面向综合交通信息工程的电子技术基础课程教学探讨

黄世泽 欧冬秀 董德存 朱远津 沈拓

摘要：交通信息工程专业是服务于我国轨道交通建设和智能交通系统的一个重要学科，电子技术基础课程的讲授对于该学科的建设显得尤为重要。本文结合行业需求、学科要求和课程特点，在课程内容设定、实践教学、仿真软件应用以及能力培养方面谈了作者的心得体会，希望能够对交通信息领域的电子技术基础教学起一定的参考作用。

关键词：交通信息工程；电子技术基础；实践教学；能力培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）39-0172-03

一、学科背景

面向交通行业和交通运输工程学科未来发展趋势，同济大学交通运输工程学院整合原交通信息工程系、交通工程系和道路与机场工程系的部分师资力量，于2014年底组建成立综合交通信息与控制工程系，重点建设“交通工程”的二级学科“交通信息工程与控制”。交通信控系以综合交通运输为对象，以工程应用和理论创新为背景，以交通信息和控制技术及相关现代交通技术为手段，以综合交通系统智能化为特色，开展教学、科研与社会服务工作，重点发展“轨道交通信息与控制工程”、“道路交通智能管控及服务工程”和“航空交通信息与管控”三大板块。“轨道交通研究团队”面向我国高速铁路和城市轨道交通建设、运营和管理需求，在“轨道交通自动化与控制”、“轨道交通主动安全与管理”、“综合交通信息与通信工程”和“轨道交通智能检测与评估”等领域开展系统研究。“道路交通研究团队”以国内智能交通系统进一步大规模建设与发展为契机，追踪国际前沿研究热点和趋势，着重在“道路智能交通安全与风险管理”、“道路交通信息全息感知与处理”、“道路交通协同管理与控制”、“多模式智能公共交通系统”、“车路协同与主动服务系统”和“共享交通系统优化”等领域取得突破。“航空交通研究团队”面向规模日益增长的航空系统，在“航空交通信息集成与服务”和“航空交通管控与优化”等领域展开研究。

《电子技术基础》是“轨道交通信息与控制工程”的重要基础课，按照“自动化”学科的特点，分模拟电子技术基础和数字电子技术基础进行详细讲授。随着技术的发展，电子技术也是“道路交通智能管控及服务工程”和“航空交通信息与管控”的重要技术内容。[1，2]因此，《电子技术基础》不仅要服务于“轨道交通信息与控制工程”方向，同时要服务于“道路交通智能管控及服务工程”和“航空交通信息与管控”两个方向。另一方面，由于学科宽口径方向的拓展，《电子技术基础》的课时有所压缩，这给综合交通信息工程方向的《电子技术基础》授课带来了极大的挑战。

二、课程的培养目标及要求

本专业《电子技术基础》课程的培养目的是使交通工程专业（交通信息工程与控制方向）的学生掌握电子学的基本原理和实用技术，培养学生运用理论知识分析、设计交通电子系统的能力，为成为开拓信息时代的新交通系统的合格人才奠定基础。

课程主要讲授电子学的基础知识，研究电子技术在交通信息工程与控制领域的应用。课程的内容涵盖了半导体分立元件和集成电路、模拟与数字电路、电子系统集成技术等微电子学的基本内容以及若干新颖的交通电子系统案例，力求反映微电子学的新器件、新技术、新潮流。

通过本课程的学习，希望学生能够了解半导体器件与集成电路的构造原理，掌握其外部特性；熟悉模拟电路的基本单元电路，掌握模拟电路的基本分析方法；熟悉数字电路的基本单元电路，掌握数字电路的基本分析方法；学会阅读电子系统原理图；通过对交通电子系统实用案例的学习，了解电子系统集成的原则与方法。

通过本课程的完整理论体系的学习，可以激发学生对电子技术基础的学习兴趣和热情，培养学生对基础设备研发的兴趣，树立良好的职业道德、人生价值观；综合提高和运用数学知识的能力，对培养学生建立正确的思维方法、严谨的学习作风、提高分析问题和解决问题的能力等方面都有重要作用；通过实验及程序开发仿真环节，培养学生整合资源、收集资料、完成工程任务等多方面能力，培养学生为后续课程的学习及进一步的研究工作提供坚实的理论基础。

三、课程内容设计

按照本学科的培养要求及课时情况，在课程内容上进行了针对性的调整。

模拟电子技术基础部分，遵循“先器件后电路，先基础后应用”的规律，重点介绍一些关键的基础性电子元器件：二极管、三极管、场效应管和集成运算放大器。介绍这些器件的构造、基本原理、特性，弱化数学模型的介绍。结合专业的特点，重点介绍元器件的额定参数，通过一些工程实例介绍元器件的选型方法。电路方面，密切结合已经学习过的《电路》课程，重点介绍共射级放大电路的构成、基本原理及电路参数计算；重点介绍集成运算放大电路的线性分析方法和非线性分析方法。在应用上，结合交通信息工程的典型案例，围绕着信号的采集、信号的处理、波形的发生、信号的转换等进行介绍，希望学生能够达到“堵图”和简单设计的要求。

数字电子技术基础部分，集成芯片的发展越来越快，将这部分课程定位为“电子技术方面入门性质的技术基础课”，重点讲授数字电子技术基础的基本知识、基本理论和基本技能，为将来在交通信息工程中的应用打下坚实的基础。根据这一定位，在数字电子技术基础方面，重点讲授数制和码制以及逻辑代数基础。电路方面，重点讲授组合逻辑电路的分析和设计方法、时序逻辑电路的分析和设计方法，弱化对集成芯片的引脚和功能的记忆，希望学生通过基本方法和基本理论的学习，能够通过阅读集成芯片的资料，达到分析和设计数字电路的要求。

四、实践教学的密切结合

对于电子技术基础课程的学习，实践教学非常重要[2，3]。因此，在交通信息工程的课程计划中，在有限的课时中，还是拿出1/3的课时用于实验教学。

通用的电子技术基础试验课程，有一套成熟的实践教学大纲，目的都是通过实验来熟悉和巩固课堂教学内容。实验内容大多是关键元器件的应用以及关键电路的验证和分析。这些实践教学，在一开始能够通过“好奇”提升学生兴趣，但是很难持续保持。電子技术基础课程是在大三上学期开设，学生正在逐步步入专业课的学习中，他们对于专业课怀有较强的好奇心。因此，在实践教学的后半部分中，我们重点围绕未来的轨道交通信号控制和智能交通系统，密切结合课程内容，创造性的设立一些交通特色课程。

五、电路仿真软件的有效应用

随着物联网和云技术的发展，“互联网+”已经与各行各业深度融合，“数字化”的浪潮已经席卷了电子技术应用的一切领域。由于电子产品的更新周期日益缩短，新产品开发速度日益加快，因而对电子设计自动化（EDA）提出了更高的要求，也有力地促进了EDA技术的发展和普及。EDA技术也为电子工程师提供了一个非常好的工具。电子工程师可以通过EDA来分析电路的原理，可以通过EDA仿真来优化电路设计，这些都大大缩短了产品的研发周期。[4，5]

EDA的使用却与课堂教学有一定的冲突。如果鼓励EDA使用，学生完全可以不去管电路的基本原理，直接在EDA里建立模型，就可以得到习题的答案。然而，未来的电子工程师使用EDA是一种必然趋势，课堂教学应该积极引导，既要学生掌握基本原理，又要鼓励他们熟练掌握EDA软件。但是存在的问题是，系统讲授EDA软件使用，课时不允许。为了解决这些矛盾，我们要求课后作业按照课堂学习的基本理论方法进行计算，同时用EDA软件给出计算结果。一般要求手工计算出结果，EDA软件给出波形。这样既能掌握课堂的基础知识，又能熟练掌握EDA软件，还能通过EDA的仿真结果对手工计算进行验证。

六、注重学生能力培养

教育的最终目的不是仅仅为了传授知识，更是为了学生能力的培养。电子技术基础课，有很多的知识点，在讲授时都可以进一步拓展，引导学生对于方法的思考，从而达到能力培养的目的。[6]本文分别就模拟电子技术基础和数字电子技术基础各举一例。

差分放大电路是模拟电路中的一个重要电路，如图1所示。

差分放大电路能够很好的抑制电路的零点漂移。在讲授完基本原理以后，可以引导学生思考，抑制零点漂移我们常规的做法是什么？我们通常都会在元器件上下功夫，但是由于元器件特性的差异并不能很好的解决问题。差分放大电路给我们完全提供了一个另外的思路，既然无法解决误差问题，那么就设置一个一模一样的电路，让误差相互抵消。这种问题的思考方法，在轨道交通和道路交通中都有一些成熟的例子。通过这种方法的引导，说不定会在未来的职业生涯中，帮助学生很好得解决工程中遇到的具体问题。

再比如数字电子技术基础上的卡诺图，如图2所示。

卡诺图通过一个小小的方格，把复杂的逻辑代数化简变得一清二楚。在熟练掌握卡诺图的基本原理和化简方法以后，可以对学生进行进一步的引导。在进行技术方案设计和学术研究时，尽量的使用图形。通过自己的定义，用一副简单的图形把自己的观点表达的清清楚楚，让团队成员或者审稿人一目了然。在轨道交通信号中，这种例子更是数不胜举。比如运营图的编制，就是将一个复杂的问题变得非常简化。

七、结语

随着“一带一路”的建设和智能交通系统（ITS）的大力发展，电子技术在未来的交通信息工程中将发挥越来越大的作用。未来我们的交通规划设计工程师、交通运维工程师都需要在本科教育中学习和掌握电子技术基础。结合行业的需求和课程的特点，笔者分别从课程内容设定、实践教学、仿真软件应用以及能力培养角度谈了自己的心得体会，希望能够对交通信息领域的电子技术基础教学起到一定的参考作用。

参考文献：

[1]华成英，王红，叶朝辉.电子技术基础课程研究型教学模式的探索与实践[J].北华航天工业学院学报，2011，（04）：41-43.

[2]叶朝辉，华成英.模拟电子技术基础实验改革的实践与思考[A].全国高等学校电子技术研究会.全国高等学校电子技术研究会论文集[C].全国高等学校电子技术研究会，2009：3.

[3]卢娟，孙梯全，许凤慧，龚晶，施琴.项目驱动教学法在模拟电子技术实验课程中的应用[J].中国电子教育，2015，（02）：54-58.

[4]刘夫江.基于EDA仿真技术的《电子技术基础》课程辅助教学[J].临沂师范学院学报，2005，（06）：99-101.

[5]刘润华，任旭虎，刘广孚.基于multisim的模拟电子技术基础课程研究型教学模式探索与实践[J].高等理科教育，2014，（06）：109-113.

[6]張志美，魏春娟，程立英，吴建军.基于学生能力培养的电子技术基础实验教学平台的研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2011，（03）：457-459.