《模拟电子线路》“过三关”

根据多年来的教学实践和教学改革，我们认为对于《模电》的教与学，重点要掌握好三个环节页浦赌Ｄ獾缱酉呗贰贰肮亍薄?/p>

    电子线路是信息技术的基础，《模电》定位于专业基础课。一般来说，专业基础课的教学内容应保持相对稳定，但《模电》这门课的特点注定它应加快新陈代谢。器件是电子线路的基石，从电子管到晶体管、从晶体管到集成电路，电子器件的发展代表了电子技术的发展和几次大的变革。当前由于IC产业特别是EDA技术的长足进展，已经彻底打破了器件、电路和系统的界限，从根本上改变了电子技术和信息科学的面貌。同时也对电子线路的教学提出更新更高的要求。为了适应电子技术的发展和避免与社会现实脱节，电子线路的教学体系应以当代电子技术的发展水平为背景，授课内容要以器件为主线加速由分立向集成的转化。

    在教学实践中，虽然“重在集成”的观点已经被大家所接受，但如何正确处理“集成与分立”的内在关系呢？集成电路的内部单元实际上是由分立元件构成的。如果完全忽视单元电路的内容，可以把集成电路视为“黑匣子”只强调外特性和工作参数，但是这种教法的结果势必造成学生只知IC的管脚排列与怎样连接应用，而对集成电路的工作原理无从了解。一门课如果“不讲原理”就会变得空洞无物，只能使人“知其然而不知其所以然”。为了解决这个矛盾，我们在教学中提出“强调集成电路外特性和应用，同时注意内部单元电路原理分析”的原则，在教材改革中稳中有变、平稳过渡。这种观点符合现已出版的几本“面向21世纪教材改革”著名教材的情况。教师感到“言之有物”，学生也感到“学有所获”。

    我们明确要求学生过好“器件关”，要求做到“会分析、会选择、会应用”典型电子器件（有源器件），关键是要掌握这些器件的特性曲线。通过分析特性曲线往往有利于掌握器件的模型、参数和工作原理。学习器件的目的“重在应用”，要让学生明白仅仅会用二极管、三极管这些分立元件设计电路已经过时了。要熟悉和掌握各种模拟集成电路的应用，诸如集成运放、集成功放、集成稳压器以及锁相环、乘法器等等，才不至于与社会现实脱轨。当前模拟集成电路从功能、品种到规模已是一个庞大的家族，各种通用和专用集成电路已经广泛应用于消费、通信、网络、控制等各类电子产品，要想完全掌握各类集成电路不现实也是不必要的，《模电》教学必须“抓住重点”同时注意“传授方法”。我们提出“重点掌握两种集成电路”的教学要求，即《线性电路》重点掌握运算放大器，《非线性电路》重点掌握模拟乘法器。这两种芯片都属于通用型IC，使用这两种芯片几乎可以实现线性和非线性领域的绝大部分应用电路；而且它们的电路结构也比较典型，所以很有学习价值和应用价值。在教学实践中对于这两种芯片要讲深讲透，要详细分析其电路结构、工作原理、参数特征以及典型应用。通过“解剖麻雀”掌握了这两种典型IC，就可以举一反三、触类旁通，有利于学生对其它各种各样集成电路的学习和掌握。值得一提的是要重视培养锻炼学生的分析能力和自学能力，对其它IC教师只介绍其原理框图和技术参数就足够了。教师把握了教材处理和“粗讲、细讲”的分寸，便于学生对于这门课的学习理解和重点掌握。

2、对《模电》分析方法要强调“工程估算”，重点过好“近似关”

    就分析方法而言，从过去的严格计算到学习《模电》采用工程近似计算，是这门课要过的第二关，可以称之为“近似关”。分析《模电》教与学遇到困难，究其原因往往是没有正确把握这门课的性质和分析方法。我们认为只有把《模电》真正视为一门“工程应用性”课程，才是抓住了这门课的实质。重要的是让学生学习并掌握电子线路工程分析的方法，即“近似估算法”。实践证明，学生对于从基础课到专业基础课的过渡往往不适应。怎样估算？何时需要近似？这正是我们所要重点解决的问题。过去其它课计算时可能得到唯一的正确答案，而在《电子线路》课计算某个值，其结果可能不但这个值而且这个值左右的值都算正确。这就是近似和取值不同的结果，一般《模电》的近似标准采用“一个数量级”。

   《电路》和《模电》虽然同为专业基础课，但在采用的数学模型和分析方法上均有所不同，《电路》采用理想模型和严格计算的方法，而《模电》采用近似模型和工程估算的方法。在《电路》课上，可以出现1法拉这样脱离现实的元件值，而《模电》中电路元件要采用标称值与实际应用接轨。在《电路》课上学生用计算器得出一个值可以有任意多位小数，而《模电》的计算却要因此打个问号，何以有如此高的精度？从实际电子测量和误差分析的角度看，电子元件和测量仪器都是有误差的，保留如此多的有效数字仅仅说明是“算”出来的数，完全脱离实际。通过以上分析可以看出，《电路》偏重理论，而《模电》更偏重实际应用，所以只有正确把握《电子线路》的课程性质才能掌握正确的分析方法，“务实先务虚”是学好用好《电子线路》的关键。“务实”是指“以实际应用为目的”，“务虚”就是这里所讲的“掌握近似分析和估算方法”。学过《模电》都知道，在这门课里从模型建立到分析计算充满了“近似和估算”，比如说H参数模型和混P模型的建立与简化，又如运放两条基本运算法则“虚短、虚断”的应用，等等。有人说：“近似估算是电子线路的灵魂”、“不会近似寸步难行”足以说明这个问题。

3、对《模电》应用能力要注重“实践锻炼”，重点过好“动手关”

   《模电》的鲜明特点是强调实践性教学，注重工程素质培养和专业基本训练。因此加强实践环节和实验课改革，是《模电》课程建设的重要任务之一。实践是学习电子线路知识和培养电子线路能力的最有效的途径，实验是对理论学习的强化和补充。国外许多学校电子线路的教学重点在实验室而不在教室，国内许多学校加强实验采取实验单独设课，这些做法都是有益的。我们把《模电》需要重视和加强实践环节归纳为第三关，即让学生过好“动手关”，这个问题至关重要。

    检验学校培养学生质量的唯一标准是社会实践。《模电》的基本要求是培养“硬件能力”。硬件是电子线路的基础，硬件能力是电子工程师的基本能力。从产业界反馈的需求信息来看，硬件工程师严重缺乏；当前学校对学生硬件能力的培养普遍不足，所谓“硬件不硬”，这个问题已经引起了学校和产业界的普遍重视。《模电》教学的当务之急，是如何改进和加强对学生硬件能力的培养。对此可以分为“初级能力”和“高级能力”两个阶段和要求。

   “初级能力”是对基本电路的分析和应用能力，通过《模电》学习是完全做得到的。我们归结为“四会”，即：“会看、会算、会选、会用”。“会看”指会看电路图，能够看懂电路图是工程技术人员的一项基本功。“会算”指会分析计算电路参数。多练习、多做题可以提高对电路的分析能力。“会选”指在实际应用中能够根据需要正确选用元器件（首先是有源器件）和相关的电路形式，要会查阅和借助技术手册和工具书进行工作。“会用”可以泛指会“应用”，包括使用各种电子设备和仪器，具备安装、焊接、调整、测试、修理这些基本实验技能。以上“四会”是学习和掌握电子线路的基础，可以视为电子线路的初级能力和对《模电》教学的最低要求。

   电子设计能力是电子工程师的高级能力。具有电子设计和产品开发能力的工程师受到社会的欢迎和产业界的青睐。因此如何加强电子设计能力的培养也成为《模电》教学的高级要求。但这个问题仅仅依靠《模电》一门课是远远不够的。完成这个教学环节往往需要循序渐进，从《模电》起打好基础，通过“实验课—课程设计—毕业设计”“三部曲”配套实现。我们为了加强电子设计能力的培养，首先改革“实验课”教学内容。不仅做“单元验证型实验”，而且加大、加深“大型综合实验”和“设计型实验”的内容，使学生从中受到一些设计的初步训练。在此基础上再进行《课程设计》。通过实训让学生基本掌握电子设计的必备知识。为了加强电子制作和设计能力的锻炼，我们特意在《电子线路》和实验课教学期间加入一项内容，要求每个学生自己动手业余完成一件电子小制作作品。不要求电路多么复杂，重在体验独立完成设计和制作的全过程。这种“第三课堂”的小制作活动使《电子线路》学习“变被动为主动”，对学生促动很大，有的学生深有体会的说：“真正学电子入门是从‘小制作’开始的”。我们同时对实验课考试方法进行改革，采用给出指标当场完成设计电路和现场测试验收的方式，重在检查学生的动手能力和实验技能，学生反映：“南郭先生不行了”。毕业设计在最后一个学期进行，设计时间充裕、课题内容也不局限于《模电》一门课。从方案选择、确定指标、分析计算、实验验证、论文撰写到毕业答辩，通过毕业设计可以全面强化工程训练和提高电子设计能力，这是理工科学生所必须完成的最后一项教学环节。实践证明这种“实验课—课程设计—毕业设计”、“一条龙”的教学计划是有利于学生电子设计能力培养的，其效果已经在电子设计大赛成绩和毕业生就业反馈意见中得到证实。《模电》教学对此起到重要作用，因而被学生誉为“很难学”但是“很有用”的一门课。

    提高电子设计能力不能不提到EDA。由于计算机和集成电路技术的发展，电子设计已经由CAD发展到EDA的阶段。从传统的“基于电路板的设计”到当前“基于芯片的设计”，从“自下而上”到“自上而下”的设计，电子设计的思想和方法都发生了很大的变革。使用EDA工具软件可以直接设计“芯片”，采用ISP方法和CPLD/FPGA芯片，在实验室甚至家中就可以方便地实现电子设计和产品开发。值得一提的是，美国LATTICE公司已经推出了模拟可编程芯片，为模拟电路和数模混合电路设计提供了方便。SOC和“嵌入式芯片”更是打破了软硬件的界限。EDA技术已经成为当今世界电子设计的潮流，应该让学生尽快掌握这种先进的设计方法和技术。基于这种认识，我们先后建立了EDA实验室和微电子设计中心；电子线路教学和实验在以往使用PSPICE基础上，加强EWB的仿真应用；课程设计和毕业设计广泛使用EDA工具软件和CPLD/FPGA芯片；为本科生和研究生开设了EDA原理和VHDL硬件描述语言课程。并且通过省级“面向21世纪教学改革”立项和实施，为EDA工作进一步开展打下基础。当前对于EDA的思想、方法及其应用，我们必须引起足够的重视，“要象当年重视晶体管、重视集成电路一样重视EDA技术”。可以把提高EDA的应用能力视为提高学生电子设计能力的直接途径，也可以因此做为《模电》新世纪教学改革的一个重要课题和发展契机。

   综上所述，当前深化教学改革和课程建设必须做到联系实际和注重实效。学生毕业后面对社会现实，起码要具备“专业素质”和“综合素质”两个方面。综合素质是多方面的，而一个人的“核心竞争力”往往是其“专业素质”，用人单位首先考虑的也是学生的专业素质。如何提高学生的“专业素质”，应该成为我们教学改革和课程建设的思想指导。实际上这个问题说白了就是过去常说的能够“学以致用”。对于初学《模电》来说最基本的应该做到哪些呢？我们认为第一要打基础，重在入门、“宁浅勿深”，第二要学方法，勤于实践、“宁实勿虚”，第三要重发展，“与时俱进”、尽快掌握 EDA。总之，通过多年的教学实践和教学改革使我们体会到，教好《模电》非一日之功，要求学生“过三关”，首先教师自己要过好这三关。一个合格的主讲教师练好“内功”才是根本。