同樣,在學習過程中,學生要嚴格要求自己,深入細致,不能想當然。所有的知識環(huán)環(huán)相扣,唯有努力學習,才能掌握知識。
二、采用一體化教學模式,注重理論和實踐相結(jié)合
所謂一體化教學,通俗地理解是將理論與實踐更好地銜接起來,將理論教學與實訓教學融為一體。變頻技術(shù)是一門實踐性很強的課程,理論知識點需要通過實踐來檢驗,否則就是紙上談兵,不利于學生的學習。采用一體化教學模式可以消除這個弊端。例如:教師講完變頻器各個參數(shù)的原理,隨后組織學生進行實訓練習,要求學生將不同的參數(shù)輸入變頻器,運行主機,觀察不同的參數(shù)值對變頻器運行狀況的影響。實踐結(jié)果充分驗證了理論知識。教學過程直觀形象,學生的感性認識增強了,同時激發(fā)了他們學習理論知識的興趣。理論與實踐是相輔相成的,密不可分。有的學生認為實訓浪費時間,這種想法是偏激的。如果學生們在學習中總是糾結(jié)于某個知識點,會失去學習興趣。在學習過程中,可以邊干邊學,不斷地用實踐驗證、鞏固理論;反過來再用理論指導實踐。只有這樣,才能真正做到“學會”。
三、進行養(yǎng)成教育,培養(yǎng)學生良好的學習習慣
職業(yè)學校的學生在校期間,接受的教育有限,不可能面面俱到。將來就業(yè)以后,學生會接觸到新知識,怎么辦呢?唯有繼續(xù)學習。這時良好的學習習慣就顯得尤為重要,而學習習慣的培養(yǎng)不是一朝一夕之事,所以教師在教學中要教授學生相應的學習方法,培養(yǎng)學生較強的自學能力,唯有這樣他們才能盡快適應將來的工作崗位。
四、孜孜不倦地鉆研新技術(shù),與時俱進
當今社會的發(fā)展日新月異,新技術(shù)層出不窮,僅僅依靠課堂上所學的知識遠遠不夠,需要學生經(jīng)常對自己進行充電,更新知識體系。例如:變頻器內(nèi)部使用的電力半導體器件,從最初的可關(guān)斷晶閘管,歷經(jīng)絕緣柵雙極型晶體管、功率場效應管,直至今天廣泛使用的智能模塊;相應的,變頻器型號也從普通的U/F控制型、轉(zhuǎn)差率控制型,發(fā)展為閉環(huán)控制和動態(tài)性能較好的矢量控制型。所以,學生們要孜孜不倦地鉆研新技術(shù),與時俱進。
五、小結(jié)
[關(guān)鍵詞]電工及電子技術(shù);教學改革;實踐教學
一、引言
隨著科技的發(fā)展,“電工與電子技術(shù)”理論的應用越來越廣泛,已滲透到各行各業(yè)。我校的“電工與電子技術(shù)”課程是一門針對工科非電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1 ,2]。通過對“電工與電子技術(shù)”課程的學習,使非電類專業(yè)的學生獲得電工、電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識和基本技能,了解電工電子技術(shù)應用和我國電工電子事業(yè)發(fā)展概況,為今后學習和從事與本專業(yè)有關(guān)的工作打下一定基礎(chǔ)[3]。本課程在非電專業(yè)的教學計劃中占有重要地位和作用。本文根據(jù)教學過程中存在的問題以及本課程的特點,結(jié)合我校電工與電子技術(shù)課程的實際情況,提出了一些改革方案。
二、課程的基本情況與現(xiàn)狀
我校每年約有7 個專業(yè),800 多名非電類專業(yè)的學生學習“電工與電子技術(shù)”課程,因此,這是一門影響面較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程涵蓋電工技術(shù)和電子技術(shù),其中電工技術(shù)部分包含電路參數(shù)、電路模型、電路基本分析方法、正弦交流電路分析等內(nèi)容;電子技術(shù)部分包含半導體器件、基本放大電路、集成放大電路、基本門電路及其組合邏輯電路、時序邏輯電路等內(nèi)容[4 ,5]。但在教學中普遍存在學生的學習熱情不高,認為這門課程不好學的現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)研和分析,我們發(fā)現(xiàn)引起這一現(xiàn)象的原因主要有以下幾個:1.該課程內(nèi)容涉及面廣,理論比較抽象難懂。2.對學生之前學習過的“高數(shù)”“大學物理”等課程掌握度要求比較高。3.許多學生沒有形成良好的學習方法和習慣。4.教學方法落后,教材不能及時更新。為了解決以上提到的問題,本人提出了一些改革方案。
三、課程的教學改革方案
1.課程內(nèi)容的改革(1 )更新教材,選用清晰易懂與實際更為貼切的教材目前我校“電工與電子技術(shù)”這門課所采用的教材內(nèi)容中存在一些印刷錯誤、編寫錯誤、個別知識點的條理性不清晰以及與實際結(jié)合的內(nèi)容較少等問題。我們將通過對目前各高校這門課已使用的各種教材進行對比分析,吸取一些內(nèi)容編排較好教材的優(yōu)點,邀請幾名教學經(jīng)驗豐富,思想開闊的老師結(jié)合本校專業(yè)的特點重新編寫一本經(jīng)典教材。(2 )劃分課程體系,研究總結(jié)各類專業(yè)的授課內(nèi)容和方式本課程涵蓋的知識內(nèi)容多、理論性強、涉及的專業(yè)多,但是針對不同專業(yè)的學生卻采用相同的教學內(nèi)容和模式,這樣將會導致同一個知識點對有些專業(yè)的學生來說對后續(xù)專業(yè)知識的學習幫助不大,而對有些專業(yè)的學生來說學得還不夠深入。因此,我們課題組將課程內(nèi)容分為4 個基本模塊,即電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電機學。根據(jù)各專業(yè)的教學大綱,針對不同專業(yè)的學生在授課內(nèi)容的側(cè)重點上將會有所不同。2.教學方法與手段改革(1 )培養(yǎng)學生的自學能力,養(yǎng)成帶著問題來聽課的習慣經(jīng)調(diào)研,目前我校許多學生都沒有課前預習的習慣,如果老師在課堂上沒有布置作業(yè),一些學生甚至連課后復習的習慣都沒有。由于沒有課前預習、課后復習,學生上課時往往對新知識的理解和吸收效率不高,一旦遇到前后知識聯(lián)系不上或難以理解的知識點,很容易產(chǎn)生厭倦心理和放棄聽課的行為。針對這一問題,我們提出以下改革方案:在教師開始講課前給學生預留5 ~10 分鐘左右的時間讓大家快速閱讀本節(jié)課將要學習的內(nèi)容,要求學生在閱讀課本的過程中把難以理解的知識點標出或記錄下來。教師可利用學生閱讀課本的這段時間將本節(jié)課中需要板書的內(nèi)容寫到黑板上,學生閱讀完后教師首先提問幾個與本節(jié)課授課內(nèi)容相關(guān)的知識點,檢查學生的閱讀效果,回答不出問題的學生至少也可以在腦子里對該問題有一定的印象,從而在后續(xù)的聽課過程中帶著問題來聽課。(2 )改革教學方式,采用教材+板書+多媒體的授課方式采用傳統(tǒng)的教材+板書的授課方式在講解理論推導、例題以及分析簡單的電路時非常簡便,但在講解復雜電路、設(shè)備的動態(tài)運行等比較抽象的概念和理論時往往要占用較多的上課時間來畫圖,或難以在黑板上形象地畫出來。這樣學生只是知道課本上介紹的一些元器件的原理,而對這些器件、設(shè)備的實際外形以及在實際的生產(chǎn)中如何應用都一無所知,因此,我們在講課過程中將借助于多媒體使得一些抽象的知識點更利于理解。例如,在PPT中多加入一些實際的元器件圖片,設(shè)備實際運行的動畫,以及通過播放視頻介紹一些課本中的理論在實際中應用的實例等,加深學生對一些器件、設(shè)備的理性認識和感性認識,也可以增強理論和實際相結(jié)合。(3 )讓學生參與到講課過程中,增強學生的表達能力及自信心在教學過程中,學生總是扮演著被動聽課的角色,在整個教學過程中沒有參與感,沒有體會到自己的重要性,同時學生也很難站在老師的角度來看待這門課。因此在這門課的教改研究中,我們計劃每學期組織學生進行兩到三次的講課,即提前給出2 ~3 個較難的知識點讓所有學生好好準備,在下次課的授課過程中留出30 分鐘左右的時間,隨機抽查至少3 個學生讓他們有機會站在講臺上給同學們講解知識點。通過這種形式的角色互換,可以讓學生參與到課堂中,增強了學生的學習熱情,激發(fā)學生對知識的追求。
四、結(jié)語
本文對《電工與電子技術(shù)》課程從教學內(nèi)容、教學方法和手段方面提出的一些教學改革方案,通過對這些改革方案的實施,將會增強學生對基本理論和基礎(chǔ)知識的深入理解和掌握,培養(yǎng)學生良好的學習習慣、較強的自學能力及表達能力。但是,《電工與電子技術(shù)》這門課的教學改革是一個長期而系統(tǒng)的工作,今后我們將繼續(xù)緊貼教學大綱和不同學科的發(fā)展要求,對這門課的教學改革進行進一步的探索和創(chuàng)新,全面提高教學質(zhì)量,培養(yǎng)適合社會發(fā)展的人才。
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關(guān)鍵詞:多媒體技術(shù);高職;模擬電子技術(shù);課程教學
隨著計算機信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、多媒體數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的教育觀念、教育思想、教學內(nèi)容、教學模式、教學環(huán)境、教學方法、教學手段和教學管理等正在發(fā)生深刻的變革,其中對現(xiàn)代信息化教學技術(shù)的應用是諸多教育教學改革的重要組成部分。《模擬電子技術(shù)》作為高職院校電類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程,主要研究各種半導體器件的性能、電路及應用,是后續(xù)電類課程的理論和實踐基礎(chǔ)。然而,《模擬電子技術(shù)》課程概念抽象、非線性特性多、電子器件參數(shù)分散性大、工程應用性強,在傳統(tǒng)教學中,往往是教師講得通學生卻聽不懂,或?qū)W生聽懂了卻想不通。將現(xiàn)代信息化教學技術(shù)——多媒體技術(shù)應用到《模擬電子技術(shù)》課程教學,具有非常重要的現(xiàn)實意義。
高職《模擬電子技術(shù)》課程教學的特點
(一)概念抽象
該課程的概念和理論比較抽象,給教學帶來了較大困難。如PN結(jié)單向?qū)щ娦?、正弦波振蕩電路起振過程等,學生對這些概念和理論很難理解。為了使學生能夠較好地接受這些單調(diào)、枯燥的理論,課程教學中教師多采用啟發(fā)式、互動式、引例式、演練式等教學方法來加深學生的理解,但教學效果并不顯著。
(二)非線性特性多
模擬電路是由半導體二極管、三極管為主要器件組成的。二極管、三極管均具有非線性特性,因此,線性電路理論對于分析和設(shè)計模擬電路不適用,必須采用非線性電路的分析方法。傳統(tǒng)教學在這方面收效甚微。
(三)電子器件特性分散性大
電子器件的參數(shù)是特性的定量描述,也是實際工作中根據(jù)要求選用器件的主要依據(jù)。然而電子器件參數(shù)分散性較大,相應的特性分散性也較大,往往需要通過手冊查得,在實際電路中往往難以或是不需要精確計算輸出值。
要準確選取具有分散性的電子元器件,除了需要扎實的理論,還需要豐富的經(jīng)驗。
(四)工程應用性強
在科學技術(shù)飛速發(fā)展的今天,模擬電子技術(shù)幾乎在所有的領(lǐng)域——科學研究、生產(chǎn)實踐、日常生活中無處不在。模擬電子技術(shù)工程應用十分廣泛,設(shè)計、應用一個模擬電路,即便是一個小型的應用電路,也是一項系統(tǒng)工程。
多媒體技術(shù)在教學中的優(yōu)勢
(一)多媒體技術(shù)形象生動,容易激發(fā)學生的學習興趣
多媒體教學手段以靈活多變的教學方式,給學生提供鮮明、生動、清晰的感受,使學生感興趣。多媒體教學手段以大量視聽信息和高科技手段來沖擊學生的思維興奮點,可以極大地激發(fā)學生學習《模擬電子技術(shù)》課程的興趣,從而調(diào)動起學生的學習積極性。
(二)多媒體技術(shù)豐富課堂信息量,能大大提高教學效率
《模擬電子技術(shù)》課程的主要特點是合理利用視圖及表達方法表達各種元件及電路圖的結(jié)構(gòu)及有關(guān)國家標準。為了收到較好的教學效果,教師往往在課堂上手繪各種電路圖。這個過程要占用許多授課時間,如果刻意減少繪圖,勢必會影響教學效果。而將多媒體技術(shù)應用到《模擬電子技術(shù)》課程教學中,制作電子教案、繪制電路、解答習題、做虛擬實驗、進行仿真應用,能極大地豐富課堂教學信息,從而提高課堂教學效率。
(三)多媒體技術(shù)便于理論聯(lián)系實際,有助于培養(yǎng)學生的動手能力
處于工作狀態(tài)的模擬電路看似平靜,實則正在發(fā)生量和質(zhì)的深刻變化。這樣的過程,傳統(tǒng)教學手段根本無法在學生面前展示,學生的興趣點往往只停留在電路的輸出結(jié)果上,而忽視電路的實際工作原理和工作過程,不利于學生動手能力的培養(yǎng)。多媒體技術(shù)教學最大的優(yōu)勢是可以將復雜模擬電路的工作過程形象化,使理論聯(lián)系實際。這對于促進學生實際操作、設(shè)計、應用模擬電路具有十分重要的意義。
多媒體技術(shù)在高職《模擬電子技術(shù)》課程教學中的應用
(一)使微觀世界和抽象概念直觀化
由于半導體內(nèi)部的載流子是微觀粒子,看不見、摸不著,因此,在傳統(tǒng)教學中,學生對PN結(jié)形成過程的理解全靠想象,學生感到太抽象、難以接受,在短時間內(nèi)很難透徹理解。
采用多媒體動畫教學,可將P型半導體與N型半導體內(nèi)部的空穴與電子用不同的標識符形象地描繪出來,生動地演示PN結(jié)內(nèi)部微觀粒子的運動。這樣,將學生帶入微觀世界,就可以讓學生去觀察和發(fā)現(xiàn)“奧秘”:擴散運動內(nèi)建電場漂移運動擴散與漂移達到動態(tài)平衡,從而理解PN結(jié)的形成過程。
通過在PN結(jié)兩端加不同極性的電壓來破壞PN結(jié)原有的動態(tài)平衡,會使它呈現(xiàn)單向?qū)щ娦???衫枚嗝襟w動畫演示PN結(jié)加正向電壓處于導通狀態(tài)時,外加電壓的方向與內(nèi)電場方向相反,使P區(qū)的多子空穴和N區(qū)的多子電子都推向空間電荷區(qū)PN結(jié)厚度變窄內(nèi)電場削弱PN結(jié)原有的平衡被打破擴散運動大于漂移運動在外電源作用下,P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū),N區(qū)的自由電子不斷地擴散到P區(qū),從而形成了從P區(qū)流入N區(qū)的正向電流PN結(jié)正向?qū)?。PN結(jié)反偏時的動態(tài)過程正好相反,少子漂移運動形成極小的反相飽和電流。這樣,就能使學生真切感受PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,“親眼見到”在微觀世界里PN結(jié)如何正偏導電與反偏截止。
三極管與場效應管內(nèi)部載流子的運動都可以用多媒體動畫形象生動地演示,將肉眼看不見的微觀世界載流子傳輸過程非常形象和直觀地展現(xiàn)出來,學生的學習效果會非常好。
(二)使非線性特性形象化
非線性電壓放大電路對低頻信號的放大作用是本課程的重點,是學生學習后續(xù)各章節(jié)的基礎(chǔ),同時也是難點。許多學生很難在腦海中建立交直流共存的概念,尤其是對于非線性電路。為了使學生更好地理解交直流如何共存于一個非線性電路,最直觀的方法就是圖解法。
這種方法通過波形圖與非線性元器件的特性曲線來動態(tài)展示電路的電壓放大特性。先畫出只有直流信號作用下的共射極放大電路的直流通路,帶領(lǐng)學生分析僅在直流信號作用下流過三極管的靜態(tài)基級電流與靜態(tài)集電極電流的波形圖。然后在直流通路的基礎(chǔ)上,輸入與輸出端加上耦合電容,由輸入耦合電容將低頻交流小信號加在放大電路的輸入端。最后利用動畫效應給出輸入端交流小信號隨著時間的推移電壓ui波形的動態(tài)變動情況。此時,在交流信號的作用下,基級電流ib,集電極電流ic,集電極與發(fā)射極之間的電壓uce以及輸出電壓u0的波形,隨著ui的動態(tài)變化就生動形象地顯現(xiàn)在各支路與輸出端。動畫演示可采用慢放方式,使學生在波形的緩慢變化中看到輸入與輸出信號之間的動態(tài)關(guān)系與變動過程,以及ube與ib和uce與ic的非線性關(guān)系,由此即可形象展示交直流的共存現(xiàn)象。動畫展示時,信號波形的變化快慢以及信號的周期可以根據(jù)具體情況調(diào)整,啟發(fā)學生從中觀察輸入信號頻率變化對輸出信號的影響。
分析溫度、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響時,利用多媒體課件,可逐步展示隨著溫度與各電路參數(shù)的變化,靜態(tài)工作點逐步上移或下移的過程,以及工作點位置不當時,輸出信號波形出現(xiàn)的非線性失真。靜態(tài)工作點過高使放大管進入飽和區(qū)輸出波形出現(xiàn)飽和失真,過低使放大管進入截止區(qū)輸出波形出現(xiàn)截止失真,以及波形上半周或下半周出現(xiàn)畸變的情況,都可以用動態(tài)圖像形象地展示,進而取代書本上的靜止圖像。這樣,就能馬上吸引學生的目光,促使學生去思考。恰當?shù)剡\用多媒體刺激學生的多種感官,不僅可以吸引學生的注意力,而且能有效地突出重點,突破難點。
(三)使電子器件參數(shù)分散性帶來的不必要復雜計算簡單化
電子器件的參數(shù)是特性的定量描述,也是實際工作中根據(jù)要求選用器件的主要依據(jù)。二極管參數(shù)分散性較大,在實際電路中難以精確計算輸出值。利用多媒體技術(shù)可以簡化因電子器件參數(shù)分散性帶來的不必要的復雜計算(有時復雜精確的計算對于電路分析也沒必要,只需知道局部電路的輸出值即可反映電路設(shè)計的有效性),從而直觀演示模擬電路的工作過程。
教師在講授直流穩(wěn)壓電源內(nèi)容時,傳統(tǒng)的教學方法是先介紹整流、濾波與穩(wěn)壓的理論,然后再通過復雜數(shù)學計算與理論推導來求解負載上的輸出電壓值以及電壓脈動系數(shù),最后通過實驗演示或?qū)嵤┓纸M實驗教學來驗證理論以提高教學效果。如果在這部分教學中輔以多媒體教學,對半波整流電路與橋式整流電路的整流效果、電容濾波與電感濾波的區(qū)別,電容C以及負載RL對濾波效果的影響(如圖1所示),均可以通過視頻動態(tài)鏡頭來展示。可通過慢放展現(xiàn)各種情況下的輸出電壓波形,引導學生對比波形的不同之處,讓學生根據(jù)過程演示推導出正確的結(jié)論,從而使學生自然而然地得出結(jié)論。這要比通過繁雜的數(shù)學理論推導得出結(jié)論更有說服力,更容易使學生牢記結(jié)論。
尤其是在實驗條件沒辦法滿足教學要求時,通過多媒體技術(shù)進行實驗演示,可以使學生通過觀察實驗過程和現(xiàn)象總結(jié)出規(guī)律或得出結(jié)論,有助于提高學生的學習積極性,提高學生的動手能力。不過要注意的是,多媒體課件所演示的實驗難以替代學生親自動手進行的真實實驗,若完全代替真實實驗,有可能會扼制學生活躍的思維和豐富的想象力。
(四)虛擬化工程應用實踐
對于振蕩電路的起振過程,傳統(tǒng)教學全靠學生想象,由于學生的知識水平和閱歷有限,對起振情景想象不出或想象不全,從而限制了他們對相關(guān)知識點的理解。多媒體技術(shù)在正弦波振蕩電路課堂教學中的應用卻能很好地解決這一難題。利用電路仿真軟件EWB或PROTEL先搭建振蕩電路,接通電源后由虛擬示波器來測試振蕩信號的波形(如圖2所示),來模擬實現(xiàn)振蕩電路的起振與振蕩過程,不僅可以使學生深刻體會和理解振蕩的抽象理論,而且還可以間接地教會學生如何利用虛擬仿真軟件進行電路仿真,可謂一舉兩得。
正弦波振蕩電路的理論講授完成后,為了使學生能夠?qū)⑺鶎W理論知識運用到實踐中,加深對專業(yè)理論知識的理解,應帶領(lǐng)學生做一個信號發(fā)生器。但由于教學資源與教學條件受限,實現(xiàn)起來比較困難。在這種情況下,可以考慮利用虛擬技術(shù)來實現(xiàn),帶領(lǐng)學生運用計算機技術(shù)與多媒體技術(shù)做一個虛擬信號發(fā)生器。在制作虛擬信號發(fā)生器的過程中,加深學生對振蕩電路的理解,從而掌握振蕩頻率與諧振電路元器件及諧振頻率之間的關(guān)系。
將多媒體技術(shù)應用于教學不僅可彌補有關(guān)理論教學、實踐教學環(huán)節(jié)的不足,而且可使仿真軟件與虛擬儀器的強大功能在教學領(lǐng)域獲得進一步應用。
多媒體輔助教學引入高職模擬電子技術(shù)課堂教學后,彌補了傳統(tǒng)教學的不足,優(yōu)化了教學效果,不僅使枯燥乏味的理論變得形象生動,提高了學生的學習主觀能動性,也使得學生不再懼怕實驗與實訓,學會在實踐中去思考問題,從而提高動手能力。但多媒體技術(shù)的運用要恰到好處,不能取代教師的主導地位與學生的主體地位。巧用與妙用多媒體技術(shù),才能使學生消除對本課程的畏難心理,真正激發(fā)學生學習電類專業(yè)課的興趣。
參考文獻:
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論文摘要:在武警初級指揮院?!峨娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)》的教學中引入網(wǎng)絡課程,并利用網(wǎng)絡課程的資源及技術(shù)優(yōu)勢提高該課程的教學質(zhì)量。
《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是武警初級指揮院校武警指揮本科專業(yè)開設(shè)的一門重要必修課。通過本課程的學習,使學員較系統(tǒng)地掌握電路和電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論、主要電路和電子器件的技術(shù)特性與應用,具有對一般電路進行分析和應用的能力,具有嚴謹科學的思維方式和分析方法,為相關(guān)課程的學習以及新裝備的正確使用與維護奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。我院于2003年在本科學員隊首次開設(shè)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程,并于2007年完成了《電子技術(shù)基礎(chǔ)》網(wǎng)絡課程的建設(shè)。該網(wǎng)絡課程主要由網(wǎng)絡教材、仿真實驗、在線測驗三部分組成。通過近年來在教學中引入網(wǎng)絡課程的實踐經(jīng)驗,我們總結(jié)出一些運用網(wǎng)絡課程提高《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學質(zhì)量的做法。
一、發(fā)揮網(wǎng)絡課程資源優(yōu)勢,促進相關(guān)課程知識前后連接
《電子技術(shù)基礎(chǔ)》在武警指揮專業(yè)的教學體系中并不是一門孤立的課程,它需要《高等數(shù)學》和《大學物理》的相關(guān)內(nèi)容作為預備知識,并為《軍事高科技》和《武警基層常用技術(shù)裝備器材》等后續(xù)課程提供理論支持。為了提高《電子技術(shù)基礎(chǔ)》及其后續(xù)課程的教學質(zhì)量,可利用網(wǎng)絡課程教學資源共享方便、配置靈活的優(yōu)勢,加強前后相關(guān)課程的知識連接。
二、利用網(wǎng)絡課程加強教學內(nèi)容與實際的結(jié)合,調(diào)動學員的學習興趣
武警指揮專業(yè)開設(shè)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程,要求學員除了掌握各種電路與器件工作原理以及簡單的定量分析外,還應具有將理論知識與部隊裝備中典型電路相結(jié)合的能力,這與地方工科院校開設(shè)該課程主要強調(diào)理論知識和定量計算有一定差別。學員在學習中也普遍表現(xiàn)出對電路實際應用更感興趣的現(xiàn)象。為了使學員學有所用,教員平時可以注意收集與教學內(nèi)容有關(guān)聯(lián)的部隊裝備的相關(guān)案例,然后將它們?nèi)谌刖W(wǎng)絡課程中,增強課堂講授與部隊實際的聯(lián)系。電子技術(shù)在部隊的應用日益廣泛,教員應隨時注意對教學內(nèi)容進行增刪修補,吐故納新。
三、運用多媒體制作軟件將抽象的理論轉(zhuǎn)化成學員易于接受的具體現(xiàn)象
網(wǎng)絡課程區(qū)別于其他教學方式的最大特點是可以將教學信息通過多種媒體進行加載。其中常用的媒體有:文本、圖形/圖像、聲音、視頻、動畫)。相對于傳統(tǒng)教材的文字與靜止圖像,網(wǎng)絡課程拓寬了教師對教學素材的選擇,能有效加大教學過程中的信息量。特別是針對一些比較抽象的授課內(nèi)容,多媒體網(wǎng)絡教學的優(yōu)勢十分明顯。例如第5章《半導體器件》中的二極管及三極管工作原理這個知識點,學員若只通過書本上的文字和幾幅簡單的原理圖進行學習,要深刻理解和掌握其原理就顯得比較困難。而網(wǎng)絡教材內(nèi)容如果只做書本的翻版,這也將喪失網(wǎng)絡課程在技術(shù)上的先天優(yōu)勢。因此在這個知識點網(wǎng)絡教材的設(shè)計中,我們利用動畫制作軟件Flash制作了相關(guān)演示動畫,詳細地描繪出電子器件內(nèi)部載流子的運動過程。通過動畫的演示,學員普遍反映比書本教材理解更為直觀形象。
四、使用電路仿真軟件進行實驗演示
實驗作為理論知識的實踐過程,可以使學員加深對課堂理論講授的印象,提高學習效果。由于學時限制,我們只選取了6個實驗內(nèi)容:常用電子儀器的使用、動態(tài)電路RC充放電、單管放大電路分析、集成運算放大器的應用、組合邏輯電路的測試與設(shè)計、集成觸發(fā)器邏輯功能測試。傳統(tǒng)實驗所需器材的價格較為昂貴,并且部分實驗效果也不直觀明顯?;谶@兩個缺點,我們改革了實驗課教學方式,通過利用電子設(shè)計自動化軟件ElectronicsWorkbench在計算機上進行仿真實驗替代了傳統(tǒng)實物實驗。EWB軟件界面形象直觀、操作方便。運用圖形界面可以很方便創(chuàng)建電路,并且還提供了多種虛擬儀器。使用該軟件進行電路仿真,既解決了購置高檔儀器以及大量元器件之難,又避免了儀器被損壞等不利因數(shù),還使得實驗結(jié)果形象直觀,學員易于接受。超級秘書網(wǎng)
五、運用在線測驗適時反饋教學效果
摘要:電子技術(shù)課程是中職校電子類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本文從中職校學生的培養(yǎng)目標出發(fā),對課程進行了一體化教學的探索,闡述了“知識+操作技能”的教學模式,并對具體實施作了詳細的論述。
關(guān)鍵詞:電子技術(shù);一體化教學;探索;實施
電子技術(shù)課程由兩大部分組成,即模擬電路基礎(chǔ)和數(shù)字電路基礎(chǔ),是研究各種半導體器件的性能、各種單元電子電路的工作原理、功能及應用的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,同時也是一門實踐性、應用性很強的課程。其目的就是使學生通過學習和實踐獲得電子方面的基礎(chǔ)知識和基本技能,提高學生的觀察能力、邏輯思維能力及分析問題解決問題的能力,同時提高學生使用相關(guān)電子儀器設(shè)備的能力和電子組裝工藝水平。由于該課程的理論性和實踐性都很強,在整個電子專業(yè)的教學中起著重要的作用。但是,我們的學生卻很難學好這門課,原因就在于陳舊的教材及老式的教學方法不適應技校學生的特點,也與中職校培養(yǎng)社會上需要的操作型、技能型、實用型人才的培養(yǎng)目標不相適應。因此有必要進行探索與改革。
一、電子技術(shù)課程教材及老式教學方法存在的問題
目前,中職校電子類專業(yè)使用的電子技術(shù)教材,內(nèi)容較落后,很多教材都是由大學教材改編而來,理論性太強,就現(xiàn)在的技校生而言,基本上都不能完全理解和接受,容易使學生產(chǎn)生放棄學習該課程的念頭;重理論,輕實踐,與中職校培養(yǎng)社會上需要的操作型、技能型、實用型人才的培養(yǎng)目標不相適應。傳統(tǒng)的教學方法也不能適應現(xiàn)代教學的需要。傳統(tǒng)的教學方法是先在教室上理論課,講授的是諸如各種電子電路的基本概念、工作原理、各種參數(shù)的推導與計算等看不見摸不著的抽象知識。然后再讓學生到實驗室進行實驗。而實驗內(nèi)容也是以驗證性實驗為主,是由老師事先準備好實驗電路和器材,實驗時先由老師將實驗目的、實驗內(nèi)容及過程、實驗中可能發(fā)生的問題及注意事項講述一遍,然后讓學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗。由于現(xiàn)今的技校生基礎(chǔ)知識相對較差,學習能力欠缺,無法全面掌握課程的理論基礎(chǔ)知識,不能詳盡地分析各種單元電路的工作原理,其結(jié)果是大部分學生成了實驗的旁觀者,而在做實驗的學生也是“照葫蘆畫瓢”,機械地完成了實驗內(nèi)容,甚至于做完后還不知道自己到底做了什么,要解決的是一個什么問題。結(jié)果使學生失去了實驗興趣,而對高深的理論知識更是望而卻步。因此有必要對電子技術(shù)課程的教材和教學過程進行新的探索,找出一條由純理論教學、驗證性實驗教學模式到既能讓學生掌握一定的理論知識,又能通過實驗(實習)提高學生操作技能的、適合中職校學生學習的教學模式。
二、電子技術(shù)課程一體化教學的探索
根據(jù)中職校對電子類人才的培養(yǎng)目標,本著理論知識夠用,重在實際能力培養(yǎng)的原則,對原課程內(nèi)容進行大膽整合,對理論偏深的內(nèi)容和陳舊知識進行刪減,對于各種單元電路,只要求掌握其工作過程及功能作用,而對于繁瑣的理論分析和公式推導計算則刪去不講,把重點放在如何“用”這些電路上。故而將本門課程的教學全部放在實習室進行,由過去的“理論+實驗論證”的教學模式轉(zhuǎn)到“知識+操作技能”的全新的一體化教學模式。為此,將電子技術(shù)課程整合為多個主模塊和子模塊進行一體化模塊式教學,每個模塊都給出要掌握的知識點和要達到的操作技能。在使學生掌握常用電子儀器儀表使用方法的前提下,能分析判斷各模塊電路發(fā)生故障的原因和部位,不斷提高學生的基本操作技能和組裝各種電路的工藝水平。重點要求學生掌握各模塊的知識點及對各模塊電路的功能測試、分析與應用。
三、電子技術(shù)課程一體化教學的實施
電子技術(shù)課程是一門理論性和實踐性都很強的課程,要想收到很好的教學效果,在具體教學內(nèi)容的編排上要做到模塊與模塊之間的銜接。對于模塊與模塊之間的知識連接點,一定要向?qū)W生闡述清楚,否則前后知識脫節(jié),就很難取得較好的教學效果。對于電子電路,幾乎所有的電路參數(shù)、數(shù)據(jù)、波形都必須通過電子儀器儀表才能反映出來,電路原理圖與實物裝配圖之間的轉(zhuǎn)換也是一個難點。因此,要取得較好的學習效果,提高學生的動手能力,必須從以下幾個方面入手:
1、狠抓基本功練習。要求每位學生都要學會萬用表、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、示波器等電子儀器的使用方法;練好元器件在線路板上的焊接基本功;認識電阻、電容、二極管、三極管等元件,并能用萬用表測量其參數(shù)。
2、合理安排理論知識點的講授時機。對于每個模塊理論知識點的講授,要進行科學的安排,有的模塊可放在學生動手操作前講述,如電子儀器的使用,老師必須要邊講授邊示范,然后讓學生動手操作練習,引導學生入門。有的則可放在實習后用討論、提問、總結(jié)的形式獲得。如集成運算放大器組成的放大電路,可先讓學生動手裝配與測試,學生通過自己測量得到的數(shù)據(jù)得出集成運放組成的放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)只取決于反饋網(wǎng)絡的電阻與輸入電阻的比值,與集成運放本身的參數(shù)無關(guān)。這種由學生自己得出的結(jié)論,容易被學生接受和牢記。
3、循序漸進,提高學生學習積極性。對于每個子模塊的教學,要循序漸進,開始的幾個模塊都要將電路原理圖中的元件與其對應的實物進行對照說明,引導學生在萬能板上設(shè)計電路裝配圖。要加強實習過程中的巡回指導,對于實習中發(fā)生的故障,以引導的方式指導學生分析故障可能產(chǎn)生的原因和部位,逐步縮小故障范圍,直到排除故障,讓學生感受到成功帶來的喜悅,激發(fā)學生的學習興趣,提高學生的學習積極性。
4、表彰先進,激發(fā)積極向上的學習熱情。每個模塊結(jié)束后,都要評出該模塊的“學習之星”,表彰先進,激發(fā)學生你追我趕,積極向上的學習熱情。
5、改變學習成績的評定方法。改變過去以理論考試和實驗報告成績決定學生學習成績的方法,而是根據(jù)學生在整門課程的學習過程中的學習態(tài)度、操作情況、實驗結(jié)果的準確性、參與實踐教學的主動性、創(chuàng)造性、正確性來綜合評定學生的成績。扭轉(zhuǎn)學生只重視理論考試、實驗結(jié)果,不重視實習過程、不動腦筋、抄襲別人實習數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。真正把學生培養(yǎng)成既有一定的理論知識又有很強的實際動手操作能力和創(chuàng)新能力的實用型人才。
參考文獻
[1]張興龍.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京.高等教育出版社.2005.