《模擬電子線路》“過三關”

根據(jù)多年來的教學實踐和教學改革，我們認為對于《模電》的教與學，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的基礎，《模電》定位于專業(yè)基礎課。一般來說，專業(yè)基礎課的教學內容應保持相對穩(wěn)定，但《模電》這門課的特點注定它應加快新陳代謝。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)展代表了電子技術的發(fā)展和幾次大的變革。當前由于IC產業(yè)特別是EDA技術的長足進展，已經徹底打破了器件、電路和系統(tǒng)的界限，從根本上改變了電子技術和信息科學的面貌。同時也對電子線路的教學提出更新更高的要求。為了適應電子技術的發(fā)展和避免與社會現(xiàn)實脫節(jié)，電子線路的教學體系應以當代電子技術的發(fā)展水平為背景，授課內容要以器件為主線加速由分立向集成的轉化。

    在教學實踐中，雖然“重在集成”的觀點已經被大家所接受，但如何正確處理“集成與分立”的內在關系呢？集成電路的內部單元實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(shù)，但是這種教法的結果勢必造成學生只知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，我們在教學中提出“強調集成電路外特性和應用，同時注意內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世紀教材改革”著名教材的情況。教師感到“言之有物”，學生也感到“學有所獲”。

    我們明確要求學生過好“器件關”，要求做到“會分析、會選擇、會應用”典型電子器件（有源器件），關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。學習器件的目的“重在應用”，要讓學生明白僅僅會用二極管、三極管這些分立元件設計電路已經過時了。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(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廣泛應用于消費、通信、網絡、控制等各類電子產品，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，所以很有學習價值和應用價值。在教學實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(shù)特征以及典型應用。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，有利于學生對其它各種各樣集成電路的學習和掌握。值得一提的是要重視培養(yǎng)鍛煉學生的分析能力和自學能力，對其它IC教師只介紹其原理框圖和技術參數(shù)就足夠了。教師把握了教材處理和“粗講、細講”的分寸，便于學生對于這門課的學習理解和重點掌握。

2、對《模電》分析方法要強調“工程估算”，重點過好“近似關”

    就分析方法而言，從過去的嚴格計算到學習《模電》采用工程近似計算，是這門課要過的第二關，可以稱之為“近似關”。分析《模電》教與學遇到困難，究其原因往往是沒有正確把握這門課的性質和分析方法。我們認為只有把《模電》真正視為一門“工程應用性”課程，才是抓住了這門課的實質。重要的是讓學生學習并掌握電子線路工程分析的方法，即“近似估算法”。實踐證明，學生對于從基礎課到專業(yè)基礎課的過渡往往不適應。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果，一般《模電》的近似標準采用“一個數(shù)量級”。

   《電路》和《模電》雖然同為專業(yè)基礎課，但在采用的數(shù)學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(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稱值與實際應用接軌。在《電路》課上學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》更偏重實際應用，所以只有正確把握《電子線路》的課程性質才能掌握正確的分析方法，“務實先務虛”是學好用好《電子線路》的關鍵?！皠諏崱笔侵浮耙詫嶋H應用為目的”，“務虛”就是這里所講的“掌握近似分析和估算方法”。學過《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》應用能力要注重“實踐鍛煉”，重點過好“動手關”

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

    檢驗學校培養(yǎng)學生質量的唯一標準是社會實踐?！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，硬件能力是電子工程師的基本能力。從產業(yè)界反饋的需求信息來看，硬件工程師嚴重缺乏；當前學校對學生硬件能力的培養(yǎng)普遍不足，所謂“硬件不硬”，這個問題已經引起了學校和產業(yè)界的普遍重視。《模電》教學的當務之急，是如何改進和加強對學生硬件能力的培養(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用能力，通過《模電》學習是完全做得到的。我們歸結為“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人員的一項基本功?！皶恪敝笗治鲇嬎汶娐穮?shù)。多練習、多做題可以提高對電路的分析能力?！皶x”指在實際應用中能夠根據(jù)需要正確選用元器件（首先是有源器件）和相關的電路形式，要會查閱和借助技術手冊和工具書進行工作。“會用”可以泛指會“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、修理這些基本實驗技能。以上“四會”是學習和掌握電子線路的基礎，可以視為電子線路的初級能力和對《模電》教學的最低要求。

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

    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的發(fā)展，電子設計已經由CAD發(fā)展到EDA的階段。從傳統(tǒng)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，在實驗室甚至家中就可以方便地實現(xiàn)電子設計和產品開發(fā)。值得一提的是，美國LATTICE公司已經推出了模擬可編程芯片，為模擬電路和數(shù)?；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技術已經成為當今世界電子設計的潮流，應該讓學生盡快掌握這種先進的設計方法和技術?；谶@種認識，我們先后建立了EDA實驗室和微電子設計中心；電子線路教學和實驗在以往使用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設了EDA原理和VHDL硬件描述語言課程。并且通過省級“面向21世紀教學改革”立項和實施，為EDA工作進一步開展打下基礎。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”?？梢园烟岣逧DA的應用能力視為提高學生電子設計能力的直接途徑，也可以因此做為《模電》新世紀教學改革的一個重要課題和發(fā)展契機。

   綜上所述，當前深化教學改革和課程建設必須做到聯(lián)系實際和注重實效。學生畢業(yè)后面對社會現(xiàn)實，起碼要具備“專業(yè)素質”和“綜合素質”兩個方面。綜合素質是多方面的，而一個人的“核心競爭力”往往是其“專業(yè)素質”，用人單位首先考慮的也是學生的專業(yè)素質。如何提高學生的“專業(yè)素質”，應該成為我們教學改革和課程建設的思想指導。實際上這個問題說白了就是過去常說的能夠“學以致用”。對于初學《模電》來說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、“寧淺勿深”，第二要學方法，勤于實踐、“寧實勿虛”，第三要重發(fā)展，“與時俱進”、盡快掌握 EDA?？傊?，通過多年的教學實踐和教學改革使我們體會到，教好《模電》非一日之功，要求學生“過三關”，首先教師自己要過好這三關。一個合格的主講教師練好“內功”才是根本。