“电子电路与系统基础实验”教学改革与实践

刘小艳， 金 平

(清华大学 电子工程系 实验教学中心，北京 100084)

0 引 言

随着电子信息和计算机技术的高速发展，电子学科知识日益膨胀，而高校电子工程专业本科生的学时基本不变，使近年来知识膨胀与学时有限的矛盾日益突出[1]。这一矛盾导致教师讲授的内容越来越多，类似于灌输给学生，再加之交叉学科内容的重复讲授，导致学生不堪重负，造成学生学习压力不断增大，真正接受与理解的知识却越来越少，难以形成一个整体的专业课程体系。因此需要对原有的课程体系、教学理念和教学内容等进行改革和创新[2-3]。

通过梳理电子学科知识体系和核心概念，清华大学电子工程系进行了全方位、多层次的教学改革，建立了新的课程体系——基础核心课程和专业限选课程，逐步完善了培养方案和教学计划。电路类课程是电子工程学科的重要基础课程，兼具理论性和实践性，因此成为此次教学改革的重点和难点。电子电路实验课作为电路类课程的第一门实践课程，围绕理论课进行了课程改革，建立了新的电子电路实验课程体系，形成了一门新的课程——“电子电路与系统基础实验”，作为本科生的第一门基础核心实验课。

1 建立新的电子电路实验课程体系

原有的电子电路实验课程体系一般由“电路实验”、“电子工艺实习”、“模拟电子技术实验”、“数字电子技术实验”和“数模混合系统设计”等课程组成[4-7]，在这个体系中实验课程大部分跟随理论课程开设，不是独立开课，实验内容上存在将原理的验证和工程技术研究分开的部分，即存在不合理成分，因为现实世界中理论原理和实际应用是分不开的[8]。

本着“由易到难，循序渐进，跟理论课程紧密结合，结合实际应用”的基本原则，打破 “模拟”与“数字”的界限，结合“原理”与“应用”，通过梳理原有的“电路原理实验”、“模拟电子技术实验”、“数字电子技术实验”这3门课程的教学框架和内容，整合核心知识并突出核心概念应用，建立了新的电子电路实验课程——“电子电路与系统基础实验”，替代了上述3门课程。该课程独立开课，64学时，分两学期进行，面向本科大一下学期和大二上学期学生开设。

2 “电子电路与系统基础实验”课程的特点

(1) 总体学时压缩，知识概念整体性增强。通过梳理课程体系和整合核心知识，抛弃了简单验证型的实验，整合原有课程中重复性较强的实验内容，将原来90学时的实验压缩为64学时，使得课程的概念整体性增强。例如运算放大器实验，在原有的“电路实验”中，用运算放大器构成受控源，研究受控源的转移特性和负载特性，由于受控源本身属于一个原理性的概念而并非一个实际器件，故此实验属于简单的原理验证型实验[4]；在原有的“模拟电子技术实验”中，用运算放大器构成反相或同相比例放大等运算电路，此实验属于简单的应用验证型实验。考虑到这两个实验的电路基本相同，只是研究的侧重点不一样，同样运算放大器在应用时也需要考虑其负载特性，故将这两个实验整合成为一个新实验。

(2) 内容整合，突出电路特性研究。还是以运算放大器实验为例，新实验重点研究运算放大器的应用及其应用电路的特性研究。如运算放大器构成的反相比例放大电路，研究其直流传输特性和交流特性；运算放大器构成的电压比较器，研究其传输特性和响应时间等等。通过这些实际应用电路的设计及其特性研究，使学生一方面能掌握运算放大器的正确使用，同时培养学生“设计电路时除了满足功能要求外，还需满足性能要求”的设计理念。

(3) 研究“透”器件特性。理论课讲授了一些常用基本器件的特性，学生获得的是理性认识，而通过实践获得的是感性认识，两者结合使学生不但加深对器件本身的理解，而且还学会正确使用这些器件。由于该课程是我系本科生的第一门专业基础实验课，通过实践掌握常用基本器件的特性对后续专业课程的学习非常重要，故新课程实验很注重器件特性研究和应用。例如二极管是一个非线性器件，理论课上常用“其伏安特性不是一条直线”来讲述其非线性特性，显得略为抽象[9]；而实验中通过直接测量二极管在不同直流工作点时的静态电阻和动态电阻的大小，加以比较，就很直观理解了其非线性特性；二极管的非线性典型应用如整流、稳压电路，实验教学中只提出设计要求，由学生根据二极管的特性自行完成电路设计。

(4) 实验教学内容分多层次。通过“仪器训练与基本测量”实验培养学生的基本实验技能，在此基础上开展典型应用设计型和系统综合设计型实验，由浅入深，由简单到复杂，逐步培养动手实践能力和探索精神，培养系统观念和工程观念[10]。具体来说，每个实验既有基本内容又有一定的设计创新内容，并附有若干有一定难度的思考题；摒弃了“傻瓜式”按步操作的实验方式，增加了“自主设计型”内容在教学中的比例。例如电路基本定律定理实验，要求学生利用实验室现有条件首先设计一个电阻网络，再利用该网络验证Kirchhoff定律、叠加定理、戴维南定理等，最后通过分析计算给出各项实验任务的明确结论。

3 将EDA技术引入到实验教学

随着EDA技术的不断发展和广泛应用，利用EDA技术进行电路仿真也成为实验教学的重要组成部分[11-15]。在该课程的开始阶段，介绍常见的电路仿真工具如Pspice和Multisim，并要求学生实验之前对一些实验电路进行仿真，实验完成后将实验结果和仿真结果进行对比分析，这一过程培养了学生的数据分析能力，扩展了学生的研究型思维。对于综合设计型的实验，要求实验之前必须仿真验证自己设计的电路，由此使学生建立先进的电子电路设计理念。当然EDA仿真代替不了实验，实验教学中只引导学生将其用在实验的预习阶段，大大提高了预习的质量和效果。

4 开发电路综合实验平台

基于电子电路实验课程改革，为满足多层次的电路实验教学，开发了一个电路综合实验平台[16]。该平台包含一些实验常用的功能模块比如直流稳压电源模块、显示模块、按键模块和测试模块等，且模块之间相互独立，某个模块的故障不会影响其他模块的正常工作。其中测试模块是该平台的一大特色，可用来测试常用实验器件如晶体管、NE555、常见集成运算放大器(OP07、μA741、LF347、LM324和TL084) 等，方便学生在实验中及时判定器件本身的好坏。此外学生可在平台上自行搭建和设计实验，为实验室开放提供了良好的条件。该平台具有通用性、开放性和扩展性，已应用于“电子电路与系统基础实验”教学，效果良好。

5 考核重视预习并兼顾实验过程和结果

该课程全过程一位同学一组，教学过程中强调预习的重要性并增加了预习报告在考核中所占的分值比例，引导学生认真作好预习，这样实验中如果遇到问题学生就会自己分析问题出现在哪里，应该怎么去解决，所以预习非常重要，预习得好会使实验效果得到很大提高。

该课程的总成绩分为平时成绩(占总分70%)和考核成绩(占总分30%)，其中平时成绩又包括预习报告成绩、实验过程表现和总结报告成绩；考核成绩包括仪器使用考核成绩和期末电路实验考核成绩。这种评定成绩的方式兼顾实验过程和结果，能较为客观地反映学生的实验技能、动手能力和科学作风，并能充分调动学生的积极性和创造性。

6 结 语

近年来通过不断改革“电子电路与系统基础实验”教学内容和优化教学方式，通过强化电路核心概念并结合实际应用，激发了学生对电路的兴趣，启发了学生对电路的探究思维，取得了良好的教学效果。当然改革不能一蹴而就，在以后的教学工作中还需要不断完善电子电路实验教学计划和内容，也期待能跟同行们进行切磋和交流。

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