《模擬電子線(xiàn)路》“過(guò)三關(guān)”

根據多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)改革，我們認為對于《模電》的教與學(xué)，重點(diǎn)要掌握好三個(gè)環(huán)節頁(yè)浦賭Ｄ獾繾酉唄貳貳骯亍薄?/p>

    電子線(xiàn)路是信息技術(shù)的基礎，《模電》定位于專(zhuān)業(yè)基礎課。一般來(lái)說(shuō)，專(zhuān)業(yè)基礎課的教學(xué)內容應保持相對穩定，但《模電》這門(mén)課的特點(diǎn)注定它應加快新陳代謝。器件是電子線(xiàn)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。當前由于IC產(chǎn)業(yè)特別是EDA技術(shù)的長(cháng)足進(jìn)展，已經(jīng)徹底打破了器件、電路和系統的界限，從根本上改變了電子技術(shù)和信息科學(xué)的面貌。同時(shí)也對電子線(xiàn)路的教學(xué)提出更新更高的要求。為了適應電子技術(shù)的發(fā)展和避免與社會(huì )現實(shí)脫節，電子線(xiàn)路的教學(xué)體系應以當代電子技術(shù)的發(fā)展水平為背景，授課內容要以器件為主線(xiàn)加速由分立向集成的轉化。

    在教學(xué)實(shí)踐中，雖然“重在集成”的觀(guān)點(diǎn)已經(jīng)被大家所接受，但如何正確處理“集成與分立”的內在關(guān)系呢？集成電路的內部單元實(shí)際上是由分立元件構成的。如果完全忽視單元電路的內容，可以把集成電路視為“黑匣子”只強調外特性和工作參數，但是這種教法的結果勢必造成學(xué)生只知IC的管腳排列與怎樣連接應用，而對集成電路的工作原理無(wú)從了解。一門(mén)課如果“不講原理”就會(huì )變得空洞無(wú)物，只能使人“知其然而不知其所以然”。為了解決這個(gè)矛盾，我們在教學(xué)中提出“強調集成電路外特性和應用，同時(shí)注意內部單元電路原理分析”的原則，在教材改革中穩中有變、平穩過(guò)渡。這種觀(guān)點(diǎn)符合現已出版的幾本“面向21世紀教材改革”著(zhù)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(guò)好“器件關(guān)”，要求做到“會(huì )分析、會(huì )選擇、會(huì )應用”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(xiàn)。通過(guò)分析特性曲線(xiàn)往往有利于掌握器件的模型、參數和工作原理。學(xué)習器件的目的“重在應用”，要讓學(xué)生明白僅僅會(huì )用二極管、三極管這些分立元件設計電路已經(jīng)過(guò)時(shí)了。要熟悉和掌握各種模擬集成電路的應用，諸如集成運放、集成功放、集成穩壓器以及鎖相環(huán)、乘法器等等，才不至于與社會(huì )現實(shí)脫軌。當前模擬集成電路從功能、品種到規模已是一個(gè)龐大的家族，各種通用和專(zhuān)用集成電路已經(jīng)廣泛應用于消費、通信、網(wǎng)絡(luò )、控制等各類(lèi)電子產(chǎn)品，要想完全掌握各類(lèi)集成電路不現實(shí)也是不必要的，《模電》教學(xué)必須“抓住重點(diǎn)”同時(shí)注意“傳授方法”。我們提出“重點(diǎn)掌握兩種集成電路”的教學(xué)要求，即《線(xiàn)性電路》重點(diǎn)掌握運算放大器，《非線(xiàn)性電路》重點(diǎn)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(shí)現線(xiàn)性和非線(xiàn)性領(lǐng)域的絕大部分應用電路；而且它們的電路結構也比較典型，所以很有學(xué)習價(jià)值和應用價(jià)值。在教學(xué)實(shí)踐中對于這兩種芯片要講深講透，要詳細分析其電路結構、工作原理、參數特征以及典型應用。通過(guò)“解剖麻雀”掌握了這兩種典型IC，就可以舉一反三、觸類(lèi)旁通，有利于學(xué)生對其它各種各樣集成電路的學(xué)習和掌握。值得一提的是要重視培養鍛煉學(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)參數就足夠了。教師把握了教材處理和“粗講、細講”的分寸，便于學(xué)生對于這門(mén)課的學(xué)習理解和重點(diǎn)掌握。

2、對《模電》分析方法要強調“工程估算”，重點(diǎn)過(guò)好“近似關(guān)”

    就分析方法而言，從過(guò)去的嚴格計算到學(xué)習《模電》采用工程近似計算，是這門(mén)課要過(guò)的第二關(guān)，可以稱(chēng)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(méi)有正確把握這門(mén)課的性質(zhì)和分析方法。我們認為只有把《模電》真正視為一門(mén)“工程應用性”課程，才是抓住了這門(mén)課的實(shí)質(zhì)。重要的是讓學(xué)生學(xué)習并掌握電子線(xiàn)路工程分析的方法，即“近似估算法”。實(shí)踐證明，學(xué)生對于從基礎課到專(zhuān)業(yè)基礎課的過(guò)渡往往不適應。怎樣估算？何時(shí)需要近似？這正是我們所要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。過(guò)去其它課計算時(shí)可能得到唯一的正確答案，而在《電子線(xiàn)路》課計算某個(gè)值，其結果可能不但這個(gè)值而且這個(gè)值左右的值都算正確。這就是近似和取值不同的結果，一般《模電》的近似標準采用“一個(gè)數量級”。

   《電路》和《模電》雖然同為專(zhuān)業(yè)基礎課，但在采用的數學(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1法拉這樣脫離現實(shí)的元件值，而《模電》中電路元件要采用標稱(chēng)值與實(shí)際應用接軌。在《電路》課上學(xué)生用計算器得出一個(gè)值可以有任意多位小數，而《模電》的計算卻要因此打個(gè)問(wèn)號，何以有如此高的精度？從實(shí)際電子測量和誤差分析的角度看，電子元件和測量?jì)x器都是有誤差的，保留如此多的有效數字僅僅說(shuō)明是“算”出來(lái)的數，完全脫離實(shí)際。通過(guò)以上分析可以看出，《電路》偏重理論，而《模電》更偏重實(shí)際應用，所以只有正確把握《電子線(xiàn)路》的課程性質(zhì)才能掌握正確的分析方法，“務(wù)實(shí)先務(wù)虛”是學(xué)好用好《電子線(xiàn)路》的關(guān)鍵?！皠?wù)實(shí)”是指“以實(shí)際應用為目的”，“務(wù)虛”就是這里所講的“掌握近似分析和估算方法”。學(xué)過(guò)《模電》都知道，在這門(mén)課里從模型建立到分析計算充滿(mǎn)了“近似和估算”，比如說(shuō)H參數模型和混P模型的建立與簡(jiǎn)化，又如運放兩條基本運算法則“虛短、虛斷”的應用，等等。有人說(shuō)：“近似估算是電子線(xiàn)路的靈魂”、“不會(huì )近似寸步難行”足以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

3、對《模電》應用能力要注重“實(shí)踐鍛煉”，重點(diǎn)過(guò)好“動(dòng)手關(guān)”

   《模電》的鮮明特點(diǎn)是強調實(shí)踐性教學(xué)，注重工程素質(zhì)培養和專(zhuān)業(yè)基本訓練。因此加強實(shí)踐環(huán)節和實(shí)驗課改革，是《模電》課程建設的重要任務(wù)之一。實(shí)踐是學(xué)習電子線(xiàn)路知識和培養電子線(xiàn)路能力的最有效的途徑，實(shí)驗是對理論學(xué)習的強化和補充。國外許多學(xué)校電子線(xiàn)路的教學(xué)重點(diǎn)在實(shí)驗室而不在教室，國內許多學(xué)校加強實(shí)驗采取實(shí)驗單獨設課，這些做法都是有益的。我們把《模電》需要重視和加強實(shí)踐環(huán)節歸納為第三關(guān)，即讓學(xué)生過(guò)好“動(dòng)手關(guān)”，這個(gè)問(wèn)題至關(guān)重要。

    檢驗學(xué)校培養學(xué)生質(zhì)量的唯一標準是社會(huì )實(shí)踐?！赌ｋ姟返幕疽笫桥囵B“硬件能力”。硬件是電子線(xiàn)路的基礎，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(lái)看，硬件工程師嚴重缺乏；當前學(xué)校對學(xué)生硬件能力的培養普遍不足，所謂“硬件不硬”，這個(gè)問(wèn)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)的當務(wù)之急，是如何改進(jìn)和加強對學(xué)生硬件能力的培養。對此可以分為“初級能力”和“高級能力”兩個(gè)階段和要求。

   “初級能力”是對基本電路的分析和應用能力，通過(guò)《模電》學(xué)習是完全做得到的。我們歸結為“四會(huì )”，即：“會(huì )看、會(huì )算、會(huì )選、會(huì )用”?！皶?huì )看”指會(huì )看電路圖，能夠看懂電路圖是工程技術(shù)人員的一項基本功?！皶?huì )算”指會(huì )分析計算電路參數。多練習、多做題可以提高對電路的分析能力?！皶?huì )選”指在實(shí)際應用中能夠根據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(huì )查閱和借助技術(shù)手冊和工具書(shū)進(jìn)行工作?！皶?huì )用”可以泛指會(huì )“應用”，包括使用各種電子設備和儀器，具備安裝、焊接、調整、測試、修理這些基本實(shí)驗技能。以上“四會(huì )”是學(xué)習和掌握電子線(xiàn)路的基礎，可以視為電子線(xiàn)路的初級能力和對《模電》教學(xué)的最低要求。

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

    提高電子設計能力不能不提到EDA。由于計算機和集成電路技術(shù)的發(fā)展，電子設計已經(jīng)由CAD發(fā)展到EDA的階段。從傳統的“基于電路板的設計”到當前“基于芯片的設計”，從“自下而上”到“自上而下”的設計，電子設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計“芯片”，采用ISP方法和CPLD/FPGA芯片，在實(shí)驗室甚至家中就可以方便地實(shí)現電子設計和產(chǎn)品開(kāi)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?；旌想娐吩O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)成為當今世界電子設計的潮流，應該讓學(xué)生盡快掌握這種先進(jìn)的設計方法和技術(shù)?；谶@種認識，我們先后建立了EDA實(shí)驗室和微電子設計中心；電子線(xiàn)路教學(xué)和實(shí)驗在以往使用PSPICE基礎上，加強EWB的仿真應用；課程設計和畢業(yè)設計廣泛使用EDA工具軟件和CPLD/FPGA芯片；為本科生和研究生開(kāi)設了EDA原理和VHDL硬件描述語(yǔ)言課程。并且通過(guò)省級“面向21世紀教學(xué)改革”立項和實(shí)施，為EDA工作進(jìn)一步開(kāi)展打下基礎。當前對于EDA的思想、方法及其應用，我們必須引起足夠的重視，“要象當年重視晶體管、重視集成電路一樣重視EDA技術(shù)”?？梢园烟岣逧DA的應用能力視為提高學(xué)生電子設計能力的直接途徑，也可以因此做為《模電》新世紀教學(xué)改革的一個(gè)重要課題和發(fā)展契機。

   綜上所述，當前深化教學(xué)改革和課程建設必須做到聯(lián)系實(shí)際和注重實(shí)效。學(xué)生畢業(yè)后面對社會(huì )現實(shí)，起碼要具備“專(zhuān)業(yè)素質(zhì)”和“綜合素質(zhì)”兩個(gè)方面。綜合素質(zhì)是多方面的，而一個(gè)人的“核心競爭力”往往是其“專(zhuān)業(yè)素質(zhì)”，用人單位首先考慮的也是學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。如何提高學(xué)生的“專(zhuān)業(yè)素質(zhì)”，應該成為我們教學(xué)改革和課程建設的思想指導。實(shí)際上這個(gè)問(wèn)題說(shuō)白了就是過(guò)去常說(shuō)的能夠“學(xué)以致用”。對于初學(xué)《模電》來(lái)說(shuō)最基本的應該做到哪些呢？我們認為第一要打基礎，重在入門(mén)、“寧淺勿深”，第二要學(xué)方法，勤于實(shí)踐、“寧實(shí)勿虛”，第三要重發(fā)展，“與時(shí)俱進(jìn)”、盡快掌握 EDA?？傊?，通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)改革使我們體會(huì )到，教好《模電》非一日之功，要求學(xué)生“過(guò)三關(guān)”，首先教師自己要過(guò)好這三關(guān)。一個(gè)合格的主講教師練好“內功”才是根本。