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以教学分析促进新工科物联网专业《模拟电子技术》教材更新

所属分类:教育论文 阅读次 时间:2021-02-08 10:10

本文摘要:摘要:模拟电子技术课程是物联网专业开设的必修专业基础课程,也是物联网专业培养体系中的重要环节.如何选取知识体系科学、结构合理、内容完整的教材,直接关系到课程整体教学效果和学习效果的优劣,同时影响和决定了后续硬件专业知识的学习效果,以及在此基

  摘要:模拟电子技术课程是物联网专业开设的必修专业基础课程,也是物联网专业培养体系中的重要环节.如何选取知识体系科学、结构合理、内容完整的教材,直接关系到课程整体教学效果和学习效果的优劣,同时影响和决定了后续硬件专业知识的学习效果,以及在此基础之上的专业人才培养系统性,仅就此进行深入分析.

  关键词:新工科;电路基础知识;培养方案

物联网工程专业

  0引言

  2017年,教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》,其中明确指出,物联网工程专业是新工科建设的主要方向之一.明确新工科的培养和建设目标是为未来新兴产业和新经济需要提供实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才.在新的人才培养定位的前提下,相当一部分双非院校和省属及地方院校把培养应用型创新人才作为专业培养方向.

  按照现在的培养计划,大多数学校所开设的物联网经典硬件课程体系主要包括模拟电子技术、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理、计算机系统结构及体系结构等课程,有些学校根据自己的专业领域优势和专业特色,甚至开设包含控制类及通信类课程,如通信原理、信号与系统等.对于将要从事学习和研究物联网硬件知识的学生来说,有关电学知识储备基本停留在高中阶段的水平.

  人才培养论文范例:基于新工科的大学创新教学模式改革机遇与挑战

  进入到专业学习阶段,部分高校由于适应新工科人才培养目标的需要及专业培养方案的改革等各种客观因素的限制,从课程体系的安排上,经典专业基础类课程被削减课时,甚至被热门学科替换.造成课程微观知识点间的衔接不连贯,宏观知识体系的不合理的现象.对于遵照执行新工科培养方向所修订的物联网专业培养计划,所开设的课程体系中,大学物理等经典理论课程已被列为公共选修课程,电路基础课程在很多学校被取消.在物联网硬件知识体系中,学生仅凭高中物理的知识直接学习模拟电子技术等硬件专业课程,很难达到该课程的基本要求[1].

  以经典基础类课程知识为依托的专业课程,在教学活动和专业学习过程中,出现前期的专业基础知识储备不足,造成本门课程在现有课时量不变的前提下,处于无法完成课程教学任务的矛盾当中.现代电子电路中,模拟电子技术的核心和基础是以三极管为核心的放大电路基本理论体系,而现代电子电路分析仍然遵循经典电路的基本理论和分析方法.本文在模拟电子技术授课过程中,以知识点衔接问题而出现的一个比较集中的教学瓶颈问题为例,分析教学现象,提出解决问题的建议.

  1问题实例

  通常,教材给出的三极管对应的h参数等效变换电路.在分析基本共射极放大电路时,学生还能够基本理解.相当一部分学生靠直观分析去理解,而不是科学的理论依据.学生在学习共射极放大电路的分析中,最常提出2个问题:发射极区分不清;输入回路和输出回路似乎不相关.

  当用此h参数等效变换模型分析,除基本共射极放大电路之外的复杂电路时,学生无从入手,甚至不能合理画出电路图.即使给出h参数等效电路,如基本共集电极放大电路.也存在相当一部分学生不能独立分析,甚至不会分析.这是因为共集电极电路中的三极管h参数等效电路模型与图1中所提供的等效电路模型从直观上根本不一致.若继续把三极管h参数等效变换模型结合到以三极管为核心的复杂放大电路中,再进行总体放大电路的分析,则因为核心问题没有得到彻底的解决而使整个放大电路分析变得更加费解和困惑.

  2问题分析以上是模拟电路学习中的三极管h参数等效变换的经典实例,此电路模型理解程度,很大程度上决定了学生个体对模拟电路后续知识体系的学习和理解程度.通过大量学生的反馈信息,出现此种问题的核心是缺乏前期的电路基础知识的储备.因此,学生知识储备不足可概括为:节点和广义节点、受控源、经典电学知识.

  2.1节点和广义节点

  电路中3或3条以上的支路相连接的点称为节点,广义的节点是节点的科学扩展.对于电路中任意一个闭合面,可称为电路中的广义节点.物联网专业的学生在学习这个知识环节过程中,因没有节点和广义节点的概念,导致部分学生无法区分三极管h参数表达形式的差别.造成在教学中存在用学生不知道的理论去解释和说明另一个学生不知道的关联理论的现象.

  3问题产生的根源

  以上仅从问题的一点或一个方面进行原因分析.而问题产生的根本原因在于经典电学知识对整个电路知识体系掌握和理解的宏观作用.电路分析的综合理论知识,包括最基本的定理,如基尔霍夫定律、戴维南定理和诺顿定理.常用的基本电路分析方法包括支路电流法和节点电位法等.电路基础知识中的电路参数概念、名词和基本电路分析方法等,是模拟电路的学习和研究过程的重要理论依据.电路分析需要正确、严密、开放的逻辑思维.因此,在进行电路分析过程中,缺乏系统的电路分析理论工具,没有理论支持作为导向,导致面对相对复杂的现代电子电路分析无从入手,电路分析片面化、直观化,达不到模拟电路知识的教与学的根本目的.

  4问题的解决

  当问题产生的根源解决,即基本电学知识掌握之后,再回到前面的实例分析.学生可以独立将三极管的h参数等效变换模型总结成应对不同电路环境下的等效变换形式,得到三极管的h参数等效变换模型,虚线框看作广义节点,从而衍生到再将该图的虚线框作为一个点,各支路取直后即得到图3(c),得到三极管h参数等效电路的科学和通俗描述.因此,3种表达形式完全等效,这是一个知识进化过程.同时在实例分析中,解决此知识难点.

  5问题的深度思考

  任何一个知识体系的学习和掌握都是系统性的,缺少了某些环节,势必会为后续的学习带来困难,造成知识学习过程中的离散化和知识孤岛现象,这种情况在教学活动中应尽量避免和解决.否则,以上问题带来的直接结果是学生对整个知识体系理解和接受不通透,始终带着“问号”学习未知的“问号”.累积下来,学生出现明显的求知欲下降,甚至产生放弃此方向专业学习的想法.连续的结果是后续相关专业知识碎片化,不成体系.直接影响学生专业培养质量,不符合新工科人才培养目标的基本要求.

  6方案调整及效果

  6.1方案调整

  针对这些问题,需要对教材选择和授课内容进行适当的调整,在重点学习模拟电子技术知识之前,科学补充经典电路部分基础知识.同时选用《电路与电子学》作为参考教材,并且增加经典电学实验学时.目前新的方案已经实施超过2个学年度[3].从课时方面,经典电路基础知识部分确实占用一定的课时,但是从整体教学效果来看,学生对模拟电路部分内容的理解和领悟能力以及学习深度得到了明显的改善,并没有因为经典电路知识内容的增加和课时分配的因素,降低学生的学习效率和学习效果,相反,却使得学生的总体学习效果得到了质的提升[4].

  7基础知识的重要性

  经典电路基础知识储备的深度很大程度上影 响着模拟电路知识学习的理解和掌握,并且影响着物联网硬件知识体系学习和研究的深入程度,以及在此基础上的创新程度.在物联网相关硬件课程的某些关键知识节点能否突破,从而进行继续研究和学习的关键因素,只有足够的电路基础知识作为积淀,才能在后续的模拟电路学习中得心应手,甚至是发展和创造,以至于后续可期待的硬件知识体系的学习和创新.这样的描述绝不是夸张和渲染,而是通过多年的专业教学探索和总结而得出的结论.

  8建议

  当前物联网专业普遍采用的《模拟电子技术》教材,绝大部分是适用于电子类专业,或者前期有电路基础知识储备的相关专业.而对于新工科方向下的物联网专业,由于整体培养方案的要求和课程体系的总体安排及学时的限制,有些学校没有开设电路基础课程.但应该考虑到专业情况和课程开设情况,选用或编写《模拟电子技术》教材时,适当加入电路基础知识概论部分知识体系核心内容,整合教材内容和结构,使教材更加具有专业教学的科学性与专业学习的合理性及知识体系的连贯性.

  参考文献

  [1]曹灿云.计算机专业《电路与模拟电子技术》课程改革探索[J].课程教育研,2018(30):225-226.

  [2]喻大华.计算机专业电路与电子技术课程教学改革探索[J].教育教学论坛,2015(26):61-62.

  [3]杨凌,高晖.计算机类专业“电路与模拟电子技术”课程的研究与改革探索[J].高等理科教育,2019(4):95-100.

  [4]曾庆国.电路教学改革与优化探索[J].教育教学论坛,2016(18):113-114.

  作者:李峻灵,李世明,倪蕴涛

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