《模擬電子線路》“過三關(guān)”

根據(jù)多年來的教學(xué)實踐和教學(xué)改革，我們認(rèn)為對于《模電》的教與學(xué)，重點要掌握好三個環(huán)節(jié)頁浦賭Ｄ獾繾酉唄貳貳骯亍薄?/p>

    電子線路是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，《模電》定位于專業(yè)基礎(chǔ)課。一般來說，專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)保持相對穩(wěn)定，但《模電》這門課的特點注定它應(yīng)加快新陳代謝。器件是電子線路的基石，從電子管到晶體管、從晶體管到集成電路，電子器件的發(fā)展代表了電子技術(shù)的發(fā)展和幾次大的變革。當(dāng)前由于IC產(chǎn)業(yè)特別是EDA技術(shù)的長足進(jìn)展，已經(jīng)徹底打破了器件、電路和系統(tǒng)的界限，從根本上改變了電子技術(shù)和信息科學(xué)的面貌。同時也對電子線路的教學(xué)提出更新更高的要求。為了適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展和避免與社會現(xiàn)實脫節(jié)，電子線路的教學(xué)體系應(yīng)以當(dāng)代電子技術(shù)的發(fā)展水平為背景，授課內(nèi)容要以器件為主線加速由分立向集成的轉(zhuǎn)化。

    在教學(xué)實踐中，雖然“重在集成”的觀點已經(jīng)被大家所接受，但如何正確處理“集成與分立”的內(nèi)在關(guān)系呢？集成電路的內(nèi)部單元實際上是由分立元件構(gòu)成的。如果完全忽視單元電路的內(nèi)容，可以把集成電路視為“黑匣子”只強調(diào)外特性和工作參數(shù)，但是這種教法的結(jié)果勢必造成學(xué)生只知IC的管腳排列與怎樣連接應(yīng)用，而對集成電路的工作原理無從了解。一門課如果“不講原理”就會變得空洞無物，只能使人“知其然而不知其所以然”。為了解決這個矛盾，我們在教學(xué)中提出“強調(diào)集成電路外特性和應(yīng)用，同時注意內(nèi)部單元電路原理分析”的原則，在教材改革中穩(wěn)中有變、平穩(wěn)過渡。這種觀點符合現(xiàn)已出版的幾本“面向21世紀(jì)教材改革”著名教材的情況。教師感到“言之有物”，學(xué)生也感到“學(xué)有所獲”。

    我們明確要求學(xué)生過好“器件關(guān)”，要求做到“會分析、會選擇、會應(yīng)用”典型電子器件（有源器件），關(guān)鍵是要掌握這些器件的特性曲線。通過分析特性曲線往往有利于掌握器件的模型、參數(shù)和工作原理。學(xué)習(xí)器件的目的“重在應(yīng)用”，要讓學(xué)生明白僅僅會用二極管、三極管這些分立元件設(shè)計電路已經(jīng)過時了。要熟悉和掌握各種模擬集成電路的應(yīng)用，諸如集成運放、集成功放、集成穩(wěn)壓器以及鎖相環(huán)、乘法器等等，才不至于與社會現(xiàn)實脫軌。當(dāng)前模擬集成電路從功能、品種到規(guī)模已是一個龐大的家族，各種通用和專用集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制等各類電子產(chǎn)品，要想完全掌握各類集成電路不現(xiàn)實也是不必要的，《模電》教學(xué)必須“抓住重點”同時注意“傳授方法”。我們提出“重點掌握兩種集成電路”的教學(xué)要求，即《線性電路》重點掌握運算放大器，《非線性電路》重點掌握模擬乘法器。這兩種芯片都屬于通用型IC，使用這兩種芯片幾乎可以實現(xiàn)線性和非線性領(lǐng)域的絕大部分應(yīng)用電路；而且它們的電路結(jié)構(gòu)也比較典型，所以很有學(xué)習(xí)價值和應(yīng)用價值。在教學(xué)實踐中對于這兩種芯片要講深講透，要詳細(xì)分析其電路結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)特征以及典型應(yīng)用。通過“解剖麻雀”掌握了這兩種典型IC，就可以舉一反三、觸類旁通，有利于學(xué)生對其它各種各樣集成電路的學(xué)習(xí)和掌握。值得一提的是要重視培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的分析能力和自學(xué)能力，對其它IC教師只介紹其原理框圖和技術(shù)參數(shù)就足夠了。教師把握了教材處理和“粗講、細(xì)講”的分寸，便于學(xué)生對于這門課的學(xué)習(xí)理解和重點掌握。

2、對《模電》分析方法要強調(diào)“工程估算”，重點過好“近似關(guān)”

    就分析方法而言，從過去的嚴(yán)格計算到學(xué)習(xí)《模電》采用工程近似計算，是這門課要過的第二關(guān)，可以稱之為“近似關(guān)”。分析《模電》教與學(xué)遇到困難，究其原因往往是沒有正確把握這門課的性質(zhì)和分析方法。我們認(rèn)為只有把《模電》真正視為一門“工程應(yīng)用性”課程，才是抓住了這門課的實質(zhì)。重要的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握電子線路工程分析的方法，即“近似估算法”。實踐證明，學(xué)生對于從基礎(chǔ)課到專業(yè)基礎(chǔ)課的過渡往往不適應(yīng)。怎樣估算？何時需要近似？這正是我們所要重點解決的問題。過去其它課計算時可能得到唯一的正確答案，而在《電子線路》課計算某個值，其結(jié)果可能不但這個值而且這個值左右的值都算正確。這就是近似和取值不同的結(jié)果，一般《模電》的近似標(biāo)準(zhǔn)采用“一個數(shù)量級”。

   《電路》和《模電》雖然同為專業(yè)基礎(chǔ)課，但在采用的數(shù)學(xué)模型和分析方法上均有所不同，《電路》采用理想模型和嚴(yán)格計算的方法，而《模電》采用近似模型和工程估算的方法。在《電路》課上，可以出現(xiàn)1法拉這樣脫離現(xiàn)實的元件值，而《模電》中電路元件要采用標(biāo)稱值與實際應(yīng)用接軌。在《電路》課上學(xué)生用計算器得出一個值可以有任意多位小數(shù)，而《模電》的計算卻要因此打個問號，何以有如此高的精度？從實際電子測量和誤差分析的角度看，電子元件和測量儀器都是有誤差的，保留如此多的有效數(shù)字僅僅說明是“算”出來的數(shù)，完全脫離實際。通過以上分析可以看出，《電路》偏重理論，而《模電》更偏重實際應(yīng)用，所以只有正確把握《電子線路》的課程性質(zhì)才能掌握正確的分析方法，“務(wù)實先務(wù)虛”是學(xué)好用好《電子線路》的關(guān)鍵。“務(wù)實”是指“以實際應(yīng)用為目的”，“務(wù)虛”就是這里所講的“掌握近似分析和估算方法”。學(xué)過《模電》都知道，在這門課里從模型建立到分析計算充滿了“近似和估算”，比如說H參數(shù)模型和混P模型的建立與簡化，又如運放兩條基本運算法則“虛短、虛斷”的應(yīng)用，等等。有人說：“近似估算是電子線路的靈魂”、“不會近似寸步難行”足以說明這個問題。

3、對《模電》應(yīng)用能力要注重“實踐鍛煉”，重點過好“動手關(guān)”

   《模電》的鮮明特點是強調(diào)實踐性教學(xué)，注重工程素質(zhì)培養(yǎng)和專業(yè)基本訓(xùn)練。因此加強實踐環(huán)節(jié)和實驗課改革，是《模電》課程建設(shè)的重要任務(wù)之一。實踐是學(xué)習(xí)電子線路知識和培養(yǎng)電子線路能力的最有效的途徑，實驗是對理論學(xué)習(xí)的強化和補充。國外許多學(xué)校電子線路的教學(xué)重點在實驗室而不在教室，國內(nèi)許多學(xué)校加強實驗采取實驗單獨設(shè)課，這些做法都是有益的。我們把《模電》需要重視和加強實踐環(huán)節(jié)歸納為第三關(guān)，即讓學(xué)生過好“動手關(guān)”，這個問題至關(guān)重要。

    檢驗學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量的唯一標(biāo)準(zhǔn)是社會實踐?！赌ｋ姟返幕疽笫桥囵B(yǎng)“硬件能力”。硬件是電子線路的基礎(chǔ)，硬件能力是電子工程師的基本能力。從產(chǎn)業(yè)界反饋的需求信息來看，硬件工程師嚴(yán)重缺乏；當(dāng)前學(xué)校對學(xué)生硬件能力的培養(yǎng)普遍不足，所謂“硬件不硬”，這個問題已經(jīng)引起了學(xué)校和產(chǎn)業(yè)界的普遍重視?！赌ｋ姟方虒W(xué)的當(dāng)務(wù)之急，是如何改進(jìn)和加強對學(xué)生硬件能力的培養(yǎng)。對此可以分為“初級能力”和“高級能力”兩個階段和要求。

   “初級能力”是對基本電路的分析和應(yīng)用能力，通過《模電》學(xué)習(xí)是完全做得到的。我們歸結(jié)為“四會”，即：“會看、會算、會選、會用”?！皶础敝笗措娐穲D，能夠看懂電路圖是工程技術(shù)人員的一項基本功?！皶恪敝笗治鲇嬎汶娐穮?shù)。多練習(xí)、多做題可以提高對電路的分析能力?！皶x”指在實際應(yīng)用中能夠根據(jù)需要正確選用元器件（首先是有源器件）和相關(guān)的電路形式，要會查閱和借助技術(shù)手冊和工具書進(jìn)行工作。“會用”可以泛指會“應(yīng)用”，包括使用各種電子設(shè)備和儀器，具備安裝、焊接、調(diào)整、測試、修理這些基本實驗技能。以上“四會”是學(xué)習(xí)和掌握電子線路的基礎(chǔ)，可以視為電子線路的初級能力和對《模電》教學(xué)的最低要求。

   電子設(shè)計能力是電子工程師的高級能力。具有電子設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)能力的工程師受到社會的歡迎和產(chǎn)業(yè)界的青睞。因此如何加強電子設(shè)計能力的培養(yǎng)也成為《模電》教學(xué)的高級要求。但這個問題僅僅依靠《模電》一門課是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。完成這個教學(xué)環(huán)節(jié)往往需要循序漸進(jìn)，從《模電》起打好基礎(chǔ)，通過“實驗課—課程設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計”“三部曲”配套實現(xiàn)。我們?yōu)榱思訌婋娮釉O(shè)計能力的培養(yǎng)，首先改革“實驗課”教學(xué)內(nèi)容。不僅做“單元驗證型實驗”，而且加大、加深“大型綜合實驗”和“設(shè)計型實驗”的內(nèi)容，使學(xué)生從中受到一些設(shè)計的初步訓(xùn)練。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行《課程設(shè)計》。通過實訓(xùn)讓學(xué)生基本掌握電子設(shè)計的必備知識。為了加強電子制作和設(shè)計能力的鍛煉，我們特意在《電子線路》和實驗課教學(xué)期間加入一項內(nèi)容，要求每個學(xué)生自己動手業(yè)余完成一件電子小制作作品。不要求電路多么復(fù)雜，重在體驗獨立完成設(shè)計和制作的全過程。這種“第三課堂”的小制作活動使《電子線路》學(xué)習(xí)“變被動為主動”，對學(xué)生促動很大，有的學(xué)生深有體會的說：“真正學(xué)電子入門是從‘小制作’開始的”。我們同時對實驗課考試方法進(jìn)行改革，采用給出指標(biāo)當(dāng)場完成設(shè)計電路和現(xiàn)場測試驗收的方式，重在檢查學(xué)生的動手能力和實驗技能，學(xué)生反映：“南郭先生不行了”。畢業(yè)設(shè)計在最后一個學(xué)期進(jìn)行，設(shè)計時間充裕、課題內(nèi)容也不局限于《模電》一門課。從方案選擇、確定指標(biāo)、分析計算、實驗驗證、論文撰寫到畢業(yè)答辯，通過畢業(yè)設(shè)計可以全面強化工程訓(xùn)練和提高電子設(shè)計能力，這是理工科學(xué)生所必須完成的最后一項教學(xué)環(huán)節(jié)。實踐證明這種“實驗課—課程設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計”、“一條龍”的教學(xué)計劃是有利于學(xué)生電子設(shè)計能力培養(yǎng)的，其效果已經(jīng)在電子設(shè)計大賽成績和畢業(yè)生就業(yè)反饋意見中得到證實?！赌ｋ姟方虒W(xué)對此起到重要作用，因而被學(xué)生譽為“很難學(xué)”但是“很有用”的一門課。

    提高電子設(shè)計能力不能不提到EDA。由于計算機和集成電路技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計已經(jīng)由CAD發(fā)展到EDA的階段。從傳統(tǒng)的“基于電路板的設(shè)計”到當(dāng)前“基于芯片的設(shè)計”，從“自下而上”到“自上而下”的設(shè)計，電子設(shè)計的思想和方法都發(fā)生了很大的變革。使用EDA工具軟件可以直接設(shè)計“芯片”，采用ISP方法和CPLD/FPGA芯片，在實驗室甚至家中就可以方便地實現(xiàn)電子設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)。值得一提的是，美國LATTICE公司已經(jīng)推出了模擬可編程芯片，為模擬電路和數(shù)?；旌想娐吩O(shè)計提供了方便。SOC和“嵌入式芯片”更是打破了軟硬件的界限。EDA技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界電子設(shè)計的潮流，應(yīng)該讓學(xué)生盡快掌握這種先進(jìn)的設(shè)計方法和技術(shù)。基于這種認(rèn)識，我們先后建立了EDA實驗室和微電子設(shè)計中心；電子線路教學(xué)和實驗在以往使用PSPICE基礎(chǔ)上，加強EWB的仿真應(yīng)用；課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計廣泛使用EDA工具軟件和CPLD/FPGA芯片；為本科生和研究生開設(shè)了EDA原理和VHDL硬件描述語言課程。并且通過省級“面向21世紀(jì)教學(xué)改革”立項和實施，為EDA工作進(jìn)一步開展打下基礎(chǔ)。當(dāng)前對于EDA的思想、方法及其應(yīng)用，我們必須引起足夠的重視，“要象當(dāng)年重視晶體管、重視集成電路一樣重視EDA技術(shù)”?？梢园烟岣逧DA的應(yīng)用能力視為提高學(xué)生電子設(shè)計能力的直接途徑，也可以因此做為《模電》新世紀(jì)教學(xué)改革的一個重要課題和發(fā)展契機。

   綜上所述，當(dāng)前深化教學(xué)改革和課程建設(shè)必須做到聯(lián)系實際和注重實效。學(xué)生畢業(yè)后面對社會現(xiàn)實，起碼要具備“專業(yè)素質(zhì)”和“綜合素質(zhì)”兩個方面。綜合素質(zhì)是多方面的，而一個人的“核心競爭力”往往是其“專業(yè)素質(zhì)”，用人單位首先考慮的也是學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。如何提高學(xué)生的“專業(yè)素質(zhì)”，應(yīng)該成為我們教學(xué)改革和課程建設(shè)的思想指導(dǎo)。實際上這個問題說白了就是過去常說的能夠“學(xué)以致用”。對于初學(xué)《模電》來說最基本的應(yīng)該做到哪些呢？我們認(rèn)為第一要打基礎(chǔ)，重在入門、“寧淺勿深”，第二要學(xué)方法，勤于實踐、“寧實勿虛”，第三要重發(fā)展，“與時俱進(jìn)”、盡快掌握 EDA。總之，通過多年的教學(xué)實踐和教學(xué)改革使我們體會到，教好《模電》非一日之功，要求學(xué)生“過三關(guān)”，首先教師自己要過好這三關(guān)。一個合格的主講教師練好“內(nèi)功”才是根本。