《模擬電路與數字電路》教學(xué)模式探索

《模擬電路與數字電路》是本校車(chē)輛工程、工業(yè)工程、機械工程與自動(dòng)化等非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課。其中模擬電路的作用與任務(wù)是培養學(xué)生對常用模擬電路的分析能力和實(shí)際電路的設計、測量等的動(dòng)手能力。數字電路的作用與任務(wù)是通過(guò)學(xué)習數字系統邏輯設計的基本理論和方法，使學(xué)生掌握常用數字電路的分析和設計方法，逐步具備獨立分析與設計邏輯電路的能力。
一、問(wèn)題的提出
雖然電子技術(shù)發(fā)展非常迅速，但對于初學(xué)者在教學(xué)中仍應以基本理論、基本概念為主。電子技術(shù)教材知識點(diǎn)比較全面，每個(gè)知識點(diǎn)講解都比較細化，如果在教學(xué)過(guò)程中追求所有知識點(diǎn)都面面俱到，會(huì )出現兩個(gè)問(wèn)題，一是課時(shí)不支持，二是無(wú)法讓學(xué)生分清主次。對于模擬電路，由于學(xué)習過(guò)程中理論的知識點(diǎn)比較多，按照傳統的教學(xué)方法按部就班的講解會(huì )使得課堂教學(xué)枯燥，學(xué)生也失去學(xué)習興趣，于是出現畏難厭學(xué)情緒。對于數字電路的學(xué)習過(guò)程中，模塊化電路隨著(zhù)講解的深入越來(lái)越多，如何去使用學(xué)過(guò)的模塊去設計具體的電路成為學(xué)生需要克服的難點(diǎn)。
而且本校對于非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生安排《模擬電路與數字電路》課程學(xué)時(shí)較少，所以在課程教授中沒(méi)有安排相關(guān)實(shí)驗課程來(lái)加深理論課知識的理解，因此如何克服教與學(xué)兩方面問(wèn)題成為當務(wù)之急。
二、問(wèn)題的解決
筆者結合學(xué)校的教學(xué)改革工作和教學(xué)實(shí)踐，在保證模擬電路與數字電路基本理論體系的前提下，合理取舍教學(xué)內容，把握教學(xué)重點(diǎn)。在模擬電路中，講解三極管載流子運動(dòng)推導電流關(guān)系時(shí)，只注重強調IB，Ic，IE之間的關(guān)系，不需要具體去強調涉及到ICEO和ICBO等公式的推導。再比如三極管的微變等效法不需要再去具體介紹推導過(guò)程，只需要解釋理由即可。在數字電路中本著(zhù)“卡洛圖貫穿整個(gè)數電”的原則，重點(diǎn)讓學(xué)生對卡洛圖能夠理解和應用。而在介紹移位寄存器應用時(shí)只需介紹串行加法器，而串行累加器則可以省略。
隨著(zhù)計算機的普及應用，在教學(xué)中引入計算機輔助軟件技術(shù)Muhisim，在講授理論知識的同時(shí)，輔助實(shí)驗演示，可以提高課堂教學(xué)效率，加深學(xué)生對《模擬電路與數字電路》課程理論知識的理解。在模擬電路中，通過(guò)引入軟件教學(xué)后，利用軟件靈活改變各種仿真參數，引導學(xué)生先作出某種假定，用理論知識分析相應實(shí)驗現象，然后進(jìn)行電路仿真，證明書(shū)本上的結論，從而加深學(xué)生對理論知識的理解。對于數字電路靈活性、實(shí)用性比較強，在以往的教學(xué)中多強調電路的分析而忽略了具體電路的設計，在將來(lái)的教學(xué)中將加重電路的設計，軟件可以驗證電路設計的重要性。
三、教學(xué)范例
1．將Muhisim軟件引入模擬電路教學(xué)。筆者在模擬電路理論教學(xué)過(guò)程中穿插使用muhisim軟件給學(xué)生演示驗證性實(shí)驗，例如在講解三級管基本放大電路失真的時(shí)候，可以先用圖解法介紹Q點(diǎn)選取過(guò)高過(guò)低的時(shí)候會(huì )引起什么樣的失真，然后通過(guò)軟件演示更加直觀(guān)形象的介紹參數調節過(guò)程中輸出波形的變化，電路如圖1所示。根據理論知識，當RB取值過(guò)小會(huì )導致截止失真，當RB取值過(guò)大會(huì )導致飽和失真，在軟件仿真過(guò)程可以演示滑動(dòng)變阻器的取值從小到大輸出波形的變化如圖2、圖3、圖4所示，讓學(xué)生對過(guò)程了解的更加直觀(guān)，有利于對知識點(diǎn)的掌握。

2．將multisim軟件引入數字電路課程教學(xué)。筆者在講解編碼器模塊，首先介紹了編碼器的基本原理，然后引入編碼器芯片74147，為了學(xué)生更直觀(guān)的了解編碼器的作用，筆者用muhisim連接了編碼器電路如圖5所示。輸入部分通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)控制輸入0或1，輸出通過(guò)連接四個(gè)小燈觀(guān)察結果。當開(kāi)關(guān)J1選擇輸入0信號對應我們的理論知識是它要求編碼，小燈X4X3X2X1對應狀態(tài)為1110。電路結果更直觀(guān)的看到74147是低電平工作有效，輸出為對應的8421BCD碼的反碼。當開(kāi)關(guān)J1、J3和J5輸入0信號，此時(shí)小燈對應的輸出為1010，學(xué)生更好理解優(yōu)先級的問(wèn)題。這樣的教學(xué)方式使得原本很抽象的理論講解更加形象生動(dòng)，既吸引學(xué)生的注意力，又激發(fā)了學(xué)生的求知欲，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，大大提高了教學(xué)效果。

實(shí)踐證明，這樣的教學(xué)方式使學(xué)生能夠直面種類(lèi)繁多的各種功能器件，能夠自主應用各種型號不同的芯片完成簡(jiǎn)單電路的設計。更為重要的是，這樣的教學(xué)方式培養了學(xué)生經(jīng)常查閱文獻資料的習慣，對后續課程的學(xué)習起到了一定的輔助作用。
筆者對《模擬電路與數字電路》課程理論教學(xué)進(jìn)行改革，在保證基本理論體系的前提下，合理取舍教學(xué)內容，把握教學(xué)重點(diǎn)，加強分析與設計方法學(xué)習的教學(xué)并將EDA技術(shù)引入理論課程教學(xué)，在講完基本原理后，及時(shí)地輔以軟件仿真，加強學(xué)生對實(shí)際電路的感性認識，從而消除其對電路的陌生感和神秘感，大大提高其學(xué)習的興趣、積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生在參與中學(xué)習，學(xué)習巾進(jìn)步。