李德明 罗红飞

《模拟电路》课程在高职电类专业中是一门重要的专业基础课，常被称为电类专业的三大支柱课程之一。但由于它的理论性、实践性都很强，对学生的学习要求也较高，发展又很快，所以学生学习往往非常困难。目前大部分高校采用的仍是“理论＋仿真＋实（验）训”教学模式，教学效果很不理想，学生学完该课程后往往还不熟悉电子产品生产的过程，更无法应用相关知识设计和制作电子产品，达不到课程教学目标，与企业实际需求脱节，没有突出职业性和实践性。高职学生对模拟电路理论的要求较低，但要有较广的知识面和较强的动手能力。由于模拟电路知识点抽象晦涩，理论概念知识较多，再加上教师受到传统教学观念的影响，仍使用传统教学方式对学生进行知识灌输，学生长期在这种教学环境下学习，兴趣逐渐消耗殆尽，学习效果也不尽如人意。

一、教学现状分析

在现阶段的模拟电路教学过程中，大部分老师采用以理论教学为主，以电路软件仿真为辅的教学方法。虽然仿真在一定程度上能让学生看到结果，但这种间接的作用效果不是很理想，比不上自己直接动手印象深刻，且很多实际问题仿真是比较难实现的，如电容的漏电问题，上学期有一个班学生买的104独石电容在通电过程中就出现燃烧起火、漏电电流大、电解电容在正确接线且工作电压小于其额定工作电压的情况下发生“爆炸”情况等等。教材的内容大多也以理论为主，没有真正地从工程实际来选择和组织内容；选用的元器件也不是现在常用的型号，往往是以前教材上选用的，现在买不到或者价格离谱的元器件；所采用的电路好多是几十年前的，参数计算也不符合实际，甚至错误较多；有些授课教师没有企业的工作经历或从事过电子产品设计工作。总之，现阶段的模电课程教学有很多不符合高等职业教育要求的现象存在。造成学生没有学习兴趣，课程结束，学生掌握的内容很少，甚至不认识二极管，教学效果差，对于学习能力较差的高职学生尤其明显。

二、项目化教學方式

鉴于模电的主要内容和学生工作中的工程实际要求，在教学中以自行设计的Cu50温控电路（已制作印制板）作为项目化教学内容，课堂上以理论结合实际教学为主，线上以自学和实践操作为主，线上线下教学相结合，相辅相成。

1.电路及工作原理

该电路由电源电路、温度测量与控制电路、数字电压表电路三部分电路组成。

工作原理简述如下：220V的交流电经过变压器T1隔离降压后转换为双9V的低压交流，经DB1双全波整流（有些人会错误地认为是桥式整流），C4、C5滤波，U2和WD1稳压输出±5V的电压（由于-5V输出电流很小，用稳压管稳压），U3输出温度系数为20ppm的稳定电压作基准电压。

RP1、R1、R2、R3、RCu组成不平衡电桥，R2用以抵消RCu在0℃时产生的电压，使输出电压在温度为0℃时，输出电压也为0V，温度为150℃时输出电压1.5V，RP1为调零电位器，U1A构成差分放大电路，R4与RCu等组成线性化电路，使电桥输出的非线性电压和传感器与温度的非线性得到适当地补偿，使温度与输出电压呈线性关系，设计的参数是Uo（V）=10mV/℃×t（℃），即100℃时输出电压1V。C1、C2、R5等组成二阶低通滤波电路，降低传感器引线引入的干扰。R10、RP2、R11等组成温度设定电路，U1B构成电压跟随器，起阻抗变换作用。U1C等构成滞回比较电路，Q1用来驱动继电器。LED1显示继电器的工作状态，D1为续流二极管。

ICL7107与外围电路组成量程为2V的数字电压表，其显示的数值N=1000×Ui/Uref，如果输入电压为1V，Uref为1V，则显示的值为1000，如果小数点在“十”位处，则读数值为100.0，结合测量电路的输出可以看出，读数值就是被测的温度值。当然设计的参数与理论不可能完全一致，调节RP2，可以调节Uref的大小，可使显示值与输入电压（温度值）相等。

本电路涉及的元器件有电阻、电容、变压器、继电器、二极管、三极管、运放、三端稳压等大部分模电内容要求的元器件，电路涵盖了整流、滤波、稳压管电路、精密基准稳压、三极管开关（继电器驱动）电路、负反馈电路、运放的反相比例放大电路、同相比例放大电路、差分放大电路、电压跟随电路、积分电路、（滞回）比较电路、串联稳压电路，工程实践上包含单双面印制板、元器件参数计算与选择、仪器仪表的使用、元器件的识别与测量、电路安装方法、焊接工艺、测试方法、调试工艺、故障分析与排除方法等。通过完成一个完整项目的制作，涵盖了专业对模电课程的理论、实践、应用上的要求，同时加入思政内容，培养学生的工匠精神、利用专业知识解决实际工程问题的能力及团队合作创新能力和家国情怀。

2.对学生的要求

为了便于学生装配和测试电路，要求学生每人准备一套工具，包含工具箱（包）、（数字）万用表、电烙铁、烙铁架（含合金清洁球或清洁海绵）、吸锡器、镊子、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、一字、十字螺丝刀大小各1把、所需的元器件一套。全班63°直径0.8～1mm的焊锡丝（熔点183.2℃，没有半凝固状态）1kg。

3.授课方式

采用以下方式实施：花2节课讲解电路的概况，使学生对整个项目有一个大致地了解。先讲解项目的功能要求：一个数字显示的温度测量控制电路。接着分析项目的实施途径（采用的电路和所需的元器件）：温度检测要采用电参数（电阻值、电压值、电流值、频率等）随温度变化的电子元器件，工业上常采用热电偶或Pt100。本电路为了降低成本选用Cu50，将电阻的变化转换为电压的变化，由于Cu50在0℃时阻值为50Ω，需要将其对应的电压抵消掉，才能使显示值与被测温度值直接对应，故用一个50Ω的标准电阻去抵消。电阻转换为电压一般用分压电路或通入恒定电流，其中分压比较简单。要测量两电阻的电压差值，需要用减法电路（差分放大），从分度表可以看出，单位温度变化阻值变化很小（约0.428%），直接测量电压太小需要放大，温度控制（比较）需要一个可调的温度设定值（电压值），方法是采用电位器调节电压，为了使分压值不受所接电路的输入电阻影响，中间需要接一个输入电阻很大、输出电阻很小的电路（电压跟随器），这些电路一般用运算放大器实现。控制温度需要有一个开关控制负载，电子电路一般采用继电器（或晶闸管），驱动继电器常用三极管。要显示温度值，需要（数字）电压表。要使各部分电路能正常工作，需要提供电路所需的低压稳恒直流电源。而常用的电源是220V的交流电，需要通过一些电路才能完成，这一部分电路就是稳压电源。通过讲解，使学生对项目和模电的内容有大致的了解。

接着讲解稳压电源的组成：变压器将220V的交流电转变为低压（双9V）交流电，再将交流电的电流方向调整为一个方向（整流电路），其输出电压的变化还是很大，需要用储能元件电容（或电感），使电压波动减小（滤波电路），用一个可变电阻的元器件（调整管）与负载串联，使负载或输入电压变化时，调节调整管，使负载电压稳定（稳压）。要调整交流电的电流方向，需要采用单向导通的元器件——二极管，二极管是一种半导体器件，接着讲解半导体的基本知识，PN结的基本特性，二极管的基本特性、各种二极管的应用及电路、实际二极管的识别和测试、具体电路的工作原理、参数计算和元器件选择、可能出现的问题和故障分析、排除方法，再焊接组装具体的电路、测量电路的参数（波形）。其他内容采用类似的方法讲解。

在课堂上讲解分析理论内容后，演示并让学生同步练习实践操作方法（如元器件的测量方法、焊接方法等）。如讲解二极管的特性及应用时，利用淘宝网站让学生观看各种二极管的外形、价格和共同特点，让学生明白二极管是有极性的，且靠近负极的外壳上有一条色环。讲解二极管的单相导电性时，演示并让学生利用万用表测量整流管、发光管等的正反向特性。课堂教学基本上是理论与实践交替进行，将集中进行的实训内容分解为多次的反复练习，使学生掌握要求的理论和技能。实践操作内容来不及完成的，学生在课外时间完成。

在线上，将课堂教学和实践教学内容的视频及详细的PPT（如实际电阻的照片、色环、参数等）放在线上教学平台，供学生课外学习和实践参考（实践操作大部分在课外完成），学生随时都能边学边做，降低了学习难度。

在开学初，将整理好的模电主要内容资料发给学生。

另外，将全班学生分为几个学习小组，任课老师先教会组长，由组长负责教会本组成员。组与组之间进行互评。

4.学生需掌握的能力

（1）测量DB1的两交流输入端对地电压，记录测量值，判断是否正常。

（2）测量并记录VCC、VEE的值，注意其与输入交流电压值的关系。

（3）测量并记录+5V、-5V和Vref的值，与理論值比较。

（4）测量RP2两端的电位值，与计算值比较。

（5）测量TL084的5、6脚电位，计算两脚间的电位差。

（6）接上信号源，调至0℃，使LED1发光，测量Q1的发射结电压和C、E间的饱和压降，继电器线圈两端的电压，R16两端的电压，测量TL084的7、8、9、10脚对地电压，分析U1C的作用和数量关系，并与计算值比较。

（7）在完成（6）的任务后，调节信号源输出150℃，使LED1灭，测量Q1的发射结电压和C、E间的压降，继电器线圈两端的电压，R16两端的电压，测量084的7、8、9、10脚的对地电压，分析U1C的8、10和7脚的数量关系，并与计算值比较。

（8）测量并记录LM385的2、3脚之间的电压，与数据表比较。

（9）测量并记录W1两端的电位，与计算值比较。

（10）测量并记录ICL7107的35脚和1脚之间的电压，与数据表比较。

（11）测量并记录ICL7107的36与35脚，31脚与30脚的电压，同时记录显示值，与N＝1000Ui／Uref比较。

（12）短路ICL7107的31和30脚，记录显示值，与数据表数据比较。

（13）将ICL7107的31脚和36脚短路，记录显示值，与数据表数据比较。

（14）将ICL7107的37脚和1脚短路，记录显示值，与数据表数据比较。

（15）校零点：将标准信号源调至0.0℃，等待一段时间，等显示值稳定不变了，调节RP1，使显示值为00.0。

（16）校满量程：将标准源调至150.0℃，等待一段时间，等显示值稳定不变了，调节W1，使显示值为150.0。

（17）将标准信号源调至0.0℃，观察显示值是否最终显示00.0。如偏差大，重复（15）。

（18）将标准信号源随机输出几个温度值，记录测量值和误差。

三、过程化考核方式

课程的评价采用过程化、层次化的理论与实操相结合的方式。

考核分三次进行，在电源部分内容讲解后半个月左右，进行实践考核，考核学生的焊接水平、安装工艺、参数测试等。这一部分的考核从严要求，但成绩占比较低，让学生明白不认真学习将无法及格，同时又有机会补救。内容如下图所示。

第二次是运放部分内容完成后半个月左右，考核学生除了上述内容外，还有电路的调试能力，这一部分的成绩占比较高。

第三次在期末，考核理论基础和数字表头部分（完整电路的功能），实践考核内容同上，但理论基础部分不及格，课程总成绩不及格，迫使学生掌握模电的基本内容。

采用全程一对一面试的模式，老师看着学生操作打分，使学生无法作弊。

成绩分层打分，完成基本部分的，成绩在良好以下，如能正确设计参数的在良好以上，如参数设计正确并调试成功的，成绩为优。

传统的教学方式对学生进行理论知识教学，需要注重教学方式的多元化，以此来为学生营造出良好的学习氛围，让学生在轻松愉快的学习环境中进行有效地学习。采用项目式的教学模式，理论与实践相结合，相互促进，使原本枯燥乏味的理论变得形象生动，变“填鸭式”教学为“启发式”教学，学生的考试成绩得到有效提高，不及格率大幅下降，实验实践动手能力增强。通过本课程的学习，部分学生已能设计一些简单的应用电路，取得了较好的教学效果。