机械学科大类《模拟电子技术》教学体系的再设计

1、机械学科大类模拟电子技术教学体系的再设计摘要：开展机械学科大类模拟电子技术教学体系再设计，其核心目标是对原有的教学内容进行优化、整合，实施以问题为中心的理论教学体系与实际制作为驱动的实践教学体系的重新设计，有效缩短理论课和实际应用间的距离，并在机械学科大类本科教学中具体实践，取得了良好的教学效果。关键词：机械学科；模拟电子技术；教学体系再设计 一、问题的背景近年来，随着经济和科学技术的发展，社会对人才的需求格局发生了很大的变化，研究型、创新性人才的培养已成为世界一流高校人才培养的共同目标。建立由“知识传递型”教育向“能力培养型”转变的教学模式已成为新的历史条件下高校教学改革亟待解决的问题。然而

2、对于机械学科大类各专业的学生来说，一方面对电类课程的学习本身就存在一定的困难，另一方面电类课程理论学习后又鲜有应用的机会，等到真正需要应用时，却早已将学过的知识忘记了，因此对于机械学科大类电类课程的培养目标不仅是课程内容和知识点的学习，更重要的是综合应用能力的培养。以课程群建设为目标的教学改革正悄然兴起，国内一些著名高校如上海交通大学、重庆邮电大学、西安交通大学等分别开展了以电路、电子、计算机应用基础等几大知识模块所涉及的若干门课程为核心的，面向电子工程大类或非电类的技术基础课程体系建设，有的与stanford、berkeley、mit等国际一流大学相关学科的课程设置相似或完全相同，将该课程体

3、系作为工科学生教学的公共平台。华中科技大学机械学科大类本科教学体系结合学院“卓越工程师培养计划”的培养要求，课程组成员结合基础课和专业课的实际联系和知识点的情况，建立以服务于机电一体化宽口径人才培养需求的电类课程群。模拟电子技术是机械学科大类各专业本科教学体系中的一门重要基础课程，作为电类课程群中不可或缺的一份子，具有承上启下的重要作用，该课程的基本概念多、理论抽象、工程特征突出、电路形式多样，在过去的教学过程中学生普遍反映学时紧、任务重、收获小，无论是理论教学环节还是实践教学环节都比较单调，既难以提高学生的学习兴趣，又不利于学生对知识与技能以及课程的真正意义融会贯通。为此，有必要根据本课程与

4、后续课程的联系以及社会的需求，制订有针对性的教学内容，形成知识模块与能力培养相交织的教学体系，并建立由“知识传递型”教育向“能力培养型”转变的教学模式，激发学生的自主学习热情，促成从“要我学”到“我要学”的转变。二、研究内容的定位随着计算机技术、信息技术、自动控制技术在机械行业中广泛应用，现代机械产品从结构、性能到应用水平都已发生了革命性变化，结构上已出现机械、电子、计算机并存的局面，社会对机械类人才的专业知识背景及能力的需求有较大改变，经过课程组的反复研讨和调研，特别是从对人才培养目标知识的需求着手，逆向推论并分析与其他课程的关联性，认为模拟电子技术课程建设的特色应该定位于“有效缩短理论课和

5、实际应用间的距离”，主要强调在“拉距离”上下工夫，因此课程的定位如图1所示。图1 模拟电子技术课程的定位通过课程体系的再设计，并采用新型学习方式和教学方式，引导学生掌握关于模拟电子技术方面的必要知识，其中突出的是“应用”这个点，包括电子技术本身知识点的实际应用和基于电子技术的相关联课程知识点的实际应用。这里凸显了学生应用技能、设计技能和调试技能的培养，而这一切的出发点都是围绕着专业背景和社会需求来展开的。与此同时，从电子技术的角度，理顺教学内容、知识点的落实和后续应用的架构关系，构建新的教学模式，并确定了各环节相互间的联系，如图2所示。该架构主要是以理论教学为中心，以实践教学环节、课程设计环节

6、和开放创新环节为支撑的全新教学体系。其中理论教学内容设计成若干个核心问题，教学过程围绕解答这些核心问题在探索性、研究性教学方法的实施展开，改变传统的以教师授课为主的单一教学方法，建立一个以课程、讲座和学生科研三大支柱为框架的，以课内课外结合、老师学生互动、课程学习和科研探索交叉，多种教学手段并进为特色的立体化教学体系，以期培养他们的创新思维，使学生在学习过程中得到全方位、多层面的综合训练，形成一个多层面灵活有序的教学网络，达到最佳的教学效果。图2 模拟电子技术课程再设计架构三、教学体系再设计的主要内容1.理论教学体系的再设计。此前，由于全校非电类专业模拟电子技术课程采用统一的教材、统一的大纲、

7、统一的教学内容、统一的评价标准，然而各专业对该课程理论知识与应用需求不同，势必导致学用矛盾日益突出。为此，在理论知识传授方面，主要采用“精简理论，强化应用”的原则，精选教学内容，既保证基础内容，又加强技术性和应用性，进行基于问题的理论教学内容再设计，即结合后续课程对实际电路应用的需求，兼顾知识体系独立性与完整性的需要，将涵盖全部理论教学内容设计成2030个核心问题，教学过程围绕解答这些核心问题展开。概括起来即为“教学内容问题化”，把一个课堂的教学内容，按照重点、难点，以及知识网络分布，设计成若干核心问题以及围绕该核心问题的应用问题。例如，对于基本放大电路的讲解过程中，选择在机电系统、数控机床等

8、后续课程需要用到的继电器驱动电路作为实际应用对象，图3（a）所示，以此典型的应用范例为核心问题，讲解共射极放大电路在继电器线圈驱动应用的原理。即，当需要继电器动作时，由控制单元（装置）发出一个uin信号，利用共射极放大电路基极电流的控制作用，由bjt提供足够大的集电极电流驱动继电器线圈，从而实现继电器的控制动作，用于接通或切断执行机构。图3（b）为学生设计制作的实物照片，用于驱动机床回零开关信号。而对于图4所示的典型差动放大电路，它既可以用于测试技术课程中传感器（包括温度、应变等）信号的放大电路，又可以作为电机等执行机构的驱动电路，通过在不同实际应用场合下该电路的组成、特点、信号分析、仿真等内

9、容的深入展开。在实际教学过程中还可以设计一系列的开放性问题，如根据具体应用场合及应用对象的不同，指出该电路可能存在的问题，提出解决问题的办法或思路，并设定基础层、提高层和创新层三个不同层次的考核标准。基础层以作业的形式完成问题的解答；提高层从整体性能优劣、电路参数优化、仿真实验结果方面以分析报告的形式提交；创新层则需要重新设计最为合理的电路，并调试实现完成实际应用。此外在课堂内容的安排上，有意识地留出一定的空档让学生自习，同时在作业内容的安排上加强了实践环节。在课程内容的整合方面，一方面强调课程知识的独立性，一方面强调本课程与其他不同课程知识的衔接。（a）放大电路驱动继电器工作原理电路（b）实

10、物照片图3 共射极放大电路在机电系统继电器控制中的应用图4 典型差动放大电路及其应用问题设计2.实践教学体系的再设计。以往的课程实践环节基本采用已设计好的电路完全由学生照搬照做，属于验证性的实验，这对激发学生的学习热情作用不大，学生参与实践环节的目的仅仅是为了完成该部分的任务，再设计的内容运用系统科学的方法，对组成课程群实践教学需求的各要素进行优化、整合，在结构与功能上进行纵向与横向以及纵横交叉的全方位实践环节。其中纵向为课程群内各基本课程所必须的基础实践环节，是通才培养的基本目标；横向为某一课程的实践环节，具体到模拟电子技术即为：基础层、提高层和综合应用层等实践环节所组成。其中基础层主要是使

11、学生掌握典型电路的调试、测试方法等基本技能；提高层则是重点提高学生理论与实践相结合的能力，理解理想模型与实际物体差异的能力以及将所学的不同知识综合运用和初步培养学生解决一般工程问题的能力；综合应用层是通过课程的创新实践，对学生进行更深入地培养和训练，帮助学生由浅入深，逐步掌握电路系统设计的基本知识并开发部分功能模块的能力；纵横交叉层则是各课程在综合应用层上的知识的创新与实践，同时又与人才培养所需学习过程相互结合。通过基础平台的水平相连、专业平台的纵深发展，形成横向有联系、纵向有传承的立体教学模式，并设想将实践环节的部分资源向全院师生开放，使学习者的实践学习过程在时间和空间上得到延伸。在实践环节

12、中每次实验要求有一定的实际制作结果来培养学生的成就感，同时所有前面实验的设计部分综合起来就是后面整体设计要实现的电路，这样有利于培养学生对电路的整体理解和局部分析设计的认识，从而提高他们的分析和设计能力。在课程设计环节中主要是紧密结合理论课堂教学和实验教学的相关知识点，结合现实生活中的应用实例来展开具体的应用电路设计，重视设计过程和结果的总体把握。在开放创新环节中主要是以课程组教师出课题或者学生自选，然后学生利用课余时间在开放实验室或虚拟实验室完成的形式展开工作，通过设计、软件仿真和分析、电路的调试与验证等方面的训练，特别是通过鼓励学生自己设计一些具有实用意义的小电路、小制作，撰写一些小论文，参与一些小的科技创新活动，可以让学生真正做到“学”、“用”结合。经过三年的不懈努力，已有超过1500名本科生在不同阶段下，在这种立体化教学模式的实践中有不同程度的受益。特别是在激发学生的自主学习热情上，促成了由“要我学”到“我要学”的转变，构建起“教学自学反馈”的循环学习链条，形成一种“面向需求、注重应用、夯实基础”的教学理念与研究学习的基本思路，使学生在学习过程中得到全方位、多层面的综合训练。利于学生探索性、研究性实验的开展，培养他们的创新思维。学习结束后，学生普遍反映能真正学到知识，有利于培养他们对模