刘晓娣　张静　孙艳丽　汪兴海

[摘 要]模拟电子技术是高等院校电类专业的一门专业基础课程，具有很强的工程性和实践性。为加强学生电子实践应用和创新能力的培养，基于认知学习理论，课题组设计了“工程实例—便携实物—虚实实验—项目实作”层进式实践教学体系，将实践与理论教学有机融合、贯穿于整个教学过程，使学生在实践中实现模拟电路知识的认知、理解、应用、综合、创新，循序渐进地激发学生的兴趣与能动性，培养他们的创新实践能力。实践证明此实践教学模式效果良好。

[关键词]模拟电子技术;实践教学;层进式;认知学习理论

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）08-0076-03

模拟电子技术是电类专业的一门专业基础课程，具有很强的工程性和实践性[1]。在传统的教学中重理论轻实践、实践与理论教学结合不紧密、基础性实验多研究创新性实验少等现象不同程度地存在。

加强实践教学，强化电子实践应用和创新能力的培养是多年来国内外高校电子类课程教学改革的共同点[2]。美国的宾夕法尼亚大学通过专题讲座、认知实验和项目设计三个层次培养本科生的实践能力和创新能力[3]。美国的麻省理工学院采用“实践—理论—实践”的模式强化创新能力培养[4]。国内也有很多院校对模拟电子技术（或电子技术）课程的实验教学进行了改革，如采用项目化教学[5-6]、研究性教学模式[7]，综合论文的方式[8]和虚实结合的形式[9-10]等，对学生的实践创新能力培养起到了一定的效果。

在已有教学研究的基础上，基于认知学习理论，课题组设计了模拟电子技术层进式实践教学体系，将实践与理论教学有机融合，破解课程理论抽象难懂的问题，同时使学生在实践中循序渐进地激发兴趣与主观能动性，培养创新实践能力。实践证明此实践教学模式效果良好。

一、认知学习理论视角下的实践教学体系设计

认知学习理论[11-12]认为人作为学习的主体对外界的信息进行感知、注意和理解，是具有主动选择性的，因此学习的质量取决于选择的主动程度。要提高模拟电子技术课程的教学效果，关键是激发学生兴趣，发挥学生的主观能动性。深入分析模拟电子技术的内容发现，虽然课程的理论性强，涉及的概念、电路和分析方法多且抽象，但是这些理论是在一定的工程背景和应用需求下经过实践得到的。基于此，根据认知的一般规律，课题组构建了“工程实例—便携实物—虚实实验—项目实作”层进式实践教学体系（如图1所示），将实践贯穿于课程的整个教学过程，结合实践知识学习器件、电路与分析方法，并通过实践综合运用。

在该实践教学体系中，首先用工程实例使学生了解概念与电路，建立“用”的意识，拉近与电路的距离，激发学习的兴趣;其次通过便携实物，使书本中的器件、电路、现象看得见、摸得着，增强学生的直观认知与理解;然后由虚实实验加深学生对原理的理解，提高应用能力和实践动手能力;最后通过项目实作，将理论知识与技能综合应用于实际，培养学生的创新能力。其中工程实例、便携实物以及虚实实验部分融入课堂教学，硬件电路实验与项目实作部分在实验室开展，实现理实一体、虚实结合。

二、实践教学体系实施

根据实践教学设计，课题组从“工程实例—便携实物—虚实实验—项目实作”四个层次逐步开展实践教学，使学生在实践中完成模拟电路知识的了解、认知、理解、应用、综合、创新。

（一）从工程实例中了解电路

模擬电子技术介绍模拟电路的概念、电路和分析方法，如放大电路、滤波电路、运算电路等，输入信号往往以电压源或电流源符号描述，输出信号往往以负载电阻来描述。如果教学中仅限于这些符号电路，学生并不知道这些器件电路有什么用，这会让学生感到枯燥乏味。因此，应借助工程应用背景讲授概念与电路，为每个知识模块选取典型工程实例，建立案例库。例如教学基本放大电路部分选取飞机语音通信系统、校园广播系统等案例，教学放大电路中的反馈部分选取飞行控制系统、智能避障小车等案例，教学信号运算部分选取气压计、空调智能温度控制等案例，教学电压比较器部分选取烟雾报警器、无线电高度表高度告警等案例，教学直流稳压电源部分选取手机充电器、飞机电源系统等案例。

在教学实施中，可由工程实例开启课堂教学，激发学生的学习兴趣，同时结合工程实例抛出问题，触发学生的好奇心，调动其学习的主动性。例如在讲解基本放大电路时，首先通过校园广播系统这一应用实例，让学生切身感受放大电路的作用，并且认识到放大电路就在我们身边，与我们的生活息息相关。然后在实例分析过程中抛出问题：放大电路是怎样组成的？如何进行放大的？如何分析放大电路？带着这些问题开启基本放大电路的学习，学生兴趣浓厚。

（二）从便携实物中认知电路

学生在课堂上学习元器件、电路时，见到的仅是符号或是文字描述，非常抽象。为搭建学生对电路符号和实物之间的认知桥梁，课题组研制元器件认知板、功能电路板等便携式实物配发给学生。在课堂教学中，教师结合便携式电路实物，讲解器件与电路知识，使学生直观看到器件的样子，感受到电路的作用，使书本上的符号与实物相对应，所学即所见，增强了学生对电路的直观认知，提高了学习效果。例如，在二极管学习时，学生仅从符号、图片难以形成器件的完整认知，对于二极管的单向导电性也是抽象记忆。为此，我们设计了二极管认知电路模块（如图2所示），使学生在学习二极管符号的同时能直观看到实物，建立直观认知：由Ⅰ区的半导体数码管使学生看到二极管的应用，进而联想到电子表、电子广告屏等应用场景;由Ⅲ区的红绿蓝三色发光二极管，学生很快能联想到日用的LED灯、五颜六色的节日彩灯等;运用Ⅱ区的电路可分析二极管的单向导电性，电路中两个蜂鸣器分别正反连接两个二极管，通电后一个蜂鸣器发声，另一个不发声，使学生理解二极管在外加正向电压时导通、外加反向电压时截止，同时观察普通二极管外壳上阴阳两极的差异，从而使学生学会通过外形识别二极管的极性。再如介绍基本放大电路时，学生很难想象放大电路的样子、电信号被放大的效果。为此我们设计了简易音频放大电路（如图3所示），使学生直观看到由三极管、电阻、电容组成的放大电路;然后教师将手机连接至音频输入端，给放大电路输入信号，在输出端连接小音箱，作为放大电路的负载，播放一段音乐，使学生直观体验放大电路的作用。

（三）在虚实实验中理解应用

模拟电子技术课内实验主要分为基础性、综合性和设计性三类。传统的硬件电路实验贴近实际，能有效锻炼学生的动手实践技能，但受设备损耗、时间和空间条件限制;虚拟仿真实验便捷高效、不受空间限制，但脱离真实操作环境，不利于培养学生分析解决实际问题的能力。综合考虑条件约束与教学效果，我们在模拟电子技术教学中采用虚实结合的实验方式，充分发挥虚拟仿真和硬件电路实验的优势。在整个实验教学中，既有充足的基础性实验配合理论教学，加深学生对理论知识的理解吸收，又有合适的综合设计性实验，提高学生对知识的应用能力和动手实践能力。

基础性实验以虚拟仿真为主、硬件电路为辅。虚拟仿真平台让实验进入教室成为现实。针对课程中的重点与难点问题，课题组设计了20个虚拟仿真实验，例如二极管应用电路分析、基本共射放大电路的工作原理分析、温度对静态工作点的影响分析、频率对放大电路性能的影响等。在课堂教学中，我们运用Multisim软件进行仿真、计算分析，完成电路演示和理论验证，化解理论抽象难懂的问题。为弥补虚拟仿真实验的不足，我们设置了1～2个基础性实验，用硬件电路完成，使学生熟悉基本仪器仪表的使用，掌握基本的电子线路实验操作方法。虚拟仿真与硬件电路相结合，可以较好地达成基础性实验的教学目标。

综合设计性实验以硬件电路为主、虚拟仿真为辅。综合设计性实验往往需要知识的综合应用和一定的分析设计才能完成，如果直接进行实物电路操作，需要实验环境、器材保障，而且费时，很多学生在一次实验课内很难完成。为此，可将实验过程分为两个环节：课下利用虚拟仿真实验辅助电路的设计和测试、课上完成硬件电路的搭建和调试。借助虚拟仿真实验进行电路结构调整、器件参数调节等，可使操作便捷，而且减少了元器件、实验箱的损耗;可让学生在硬件电路实验中将更多的精力投入真实环境中的故障诊断和误差分析。

（四）在项目实作中综合创新

模拟电子技术的课内实验项目往往针对某个知识点设置且相对独立，学生在学习完本门课程之后难以建立电子系统的整体框架，形成系统概念。为加强课程的系统性、培养学生的创新实践能力和工程素养，课题组在课内实验的基础上设置了课外实作项目——设计制作一个电子系统，如音频放大器、可调直流稳压电源、函数信号发生器、烟雾报警器等。项目实作分组实施，每组根据兴趣特长自主设定实作项目和内容，从方案选定、电路设计、电路焊接以及调试都由小组成员集体完成，最后进行作品展示和汇报答辩。以设计制作音频放大器为例，具体教学实施过程如下：

在方案选定阶段，学生查找音频放大器的相关资料，包括差分放大器、共射放大器、功率放大器、NE5532集成运放、LM386集成运放等，然后进行组内讨论、分析论证，选定要采用的方案。在该阶段，学生根据项目需求运用已有基础知识进行资料收集分析，提高了综合分析的能力。

在电路设计阶段，学生设计电路原理图，选定合适的器件参数，并利用Multisim软件进行仿真测试与参数调整。教师对原理电路、仿真电路及测试结果进行核查，确保设计的合理性。在该阶段，学生自主设计，培养了学生的综合创新能力。

在电路焊接调试阶段，学生根据设计的电路，列出元器件清单，设计元器件布局，然后在面包板上搭建测试电路，测量实际电路性能并调试，最后在万用板上进行焊接、调整和测量。在该阶段，学生自主制作，锻炼了学生的动手实践能力和团队协作能力。

在汇报展示阶段，学生首先汇报作品的设计思路、电路性能、设计制作过程中遇到的问题和解决办法以及个人感悟，然后展示作品并现场回答教师和同学的提问，最后由教师和学生双方进行评价。在该阶段，学生对整个项目制作进行总结展示，锻炼了学生的逻辑思维和表达能力。

在整个项目实作过程中，学生发挥主体作用，从实际应用出发，综合运用所学知识分析问题、解决问题，实现综合创新、学以致用。

三、改革效果

模拟电子技术课程层进式实践教学改革取得了一定的成效，学生的学习兴趣与个人能力都有了较大提高。改革前，很多学生反映模拟电子技术课程枯燥乏味、理论抽象难懂、课堂气氛沉闷，在实验课中基本是按照操作步骤操作完成实验，遇到的问题主要涉及设备和连线，对于各个单元电路的作用也不了解。改革后，理论教学中融入工程背景与实际案例，学生兴趣浓厚;理论讲解与电路实物、虚拟仿真实验相结合，激发越来越多的学生在随堂实践中主动发现问题、讨论交流，课堂气氛活跃;课内实验与课外实作的结合，使学生经历从基本单元电路实验到电子系统的设计制作，获得极大的成就感，提高了学生的积极性和主动性。以我校2017级导航工程专业和电子信息工程专业学生为对象进行调查，从调查问卷和后续课程反馈意见来看，85%的学生认为模拟电子技术课程有吸引力、愿意学，80%的学生认为自己的实践创新能力得到了较大提高。而且后续课程反馈：学生对模拟电子线路的基本理论掌握较为扎实，电路分析能力较强，能够熟练运用Multisim软件进行电路仿真，动手实践能力较强。

四、结语

实践教学是模拟电子技术课程教学的重要部分，应贯穿于整个课程的始终。课题组开展“工程实例—便携实物—虚实实验—项目实作”的层进式实践教学改革，使学生在实践中完成模拟电路知识的了解、认知、理解、应用、综合、创新。模拟电子技术课程改革取得了显著成效，提高了学生对本课程的兴趣和学习的主观能动性，培养了学生的实践应用和创新能力。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：钟 岚]