《模拟电路与数字电路》教学模式探索

《模拟电路与数字电路》是本校车辆工程、工业工程、机械工程与自动化等非电类专业的专业基础课。其中模拟电路的作用与任务是培养学生对常用模拟电路的分析能力和实际电路的设计、测量等的动手能力。数字电路的作用与任务是通过学习数字系统逻辑设计的基本理论和方法，使学生掌握常用数字电路的分析和设计方法，逐步具备独立分析与设计逻辑电路的能力。
一、问题的提出
虽然电子技术发展非常迅速，但对于初学者在教学中仍应以基本理论、基本概念为主。电子技术教材知识点比较全面，每个知识点讲解都比较细化，如果在教学过程中追求所有知识点都面面俱到，会出现两个问题，一是课时不支持，二是无法让学生分清主次。对于模拟电路，由于学习过程中理论的知识点比较多，按照传统的教学方法按部就班的讲解会使得课堂教学枯燥，学生也失去学习兴趣，于是出现畏难厌学情绪。对于数字电路的学习过程中，模块化电路随着讲解的深入越来越多，如何去使用学过的模块去设计具体的电路成为学生需要克服的难点。
而且本校对于非电类专业学生安排《模拟电路与数字电路》课程学时较少，所以在课程教授中没有安排相关实验课程来加深理论课知识的理解，因此如何克服教与学两方面问题成为当务之急。
二、问题的解决
笔者结合学校的教学改革工作和教学实践，在保证模拟电路与数字电路基本理论体系的前提下，合理取舍教学内容，把握教学重点。在模拟电路中，讲解三极管载流子运动推导电流关系时，只注重强调IB，Ic，IE之间的关系，不需要具体去强调涉及到ICEO和ICBO等公式的推导。再比如三极管的微变等效法不需要再去具体介绍推导过程，只需要解释理由即可。在数字电路中本着“卡洛图贯穿整个数电”的原则，重点让学生对卡洛图能够理解和应用。而在介绍移位寄存器应用时只需介绍串行加法器，而串行累加器则可以省略。
随着计算机的普及应用，在教学中引入计算机辅助软件技术Muhisim，在讲授理论知识的同时，辅助实验演示，可以提高课堂教学效率，加深学生对《模拟电路与数字电路》课程理论知识的理解。在模拟电路中，通过引入软件教学后，利用软件灵活改变各种仿真参数，引导学生先作出某种假定，用理论知识分析相应实验现象，然后进行电路仿真，证明书本上的结论，从而加深学生对理论知识的理解。对于数字电路灵活性、实用性比较强，在以往的教学中多强调电路的分析而忽略了具体电路的设计，在将来的教学中将加重电路的设计，软件可以验证电路设计的重要性。
三、教学范例
1．将Muhisim软件引入模拟电路教学。笔者在模拟电路理论教学过程中穿插使用muhisim软件给学生演示验证性实验，例如在讲解三级管基本放大电路失真的时候，可以先用图解法介绍Q点选取过高过低的时候会引起什么样的失真，然后通过软件演示更加直观形象的介绍参数调节过程中输出波形的变化，电路如图1所示。根据理论知识，当RB取值过小会导致截止失真，当RB取值过大会导致饱和失真，在软件仿真过程可以演示滑动变阻器的取值从小到大输出波形的变化如图2、图3、图4所示，让学生对过程了解的更加直观，有利于对知识点的掌握。

2．将multisim软件引入数字电路课程教学。笔者在讲解编码器模块，首先介绍了编码器的基本原理，然后引入编码器芯片74147，为了学生更直观的了解编码器的作用，笔者用muhisim连接了编码器电路如图5所示。输入部分通过单刀双掷开关控制输入0或1，输出通过连接四个小灯观察结果。当开关J1选择输入0信号对应我们的理论知识是它要求编码，小灯X4X3X2X1对应状态为1110。电路结果更直观的看到74147是低电平工作有效，输出为对应的8421BCD码的反码。当开关J1、J3和J5输入0信号，此时小灯对应的输出为1010，学生更好理解优先级的问题。这样的教学方式使得原本很抽象的理论讲解更加形象生动，既吸引学生的注意力，又激发了学生的求知欲，加深学生对知识点的理解，大大提高了教学效果。

实践证明，这样的教学方式使学生能够直面种类繁多的各种功能器件，能够自主应用各种型号不同的芯片完成简单电路的设计。更为重要的是，这样的教学方式培养了学生经常查阅文献资料的习惯，对后续课程的学习起到了一定的辅助作用。
笔者对《模拟电路与数字电路》课程理论教学进行改革，在保证基本理论体系的前提下，合理取舍教学内容，把握教学重点，加强分析与设计方法学习的教学并将EDA技术引入理论课程教学，在讲完基本原理后，及时地辅以软件仿真，加强学生对实际电路的感性认识，从而消除其对电路的陌生感和神秘感，大大提高其学习的兴趣、积极性和主动性，让学生在参与中学习，学习巾进步。