电气专业“电子技术基础”课程教改探索

王美玲， 刘 伟， 王 波， 肖 烜

(北京理工大学 自动化学院， 北京 100081)

电气专业“电子技术基础”课程教改探索

王美玲， 刘 伟， 王 波， 肖 烜

(北京理工大学 自动化学院， 北京 100081)

本文针对电气专业的特点和培养要求，对“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”两门课程的理论授课内容、实践环节包括配套实验课程以及课程设计等方面进行了教学改革的探索，实施“按需施教”。本文对电气专业以及电子技术课程的教学与改革具有借鉴意义。

电子技术；按需施教；电气工程

0 引言

“电子技术基础”课程是电气、自动控制、信息等相关专业的核心专业基础课，也是部分非电类专业本科生的技术基础课[1]。它是联系公共基础课程与专业课程的重要桥梁，是一门与实际器件、工程分析与设计紧密相关的课程[2]。

电子技术基础课程为我校的精品课程。通过多年的教学实践，本文探索了一种能够有效提高学生电子技术创新能力的方法与模式，形成具有我校特色的“按需施教”的电子技术课程体系[3]。

1 理论教学

我校电子技术教研室根据学生专业方向的不同，对电子技术要求的不同，侧重面的不同，有效组织课程教学内容，狠抓基本要求的同时，优化整合，做到“按需施教”。为了达到此目标，教研室将电子技术理论教学内容分成几个部分，每部分内容都包括基本要求模块和扩展要求模块两大类，所有专业都要讲授基本要求模块的内容，不同专业将搭配不同的扩展要求。同时，理论教学内容要与先修课程及后续专业课程之间保持良好衔接，为相关专业的专业课程教学，打下良好的基础。

为了能把与计算机相关的课程提前到大三上学期，我校电气专业的本科生实施先学习“数字电子技术基础”课程后学习“模拟电子技术基础”课程的培养方案，“数字电子技术基础”课程安排在在大二下学期，“模拟电子技术基础”课程安排在大三上学期。根据电气专业的需求，下面对理论教学的特点进行分析。

1.1 模拟电子技术

针对电气专业，“模拟电子技术基础”课程主要在以下教学内容上实施“按需施教”：

1)放大电路

放大电路是本课程的主线，从单管放大电路、多级放大电路、反馈放大电路、功率放大电路到集成放大电路。授课时由于双极型晶体管具有功率放大能力强的特点，故以此种晶体管的放大电路为主进行讲授，单极型晶体管放大电路相对来说，讲得偏少。场效应管为电压控制电流源型器件，具有功耗低等特点，尤其是绝缘栅型场效应管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)放大电路在工程设计中获得广泛应用，是重点授课内容。

在电力电子中，MOSFET通常指的是电力场效应晶体管MOSFET，对电气专业学生讲授此部分内容时，为做好电子技术与电力电子技术之间的衔接，我们适当增加场效应管的课时，让学生了解到两门技术中场效应管描述和功能的不同：

(1)电子技术将晶体管分为双极型晶体管BJT(Bipolar Junction Transistor)和单极型晶体管FET(又称场效应晶体管)，一般为小功率管；电力电子将其分为单极型、双极型和混合型，一般指在高电压、大电流的条件下工作的晶体管。

(2)电子技术中讲述的小功率MOSFET管一般为横向导电器件，但电力MOSFET一般采用垂直导电结构。

(3)电子技术中不讲述混合型三极管， 但绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种混合型器件，它是新型电力电子器件，在电机控制、开关电源、机器人以及要求快速、低损耗的很多领域中都得到了广泛应用。IGBT是一种复合型器件，由功率晶体管GTR(又称巨型晶体管，Giant Transistor)和MOSFET两个器件复合而成，具有GTR和MOSFET两者的优点，即具有输入阻抗高、驱动功率低、饱和压降低、电流处理能力强的特点[4]。

2)滤波电路

“模拟电子技术基础”在集成运放的线性应用中介绍了有源滤波电路。虽然电气专业的学生之前已经学习过“电路分析基础”课程，认识RC电路，但通过授课互动发现，他们对RC滤波电路所知甚少。因此在课程中，一方面在放大电路频率响应部分加强无源滤波电路性能介绍，另一方面在直流电源一章增加电源滤波电路的介绍。

3)整流电路

对电气专业来说，还有一部分需要着重强调的电路就是整流电路。整流电路的作用是将交流电转换成单向脉动性的直流电。电力电子技术中根据采用的器件，将整流电路分为不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路，电子技术中只讲述基于二极管的单向导电性而构成的整流电路，并且只介绍单相半波、全波和桥式整流电路。根据此区别，在讲述此部分内容时，首先介绍电力电子技术中整流电路的分类，讲述不可控整流电路时增加三相桥式整流电路，并简单介绍半控整流电路的原理和特点。

1.2 数字电子技术

“数字电子技术基础”是电气专业“计算机接口技术”、“单片机”和“电力电子技术”等的先修课程。“数字电子技术基础”的知识结构框图如图1所示。

图1 “数字电子技术基础”知识结构框图

不同专业对数字电子技术基础的需求差别不太大，针对电气专业的特点，此课程增加了数字系统设计内容。数字系统的研制过程一般如图2所示，授课时按照图2所示环节讲授数字系统的设计过程，以学生熟悉的秒脉冲发生器设计为实例介绍工程设计时方案的确定方法。以数字波形合成器为例介绍数字系统设计的各个环节，从方案论证、仿真到调试，并从系统的角度综合所学习的“数字电子技术基础”和“模拟电子技术基础”知识，其中包括振荡器、分频器、序列信号发生器、DA转换器、低通滤波器等。

图2 数字系统的研制过程框图

2 实践教学

2.1 实践课程体系

电子技术基础课程是一门对实践环节要求很高的课程，必须通过实习、实验和设计等实践环节进行加强、巩固，使学生加深理解课堂理论教学知识[5]。电子技术理论课程对电气专业来说，只针对大二下学期和大三上学期的学生，但为了保证电子技术实践环节的连续性，我校为电气专业的学生合理设置实践课程体系，使实践环节贯穿大一至大四的整个学习历程，无论是在对学生的思维训练上还是时间安排上，都具有连贯性。

设置的完整实践课程体系结构如图3所示。

图3 电子技术实践教学体系结构框图

上述课程体系可以保证学生从最初培养对电子技术知识的兴趣(慧鱼机器人开放实验)、熟悉焊接等电子技艺(电子工艺实习、音频功率放大器)到电子技术的综合应用(可编程逻辑器件、单片机等开放实验)能力的培养，从理论学习到实际应用，从实验验证到参加竞赛，实践能力得以全面提升。

上述课程体系还可以确保教师从大一就开始接触学生，了解学生，以便根据学生特点因材施教，按需施教，并从中选取一些对自己学科感兴趣和有创新能力的学生，为其提供尽早接触科研项目的机会，为其申请创新项目以及参加竞赛出谋划策。

2.2 与理论课配套的实验课

从图3可以看出，与理论课程相配套，我校为电气专业的学生分别在大二下学期和大三上学期开设“数字电子技术基础”和“模拟电子技术基础”实验课程，课时各为24学时。除了验证实验、几个小型设计实验以外，两门课程都设置了一个6学时的综合型设计实验。“数字电子技术基础”的综合型设计题目为：设计、安装和调试一个数字式秒表电路，所需要设计电路的框图如图4所示[6]。

图4 数字式秒表电路组成框图

“模拟电子技术基础”的综合型设计题目为压控函数发生器。此发生器由控制电压产生电路、方波发生电路、三角波发生电路和正弦波发生电路几部分组成。通过改变控制电压产生所需的输出的电压，控制方波、三角波和正弦波这三种输出波形的频率。其电路组成框图如图5所示[6]。

图5 压控函数发生器电路组成框图

2.3 课程设计

课程设计是继电子技术理论和实验之后的重要实践教学环节。在学生掌握和具备基础知识和单元电路设计能力之后，进一步学习电子电路系统设计方法和实验方法包括掌握EDA仿真设计工具和常用仪器仪表应用，着重培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，为以后从事电子系统设计、开发和应用打好基础[7]。

进入课程设计时，学生可以自拟题目，也可以从教师提供的综合课题中选取，而后要求按照如下流程完成设计：①查阅资料。充分利用图书馆及网上资源，认真阅读设计要求，根据技术指标，进行方案分析、论证计算，独立完成选题方案与器件选型，完成电路图设计。②EDA仿真。通过EDA仿真验证并修正设计，完善和优化方案。③硬件安装、调试。采用面包板进行硬件电路的连接，通过调试达到选题的设计要求。④撰写实验报告。实验报告是对实验工作整理后写出的简单扼要的书面报告。它可以使学生对实验过程中获得的感性知识进行全面总结并提高到理性认识，了解尚未解决的问题和实验尚需注意的事项，并提供有价值的资料。

3 结语

本文从“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”理论课及实践环节两个方面，阐述了如何根据电气专业的特点进行授课，如何设置合理的课程体系，达到“按需施教”的目的。

[1] 教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会.电子电气课程基础课程教学基本要求[M]．北京: 高等教育出版社，2011

[2] 王波,张岩,王美玲.“数字电子技术实验”课程的改革[J].上海: 实验室研究与探索，2012，31(9)：121-123.

[3] 王美玲,郝艾芳,江泽民.通过实践教学的改革提高大学生电子技术创新能力[J]. 廊坊: 北华航天工业学院学报，2010，20：49-51.

[4] 张兴.高等电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2011

[5] 王波,张岩,王美玲.电子技术实践教学改革的探索[J]. 上海: 实验室研究与探索，2011，30(6)：343-345.

[6] 张玉平.电子技术实验[M].北京: 北京理工大学出版社，2008

[7] 张玉璞,李庆常.电子技术课程设计[M].北京: 北京理工大学出版社,1994

Teaching Reform of Electronic Fundamentals for Electrical Engineering

WANG Mei-ling, LIU Wei, WANG Bo, XIAO Xuan

(SchoolofAutomation,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)

According to the curriculum requirements and the features of the electrical engineering, the paper tries to carry on the teaching reform of Analog Electrical Technology Fundamentals and Digital Electrical Technology Fundamentals, including the theory teaching contents, the experimental curriculums and course project. Teaching according to the needs of the students and their majors is carried out. This paper can serve as a significant guide and reference in the teaching and reform for the major of electrical engineering and automation and the course of Electronic Technology Fundamentals.

electronic technology; teaching according to the needs; electrical engineering

2015-04-03;

2015-01- 04

王美玲(1970-)，女，博士，教授，主要从事电子技术基础理论与实践教学、新型传感与检测技术研究工作，E-mail: wangml@bit.edu.cn

G424

A

1008-0686(2016)02-0046-04