实践引导的“模拟电路”翻转课程教学体系研究

沈谅平　汪宝元　刘春雷　卢仕

[摘 要] “模拟电路”课程是电子信息类专业的核心基础课程之一，该课程既具有很强的理论性，也具有很强的实践性。传统的灌输式教学严重影响了学生的积极性和主动性，因此，该文将翻转课堂的教学模式引入“模拟电路”的课程教学中，进一步将电路仿真实践和实验实践作为引导，以“器件单元电路多级电路集成电路简单应用电路综合应用电路”为知识主线，构建实践引导的“模拟电路”讲授和学习体系，开启全新的“教”和“学”体验。

[关键词] 实践引导;模拟电路;翻转;教学体系

[作者简介] 沈谅平（1976—），男，湖北恩施人，工学博士，湖北大学物理与电子科学学院教授，主要从事电子技术方面教学与研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）06-0125-04    [收稿日期] 2020-08-12

一、引言

模拟电路发展迅速、应用广泛，“模拟电路”课程是电子信息类专业的一门专业核心基础课，该课程具有理论深奥、实践性强等特点，在构建学生电子技术基础理论、基本技能和创新能力方面起着重要作用。然而，该课程概念抽象、理论知识点繁杂、单元电路繁多、涉及面广，学生普遍难以理解，常常被学生称为“魔鬼电路”。传统的“模拟电路”课程教学中，往往采用以教师为中心的教学方式，主要采用“面对面+板书+多媒体+固定时间与地点”的教学模式，并且将实验实践学习与理论学习分开。这种教学模式只关注教师的“教”，忽略了学生的“学”，难以发挥学生的主体作用;课堂上只关注知识的讲解，而忽视了学生分析问题、解决问题和动手实践等能力的培养，不能充分发掘学生的创新潜能;教师和学生之间缺乏互动，不能很好地因材施教，忽视了学生的个性差异[1]。

近年来，翻转课堂广泛运用于国内外的各种教学活动中。在翻转教学过程中，学生在课前利用教师分发的或者网络获取的数字化电子资源进行自主学习，课堂教学时教师与学生进行探究式互动，以学生为主体，以互动式学习为主线，改变了传统课堂的教学理念。目前，针对“模拟电路”课程的翻转教学在国外已经广泛运用，如哈佛大学、麻省理工学院、宾夕法尼亚大学等在MOOC（慕课）网络教学资源平台上，构建了成熟的“模拟电路”课程翻转教学体系。在国内，华中科技大学、电子科技大学和西安电子科技大学等大学都建立了完整的“模拟电路”慕课资源，但是在“模拟电路”课程的教学中运用翻转教学模式才刚刚起步，如南京航空航天大学[2]、山西师范大学[3]等针对模拟电路的理论教学进行了翻转教学课堂的初步探索，探索结果表明，翻转课堂能够充分激发学生的主观能动性，有效地提高教学质量和学习效果。

基于此，本文将翻转课堂的教学模式引入“模拟电路”的课程教学中，针对“模拟电路”课程实践性强的特点，进一步将电路仿真实践和实验实践作为引导，以“器件单元电路多级电路集成电路简单应用电路综合应用电路”为知识主线，构建实践引导的“模拟电路”讲授和学习体系，开启全新的“教”和“学”体验。

二、实践引导的翻转教学模式构建

如下图所示为拟构建的实践引导模拟电路课程翻转教学体系。首先对模拟电路课程的主要内容进行知识重构，将器件、放大电路、集成放大电路、反馈放大电路等之间的联系进行提炼，以“器件单元电路多级电路集成电路简单应用电路综合应用电路”为知识主线，将模拟电路的相关基本理论与实际器件和电路的性能参数测量分析联系起来，理论联系实际，并用实验验证理论。

在二极管（含普通二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管）、双极性晶体管（含NPN型、PNP型硅管或锗管）和场效应晶体管（含NJFET或PJFET、NMOSFET或PMOSFET结型，增强型或耗尽型）等单个器件的教学中，教师首先从理论上对各种器件在不同外部电场情况下的载流子输运过程及其规律进行讲解，然后实践引导老师的“教”和学生的“学”，实验过程中创建器件的外部电学条件使其工作在不同的状态，主要从静态的方法测试器件的工作参数，实验引导学生掌握不同器件的工作原理及其外部电学条件。

在单极或多级放大教学电路中，主要从静态和动态两个方面研究放大电路的工作原理和特点。静态分析时，改变电路中的各种参数调整电路的静态工作点，在实践过程中让学生掌握合适的静态工作设置和调整方法。动态分析时，让学生掌握小信号放大的放大过程，能够用定性分析放大电路的放大倍数、输入输出电阻和工作频带等，并通过测试分析了解共射极、共集电极和共基极等三种放大电路的特点。在此基础上，引导学生利用双口网络函数的方法，将小信号微变模型引入放大电路的定量理论计算中，并利用微变等效模型计算各种组态放大电路的动态性能，特别是重点讨论静态和动态的交接参数，让学生深刻理解静态工作点设置的重要性。

在集成放大器的教学中，首先教师从理论上引导学生掌握理想放大器对放大电路的输入输出电阻、放大倍数、工作带宽、带负载能力和稳定性等方面的要求，进一步联系各种组态放大电路的优缺点，从稳定性和共模抑制比出发引入差分放大电路，并从实验和理论的方法研究差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的重要特点。为了进一步提高共模抑制比，引入电流源，研究电流源在放大电路中的作用。然后从带负载能力出发，引入推拉式功率放大电路，引导学生从理论上计算功率放大电路的带负载能力，利用实验研究在波形不失真情况下的最大带负载能力，并总结甲类、乙类和甲乙类等各种功率放大电路的特点和效率。在此基础上，从静态和动态两个方面测试集成放大电路的综合性能，并把理论分析、计算和测试进行融合，让学生充分掌握集成放大电路工作原理的基础上，了解其设计和运用方法，并掌握集成放大电路关键参数衡量方法和影响因素。

在反馈放大电路的教学中，首先引导学生对反馈、正反馈和负反馈等基本概念的了解，然后在闭环负反馈放大电路的教学中，分别测试开环和闭环电路的放大倍数、输入输出电阻和工作的上限和下限截止频率等，从实验中总结闭环负反馈对放大电路各种参数的影响，并进一步将实验测试和估算联系起来，分析闭环负反馈对放大电路性能的影响机制，从而让学生掌握四种组态负反馈放大电路的特点。在此基础上，对稳定电压源和电流源设计必须建立在电压和电流负反馈基础上进入直流稳压电压，利用实验研究直流稳压电压的降压、整流、滤波和稳压的四个过程，特别是分析线性稳压电压和开关稳压电压的电压调节原理。在正反馈电路的教学中，首先从理论上引导正弦波振荡器、比较器和波形发生器等电路中正反饋的作用，然后利用实验验证，正反馈电路中能够引起周期性自激振荡的原理。

总之，本文的宗旨就是构建从简单到复杂、由浅入深的教学体系，实践引导理论知识的学习体系，不仅可以加强学生对基本知识和基本理论的理解，还可以提高学生的实践动手能力，为学生综合电子线路等后续课程的学习打下良好的理论和实践基础。

三、实践引导的翻转课堂教学设计

模拟电路课程具有知识点多、理论复杂、实践性强等特点。课程内容中涉及的器件和电路都存在相对应的实际器件或电路，实践器件或电路的工作特性往往也能够解释课程涉及的相关理论。针对模拟电路课程课的翻转课堂不可简单借鉴现有翻转课堂的教学经验，基于此，本文构建了实践引导的翻转课堂，这种采用实践引导理论学习，怎样组织教学就显得尤为关键，因此构建了如图2所示的课程教学设计。

（一）课前学习设计

在普通课堂教学中，老师是教学过程的主角，教师课前需要花费大量的时间认真准备教学讲义和课件等，而对学生而言课前一般没有硬性的要求。翻转课堂不同于传统教学模式的重要区别之一就是完全转换了教师和学生的角色，变被动接受学习为主动探索学习，课前不仅是老师需要备课，还需要学生的主动参与，学生需要根据老师的课前设计进行有针对性的学习。因此，将翻转课堂引入模拟电路课程的教学中，翻转课堂首先要求教师对整个课程的组织形式、组织过程进行精心地设计，课前的学习设计好坏也会直接影响课程的教学进程和教学效果。

在实践引导的模拟电路课程翻转教学中，教师在课前做好教学设计，包括学习目标、学习任务、学习内容、学习重难点等。学生根据老师提出的学习目标和任务，利用课程辅助网络资源自我学习，并针对课程中的重点和难点通过网络与老师或者同学互动讨论，并在此基础上对课堂上需要开展的实验进行初步仿真，并将课前学习情况进行整理，做好互动课堂的准备。特别是为了充分发挥模拟电路同时具有实践性强的特点，学生课前需要对相关的实验仿真软件进行自我学习和熟练操作，需要掌握实验的实验内容和实验目的。

（二）翻转课堂设计

在实践引导的模拟电路课程翻转教学中，老师需要根据学生的学习活动进行自我角色转换，课堂上全程灌输式的枯燥教学已经被摒弃，翻转课堂的教学设计需要充分激发学生的主观能动性，学生在课堂上主动参与、主动探索。因此，翻转课堂的设计是整个翻转教学的关键。

为了提高实践引导的模拟电路课学翻转课堂的“教”和“学”效率，需要对翻转课堂进行精心设计，针对不同章节、不同内容和不同学习阶段进行针对性地设计。需要重点设计好学习任务目录，准备好启发性学习的学习资源，设计好以学生为主体的课堂学习形式，特别是要设计好实验实践引导理论学习的循序渐进模式，将老师串讲、学生课前学习情况汇报、学生动手实验和交流讨论等贯穿始终。特别是实践引导课程学习引入课堂教学后，教師的理论讲解时间会大大地压缩，学生的实验操作、数据分析以及结果的讨论需要花费较多的时间。但是，模拟电路课程的理论性比较强，没有老师的引导和讲解学生对实验目的和实验数据往往也会一知半解。总之，所有教学活动的目的都是为了提高学生的学习效果，那么不管是老师的讲解和学生的自我探索学习，都不能降低学生对理论知识的学习要求，甚至是需要提出更高的要求。因此，实践引导的模拟电路课程教学主要采用了从理论出发（理论串讲仿真实验讨论理论总结），最后要回归理论的闭环教学主线，达到时刻不让学生对理论知识学习产生轻视的目的。

（三）课后学习设计

传统课堂在课后学生主要是完成老师布置的作业，教师对作业进行批改并在后续课堂上进行有针对性地讲解。这种单一的开环师生交流模式存在两个问题：一是学生对知识的掌握程度是无法确定的。首先，学生是不是独立完成作业是没有办法确定的，特别是在信息技术和互联网高速发展的今天，学生通过信息技术抄袭他人的作业或者借助互联网不假思索的照搬，这些情况都时有发生。其次，学生在老师把作业中存在的问题进行讲解之后，是否对相应知识点的内容进行针对性地巩固也是未知的。二是，教师的教学效果也是无法确定的。教师教学效果的最直接最有效的评价方法就是学生的学习效果，因为学生的学习效果不能实时跟踪，所以教师的教学往往采用一成不变的教学方式，这样会严重影响了教师的“教”和学生的“学”。

模拟电路翻转教学课后提交课堂实验测试分析报告、作业并进行交流互动以及探究性实验等。其中，重点是根据学生的实践测试分析报告和线上线下作业完成情况，了解学生对相关理论和知识的掌握程度。实践引导的突出特点是每个学生的实验数据往往是有差异的，这种差异性会使得不同的学生进行不同的分析，老师也会从这些差异性的分析中了解学生的学习状态，并与不同学生进行不同的课后互动讨论，形成“教”和“学”的闭环，从而可以实时掌握学生的学习状态，反过来促进教师的课前学习设计和课堂学习设计的优化，并有效促进课程的教学质量。

总之，实践引导的翻转课堂不仅可以充分发挥学生的学习主观能动性，还可以理论联系实际，强化学生的基本知识和基本理论学习的同时，也提高了学生的实践能力。

四、结论及展望

“模拟电路”课程是电类专业最重要的技术基础课程之一，它对专业课程起着承前启后的重要作用。通过对课程中常用器件、单元模拟电路和综合模拟电路的分析和实践的学习，学生可以获得模拟电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，为深入学习电子线路相关课程打下基础。本课程是集难教、难学、难懂于一体而又是一门非常重要的专业基础课程，学生对模拟电子技术课程的掌握情况直接关系到后续专业课程的学习。因此，本文研究的基于实践引导的翻转教学体系将理论课和实验课进行整合，构建了实践引导理论的教学体系，并与基于移动“互联网+”的翻转云课堂这种现代教育技术结合起来，从而从根本上改变了学生的被动学习、依赖性学习等不良习惯。

参考文献

[1]曹燕燕，张克辉，贾巨才，等.“模拟电路”课程翻转课堂教学模式探索与实践[J].中国教育信息化，2018（02）：45-47.

[2]胡志忠，王成华.“现代电子技术A（2）”课程改革探索与实践[J].电气电子教学学报，2015，37（1）：32-34.

[3]张清泉，张亚乔，曳永芳.基于“翻转课堂”模式的模拟电路课程教学实践研究[J].科技视界，2018，33（3）：53-54，136.

Abstract： The course of Analog Circuit is one of the core basic courses of electronic information majors， which is both theoretical and practical. The traditional teacher-centered teaching model has seriously affected the students' enthusiasm and initiative. Therefore， a flipped teaching model is introduced into the teaching of Analog Circuit， which is guided by the practice of circuit simulation and experiment and based on a knowledge mainline of single device， multiple amplifier， Integrated Circuit（IC） and complicated analog circuit. This study aims to build a practical teaching and learning system of Analog Circuit， and provides a new experience for both teaching and learning.

Key words：guided by practice; Analog Circuit; flipped; teaching system