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关键词:Peer-Instruction理论 协同教学 自主性学习 电路教学
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-1578(2017)01-0022-02
1 引言
在传统的讲授式电路教学方法中,学生是被动的接收者,他们在课堂的注意力主要集中在对知识点的掌握和相关公式的推导和记忆上,对基本的物理概念和电路本质并不清楚。在通常情况下,课堂讲述的内容直接呈现在教材或是相关讲义上,这对于学生专心于课堂教学没有什么较好的激励作用,所以传统的课堂教学几乎是在一个带有问题的、被动的听众面前的一场独角戏,师生之间没有任何的互动,学生之间更谈不上交流、合作学习[1-2]。目前很多的学生在学习过程中只记住相应的解题步骤,并不了解其基本概念,当题目条件发生一定变化或是其以前未碰见的题目便无从下手,因此电路教学方法的改革对提高学生对电路的基本物理概念和原理的进一步理解、学生的思维能力、自主学习能力、激发学生学习兴趣等都是至关重要。利用学生与学生的平等关系进行学习的交流,进而达到学生之间的互动[3-4],从而激发学生的学习兴趣和对电路基本概念的理解。老师在整个的教学过程中起主导作用,学生起主体作用,学生之间合作学习,师生之间协同教学,因此本文将基于Peer-Instruction(以下简称PI)理论的协同教学法应用在电路课程教学中,取得了良好的效果。
2 基于Peer-Instruction理论的协同教学法
Peer-Instruction理论是哈佛大学著名教授Eric Mazur创立的,变传统的单一讲授为基于问题的自主学习和学习之间的合作探究。坚持以学生为主体,教师为主导的教学理念,是将传统的灌输式授课形式转化为学生的合作学习、自主性学习的形式,重在培养独立自主学习能力,实现多元化主体的互动、师生协同教学[5]。
基于Peer-Instruction理论的协同教学法的基本目标是利用课堂时间进行学生互动、师生互动,把相应的注意力学习的概念上来,而不是传统的对教材或讲义上细节内容的详细介绍,基于PI的协同教学发是由一系列关键知识点的简短讲授构成,每个关键知识点一个相关的概念测试题目,也就是学生所讨论的知识点的概念测试小题目。教师在整个教学过程中讲述内容的重点、难点和关键点,启发学生思维,营造一个学生互动、师生协同教学的环境,通过某些能够影响学生认知能力的问题来调动他们的学习主动性,并逐步激发,引导学生合作学习、积极讨论,培养其批判性思维,并使学生在获得更多知识的同时能反思自己和别人的观点,最后完全理解问题本质[6]。基于Peer-Instruction理论的协同教学法特别为学生设计了相应的基本概念测试题,在简短的测试后便可与同学相互讨论,合作学习,使学生有机会争辩,交流,共同解决问题,从而对物理概念和电路本质理解更深刻。学习者在与他人的相互辩论、相互影响、相互交流之中达到更完善的发展。
Peer-Instruction理论的协同教学法设计的概念测试题与传统的题目考核方向不一样,其重概念、轻直接带公式计算。某些题目看似简单,却能有效地检测学生对相关概念的理解正确与否,从而引发学生的讨论,真正理解基本概念。当学生在课堂上的时间大部分用来理解理解基本概念,因此在课堂上便没有相应的时间来进行相关内容解题技巧的训练,为此,特将解题技巧的训练放到课外作业,因为课外作业和课外学生讨论部分有相应充足的时间来进行解体技巧训练,这样一来基本物理概念和解题技巧都得到了训练,基本概念的准确理解是有助于解题技巧的训练的,因此不必担心学生的解题能力得不到训练。
3 基于Peer-Instruction理论的协同教学法的教学组织
基于Peer-Instruction理论的协同教学法不同于传统教学对课本或讲义中各个层次和知识点的详细讲解,而是由大量关键知识点的简短讲授构成,每个知识点都有一个需要讨论的概念性小测试题目。学生课前事先预习,课堂给简短时间作答,然后学生相互讨论并可修改答案,该过程一方面可促使学生思考并理解问题,另一方面也给教师提供了一个评判学生对该基本概念的理解程度。如选择正确答案的学生比例太低,教师则可放慢讲解速度。然后通过另外一个概念测试题来再次评估学生对该知识点的掌握情况。教学组织流程图如图1所示。
课堂教学组织安排:
(1)概念题目测试 1分钟
(2)学生思考时间 1分钟
(3)学生作答(选择题) 1分钟
(4)学生互动,说服同伴(Peer-Instruction) 12分钟
(5)修改答案并提交最后答案 1分钟
(6)反馈给教师:公布正确答案和成绩分布 1分钟
(7)讲解正确答案(含知识点的简短讲授) 5分钟
(8)另一测试题评估学生掌握情况 3分钟
(9)提交答案并复习该概念和讲解相应解体技巧 6分钟
重要知识点可按照上述的安排进行教学组织,约20分钟左右,简单知识点可省略(8)(9)步,整个知识点教学约10分钟左右。该方法可使得教师实时了解学生对该知识点的掌握情况,以防止学生对知识点的理解程度与教师的预期教学效果之间的鸿沟越来越大,因为随时间的增长,学生的不理解就会导致失去对该课程的学习兴趣,从而使得整个课程的教学失败。
从表1可知,在实施了基于Peer-Instruction理论的协同教学法后,学生对基本概念的理解比传统教学法的正确率高,由图1的期末考试成绩对比可以看出,实施PI教学法的期末考试平均分比传统的平均分高10.3分,最低分数也比传统教学法的最低分数高,因此对基本概念的较好理解可使得在传统计算题的成绩得到了提高。
4 结语
电路课程是电气信息类的重要专业基础课,通过在该课程中使用基于Peer-Instruction理论的协同教学法能有效提高学生对基本概念的理解,从而提高该课程的教育教学质量和学生自主学习能力,让学生养成终身学习的习惯,把学习转化为自觉的行为。采用该教学方法在提高学生对基本概念和期末成绩的同时,通过培养学生的批判性思维,比起那些只掌握了专门知识体系的人,这样的学生更具有灵活性和适应性,更有可能进行创新,成为能够终身为社会服务的现代化人才。
参考文献:
[1] 赵郁聪,陈满儒.双语教学引入Peer-Instruction教学方法的实践[J].中国校外教育,2011(9):86.
[2] Eric Mazur.同伴教学法――大学物理教学指南[M].北京:机械工业出版社,2011.
[3] 王祖源,武荷岚,顾牡.以同伴教学法促进学生互动式学习[J]. 物理与工程,2013(23):45-48.
[4] 张萍,涂清云,莫艳萍.课堂中的合作学习[J].中国大学教学,2012(6):56-59.
论文摘要:《模拟电子技术》是电专业的一门非常重要的专业基础课程。《模拟电子技术》的教学改革具体表现在教学内容、教学方法、教学手段、实践环节、等方面的改革。本文对模拟电子技术课程简单介绍,通过五方面阐述了模拟电子技术教学改革的方法,并对模拟电子技术课程的发展进行展望。
一、引言
《模拟电子技术基础》课程是工科电气信息类专业的一门重要技术基础课程,其工程性和实践性都很强。它是继《电路分析基础》之后又一门主干技术基础课程。并与《通信电子线路》一起为电子专业的学生提供有关模拟电子电路必备的理论基础知识,也为其它实践性课程和专业课程提供了必要的知识准备。模拟电子技术基本概念多、原理强、与工程实践联系紧密,分析方法与以往的课程有很大的不同,再加上课程“学时少,内容多”,学生学习起来普遍感到困难。为达到应用型的人才培养目标、以专业素质教育为教学目标,以基本概念、基本原理、基本分析方法为教学内容。在将基本教学内容贯穿课程始终的同时,加强对学生应用技能的培养,并在教学过程中采取多种教学方法贯彻落实。
二、模拟电子技术教学改革的基本方法
(一)强化基本概念,加强实践应用。本课程有很多基本概念,这些基本概念回答的是模拟电路最基本的问题,构成了该门课程的根基,因此必须强化基本概念,并在应用中反复强调,进一步加深印象。模拟电子技术基础课程有很强的实践性,而实验是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段。应精选了最基本的和有较高实用价值的综合实验项目。实验过程中,注重介绍新仪表、新仪器的使用,这样学生会直接感受到科技发展带来的巨大方便,通过对企业及毕业生的跟踪调查,进一步明确了知识体系的重点和难点,明确了学生学习本课程的核心能力。基础实验、综合实验和创新实验(课程设计中完成)三阶段台阶式教学方式,教学目的层次分明,循序渐进,使学生从常用电子仪器的使用方法和电子电路的测试方法学起,通过综合应用到创新的设计和实现,经历完整的科学的自主的训练过程,培养了学生实践能力、综合应用能力和创新意识,使之在“硬件”实现和eda技术的应用上能够达到一定的水平,并为进一步发展打下基础。加上之后的“电子工艺实习”、“电子设计大赛”和贯穿学生学习期间的课外科技活动,形成一个整体,使对电子技术感兴趣的学生能够有个性地健康发展,达到较高的水平。
(二)在教学过程中注重定性分析。从工程思维观念出发,不过分追求理论分析的严谨。注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识,学习科学的思维方法。例如,介绍rc串并联选频网络的选频特性时,先定性分析该网络对低频和高频信号的相移,确定有一频率信号通过时相移为零,依据该特点再与放大电路配合,满足振荡相位平衡条件,则该选频网络就具有选频特性,其定量推导只给出思路和结果即可。
(三)化大为小,化繁为易。对于难度较大的内容,采取化大为小,化繁为简,各个击破的方法。例如,负反馈组态的判断是一个难点,要根据反馈性质、取样方式、反馈方式进行判断,每一类判断又有多种方法,若三类判断混在一起讲,多种方法无重点的讲,学生一方面很容易混淆,另一方面每种方法可能都掌握不好。为此,我们把三类判断分开讲,讲一种,练一种,学生掌握后,再讲下一种,把大难点分散为小难点,再各个击破。讲判断方法时,先介绍定义法,然后引出短路法,最后引出更简单易行的方法——从结构判断,并重点练习,这样将繁琐的判断简单化,化繁为简,便于学生掌握。
(四)及时对教学内容进行改革。模拟电子技术是当今自动化控制的基本手段,集成化技术发展非常快,因此及时调整教学内容,追踪最新技术,增加新知识,讲授中对分立元件的电路从器件、电路产生的背景和需求入手进行基本原理分析,然后讲解其结构、作用和电路的分析,并将重点放在广泛应用的集成元件的电路分析和使用上。
(五)采用多种形式的课堂教学。在教学手段上,利用现代化教学手段,采用多媒体课件、黑板授课及实验仿真和实际操作相结合的方法,将肢体语言与声光电有机的结合起来,全方位对学生实施情景教学,学生可以在电脑上进行课程实验的调试与测量,加大课程信息量,使学生对所学知识产生兴趣,很快进入学习状态。教学活动的主体是学生,为了能让学生真正参与到教学活动中,我们采用讨论课、练习课、提问课等多种形式,激发学生学习兴趣,培养学生创新精神。采用启发式、仿真环节、边讲边练、理论与实践穿行的教学方法,在讲授完本节内容的同时提出新问题,为下面的新内容、新知识的讲授作好铺垫。做到“提出问题——¬¬¬¬¬引导思考——求证归纳”,同时总结一些有助于学生形象化思维和记忆的窍门、比喻,通过传授知识提高学生的学习兴趣,使学生和教师达到互动,调动大家学习的积极性。
三、结束语
随着电子技术学科的发展,如何更好地解决基础与发展、基础知识与实际应用、理论与实践等矛盾,处理好“宽”“新”“深”的关系,建立先进和科学的教学结构,以适应不断更新的课程内容体系始终是我们改革的重点。本课程需要建立起课堂教学、实验教学、网络教学和eda教学交叉融合的教学结构,并使各教学环节各司其职,相辅相成,互相交融,实现“加强基础,注重实践,因材施教,促进创新”的同一个目标,并不断地研究国内外高等教育的发展,把新的教育思想、教学方法和教学手段恰当地应用于本课程。
参考文献:
英语:
1,单选40*0.5,单词基本词义 固定搭配 语法
2,阅读20*2 ,四级难度
3, 完型20*1, 没四级难,词汇,基本语法 固定搭配。
4, 作文1*20,网上求职 (与当前大学生就业紧密联系)
高数:
1,4个求极限,
2,4个求导数,
3,求不定积分和定积分4个,
4,求二重积分,需要变换积分顺序。
5,证明题:利用偏导函数,证等式相等
6,求82的0.25次方的值,精确到4位小数,利用(1+X)的a次方展开式。
7,求抛物线上一点的切线,求其与Y=0,X=8围成面积的最值。
8,证明题:利用罗尔定理证,
电路:
1,填空10*2
基本概念,如网络函数,集成电路等,
2,选择10*2
基本概念和简单计算,如电压源,电流源的特性,功率等,
3,判断10*2 各个定理,原理的应用和适用范围等
4计算题4*10
1),相量,戴维南定理的运用,题目不难,但是很难计算,
2),求电阻的功率,先必须求出流过电阻总电流,再计算功率,
关键词:计算机电路 教学大纲 实践教学
中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)01(b)-0157-01
1 关于教学大纲的修订
在教学大纲的修订上,应强调根据现代高职学的实际重基本理论的学习,基本方法的掌握,基本概念的理解 的原则。教学重点应放在强化基本概念和基本方法的掌握及准确运用定律和公式,弱化某些推导和公式记忆上。比如,在讲授电路的基本分析方法这一块内容时,对于计算机网络专业应该重点讲授基尔霍夫定律,正弦交流电路;在讲授电工技术时重点讲授电工仪表的使用、供电与安全用电;在讲授电子技术时重点讲授且重模拟电子技术的集成运算放大器的应用和直流稳压电源,数字电子技术的组合逻辑电路和时序逻辑电路等;且重在“使用”,而非“推导过程”。
按照传统单一学科知识结构,要使学生全面掌握计算机网络设计与安装操作相关内容具有一定的难度,传统模式下学生素养相对较差,因此需要对计算机教学大纲内容进行修订。在教学大纲修订过程中,应以计算机网络专业的实际需求与人才培养目标为依据,从庞大且内容复杂的电路分析学科知识中筛选出有价值的内容信息,而后再按照人才培养目标要求对计算机电路课程教学内容进行重新定位与构建。当然在教学大纲修订中可以会遇到一些难题,所以在修订中对教学大纲教师的要求也分外严格,负责计算机电路教学的教师应与相应专业的教师做好密切沟通,以免在计算机电路课程教学中偏离主题。不仅如此,在教学大纲修订中,还需要负责计算机电路教学的教师对计算机网络专业知识结构与基本内容有一个大致的了解,理解其内在含义,也就是该教师需要具备渊博的知识面及一定的计算机网络工程技术能力。对教学大纲进行修订并非简单的删减与简化,而是集中力量将计算机电路基本定律及基本概念有效连接在一起,帮助学生更好的理解相关知识点,强化学生对基本知识理论的掌握力度。
2 对强化和改革实践教学环节的探讨
传统模式下的计算机电路实验主要以验证实验为主,这种实验方式所产生的教学效果并不是很突出,目前已经无法满足高职院校教育的多种需求。对于学生而言,计算机电路课程不仅是电路知识的入门,同时也是计算机网络布线专业与网络技术专业技能的入门。因此应结合高职院校教育的需求,在实践中不断转变教学模式,例如在计算机网络技术技能培养中,可以借鉴“新手―高级学徒―合格者―熟练者―专家的培养模式,该培养模式可以说是一个循序渐进的过程,是一种阶段性教学模式,这样能够真正提高学生的计算机网络技术实际操作能力。
计算机电路试训中包含了诸多内容,大致可以将其分为三部分,首先是电工基本技能训练实验,主要培训学生对计算机线路的搭接、计算机网络内部各个元器件的识别以及示波器与万用表等多种通用仪器仪表的正确使用操作。其次是验证性实验,这是传统计算机电路实验教学中常用的教学手段,该实验模式在计算机电路课程中已经形成一个相对完善成熟的实验体系,利用实验的方式可以验证计算机电路理论知识,让学生对电路知识有一个更深层次的了解,当然要达到实验教学目的,教师应根据不同专业需要及实验操作具体情况对实验方式进行修整,以此达到理想的实验教学效果。再者是工程应用型实验,以学生专业需要为依据进行开发,例如对现有机房的信号线路以及电源线路中存在的故障进行检修,独立对需要使用的元器件及仪器仪表进行选择,制定计算网路实验布线方案设计方案,采取科学合理的测量方法。
过去的验证性实验一般安排在相应理论教学内容之后。我认为,应该根据授课内容的实际需要安排实验时间。比如电路实验平台的使用实验,安排在所有试验之前做,并设置几个问题让学生思考,通过该实验,让学生感觉是自己归纳总结出的平台个按钮的作用、平台功能分区及使用中的注意事项,使学生对实验平台的使用效果更好。再比如,在讲晶体三极管各级电流之间的关系、三级管放大原理及各级间电压的关系的概念之前,安排一个晶体三极管的研究实验,给学生一个感性认识,并让学生了解,基极电流的变化将影响集电极电流的变化,基极电流与集电极电流之和等于发射极电流。通过这个实验,不但为概念的理解提供了感性认识,而且提高了学生学习的兴趣。
实训课要求应设计成工程技术与技能综合应用型课程。现以计算机网路实验室布线方案的设计为例,作如下的设计和要求:(1)知道计算机网路实验室布线所需的材料及器件设备有哪些;(2)掌握设备材料及其参数的识别、选择与采购;(3)掌握电源线和网络信号线安装布设位置及固定和连接方法;(4)学会排查故障和维修;(5)学会万用表检测电源线的链接情况;(6)学会用网络专用仪器检测信号线的连接情况。
3 课堂教学模式的探讨
理想的课堂教学模式应该是教师在掌握多种教学模式,并了解不同模式的适应条件及其局限性的基础上,根据具体的教学目标和教学情境所选择的最适当的教学模式。
最近,兴起了一种新型的课堂教学模式,以工作过程为导向的教学模型。我认为以工作过程为导向的教学模型对我们高职学生基础差底子薄、理论思维差的实际情况更具有针对性,值得推广。
《电路分析》课程是电子、信息类专业的一门重要的专业基础课,在整个大学课程体系学习中起很重要的作用。它是电子科学类专业学生最先接触的一门学科基础课,对培养学生本专业学习兴趣和打下牢固的专业基础以及培养专业素质具有重要的意义。该课程以经典电路理论和基本概念等内容为基础,它是电子技术基础的先修课程,以提高学生电路分析理论、解决实际电路问题的能力为目的。
二、教学内容改革
在教育主管部门关于素质教育改革的指挥棒的指导下,专业课程的学时不断被压缩,特别是《电路分析》课程从最初的两学期缩短到现在的一学期。在授课内容并不能减少,而教学学时极其有限的情况下,对教师而言,有种巧妇难为无米之炊的味道。
本专业《电路分析》课程选用教材为“十一五”规划教材,全书共十四章,其内容包含全部的电路分析基础理论。结合计划教学时和学生的实际情况,将本书中删除后不影响整体知识结构的(如非线性电阻电路)、对后续课程学习影响较小(如回路分析法)和后续课程中会重点讲到的内容(如单位阶跃响应和单位冲激响应)省略不讲,只让一些学有余力的学生进行自主学习。在教学过程中应该加强该课程与其他相关课程之间的联系,强调相关课程知识与本课程知识之间的关联性,以开阔学生视野。在教学过程中,有意识将后续课程不难理解的知识和基本概念在本课程教学中提前讲解,以达到提高学生对新知识的求知热情,及前后知识结构的整体性和连贯性有系统了解。通过“单位阶跃响应”和“单位冲激响应”等知识加强与《信号与系统》课程的联系。
三、改革教学方法
计算机科学技术的高速发展,越来越多地影响着现代课堂教学方式和手段。如,多媒体教学技术已经成为大学课堂教学中的一种必不可少的辅助教学手段。多媒体技术教学的使用不能盲目性,需要结合课程的具体特点,如《电路分析》具有课程信息量大、电路图多且复杂等特点,可使用简单的动画来展示电路图。这样不仅可以节省教师画电路图的时间,还可以加大课堂信息量,最重要的还可以解决课时量有限与教学内容多之间的矛盾。需要注意的是在使用多媒体辅助教学过程中,一定要准确把握课程进度和节奏。《电路分析》课程教学一定要采用灵活多样的讲授方法,讲授一个新的知识点时,一定要做到前后呼应。例如在将网孔法时,一定要让学生明白网孔方程实际上就是KVL方程。此外,该课程中的很多定理、方法、元器件都是对偶的,讲解的时候注意对比分析,例如电流源与电压源对偶,回路与节点对偶,KVL方程与KCL方程,网孔法与节点法对偶,戴维南定理与诺顿定律对偶。因此,比较法在该课程的教学中应该占据很重要的地位。此外,《电路分析》课程以“精讲多练”为原则。“精讲”是指对基本定理和概念进行深讲和透讲;“多练”是指在熟练掌握基本定理和概念的基础上,对解题思路和方法进行分析和探讨,达到熟练的程度,但也不能像高中那样采用题海战术。
四、加强实践教学,注重能力培养
实验教学是《电路分析》理论教学中的重要且必不可少的环节,是理论课程学习的一个巩固过程。通过多年的探索,电子信息科学与技术专业电路分析实验课程从实验内容、实验方式和实验管理等方面进行了探索式改革,并取得了一定成效。最为具体的一个改革就是在电路实验教学中,将传统单一性实验层次化:分为基础性验证实验、综合设计性实验和计算机辅助设计实验三个部分。基础性验证性实验主要是为了学生掌握基本概念和原理的理解,以及训练其基本实验技能的。如电阻伏安特性曲线的测量和叠加定理的验证可以让学生能够熟悉电子元件的基本性能,便于其电气特性分析;还能够让学生了解一些基本的自然现行,为后续综合设计性实验的设计和完成奠定基础。
综合设计计算机辅助设计实验目的在于培养学生的综合实验分析和简单实验设计方面的能力。如,一阶电路动态响应的设计实验要求学生在分析其电路特性的基础上自行设计一个电路,以实现不同输入信号作用下的零状态响应;RLC串联谐振电路的研究实验,通过调节改变电路中各个元件参数,达到电路处于不同的工作状态,并根据测量数据分析出谐振频率及品质因数对输出结果的影响。计算机辅助设计实验主要是为了培养学生使用计算机技术处理电路实验的分析和设计过程,培养学生创新思维以及对学生的实验技能和分析问题的能力的提高。
五、完善考核制度,综合评价体系
一套科学、合理、公平的评价体系对于激发和提高一个学生的学习激情具有非常重要的作用。评价体系既是授课教师教育教学理念的重要体现,又是一种激励和监督措施,决定了学生努力的方向。通过多年的实践,以督促学生更好地学习、提高学习兴趣和效果为目的,制定如下考核评价体系。
1.增加期中考试,进行阶段考查:在讲完电阻电路后进行,电阻电路中基本已经包含了该课程的所有定律、原理和定理及分析方法,该部分的学习效果对后续知识的学习影响非常大。在此时进行期中考试,既考察了学生前面的学习情况,让学生认识到存在的问题,也给没有学好的学生敲响警钟,使其端正学习态度。
2.评价体系改革主要体现在:课程总评成绩由四个教学环节成绩组成,期末成绩,期中成绩,平时作业和实验成绩,所占比例分别为70%,10%,10%和10%。这样安排既可以提高学生动手额积极性,又能避免学生产生平时成绩拉分的惯性想法。
另外,授课教师还要结合不同专业和不同层次的学生制订灵活多变的评价标准及时有效地对学生进行分类、分层指导和评价,灵活多变地改变评分标准。
一、主要内容
本章内容包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法有运用电路分析法画出等效电路图,掌握电路在不同连接方式下结构特点,进而分析能量分配关系是最重要的方法;注意理想化模型与非理想化模型的区别与联系;熟练运用逻辑推理方法,分析局部电路与整体电路的关系
Multisim是美国NI公司推出的一款原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件,适合电子技术教学。利用Multisim对电子电路进行虚拟仿真,有助于通过简化电路模型来学习电子电路中的基本概念、基本理论和基本方法。在利用软件Multisim对模拟电子电路分析和仿真时应明确如下问题。(1)应用Multisim仿真工具进行电路仿真的基础是建立相应的电路模型,搭建电路原理图,定性分析电路中元器件的参数要求。(2)模拟电子电路的分析是利用理论分析和仿真分析对电路设计进行分析,明确该电路要分析的基本概念,进而指导电路调试和测试。理论分析是指理解电路的工作原理、明确电路的功能特点、建立电路的等效模型,即将非线性的半导体器件进行线性等效。根据电路理论,估算该电路的重要基本概念,如基本放大电路需要估算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等重要参数。(3)仿真分析需要考虑半导体器件的非线性特性,分析结果在一定程度上接近理论分析,是比较精确的计算,可将理论分析作为指导进行仿真分析。理论分析和仿真分析相结合,可用于试验性的电路设计,边仿真边设计电路中元器件的参数,达到电路设计的要求。
2、基于Multisim仿真软件的教学实例
2.1理论分析
一个实际放大电路的构成要满足直流通路和交流通路都正确这个条件。直流通路为偏置电路,保证放大电路有合适的静态工作点Q。而交流通路则决定了放大电路的组态,保证输入信号能够加入放大电路,输出信号能够正常取出,最终实现放大。构建共射基本放大电路,如图1所示。给定三极管的UBE=0.7V,β=50,rbb'=300Ω。直流通路和小信号等效电路如图1(b)和图1(c)所示。(1)直流分析:根据输入回路和输出回路,计算静态工作点的电压和电流如下:基极电流IBQ=26μA,集电极、发射极电流ICQ=IEQ=1.3mA,管压降UCEQ=5.5V。(2)交流分析:根据小信号等效电路,计算性能指标如下:电压放大倍数≈-94.7,输入电阻Ri≈1.32kΩ,输出电阻Ro=5kΩ。
2.2仿真分析
Multisim提供的虚拟三极管(BJT_NPN_VIRTUAL)采用的是低频小信号模型,其特性接近理想三极管。电路仿真中使用虚拟三极管,其参数输入电阻为0,电流放大倍数恒定,输入与输出特性均为线性,器件特性与频率无关。搭建仿真电路,如图2所示,选择虚拟三极管,双击弹出三极管“属性”编辑窗口,在其中的“编辑模型”对话框中编辑参数,更改β=BE=50,rbb'=RB=300Ω=0.3kΩ。其他元器件参数选取参照图1。(1)直流分析。利用Multisim10基本分析方法中的直流工作点分析法(DCOperatingPoint)来分析电路的静态工作点Q设置情况。启动“仿真”,单击“分析”功能中的“直流工作点分析”命令,打开Multisim10的“直流工作点分析”对话框,如图3所示。单击“输出”选项,添加仿真变量到右边选项框,然后单击“仿真”按钮,系统自动显示运行结果,如图4所示。根据图4可知,各个仿真节点的变量含义为V(2)=UBE=0.789V,V(3)=UCEQ=5.48191V,I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA。(2)交流分析。给定10mV/10kHz的正弦波输入信号,将输入信号和输出信号连接到虚拟仪器示波器,打开仿真开关,双击示波器得到输入和输出信号波形,如图5所示。根据输入、输出波形标尺线处的读数,计算电压放大倍数为根据输入电阻Ri的定义,Ri=Ui/Ii,其中Ui是输入端口的电压,Ii是输入端口的电流。在放大电路的输入回路接入电压表和电流表,仿真时利用电压表测量输入端口基极和发射极之间的电压为7.071mV;利用电流表测量输入端口基极的电流为5.439μA,如图6所示。可得放大电路的输入电阻为Ri=7.071mV/5.439μA=1.3kΩ。注意在使用万用表测量电压和电流时要设置为相应的电压、电流作为电压表和电流表,以及设置为交流来测量。在输出回路采用外加电压方法,断开负载电阻,将电路中的信号源置零,在输出端接入一个10mV/10kHz的正弦信号源,同时在输出端接入电流表用来测量端口电流,接入电压表用来测量端口电压,单击“仿真”按钮,双击电流表及电压表,创建的电路如图7所示,可得放大电路R0=10mV/2μA=5kΩ。
2.3分析总结
(1)直流分析的目的是估算或测试静态工作点Q,确定三极管是否工作在放大区。当Q点过高时会产生饱和失真,当Q点过低时会产生截止失真。该电路的直流偏置电路为固定偏置电路,若出现饱和失真,可增大Rb电阻,使Q点沿交流负载线向下移动;若出现截止失真,可减小Rb电阻,使Q点沿交流负载线向上移动。直流分析的内容是输入回路的电流IBQ和电压UBEQ,输出回路的电流ICQ和电压UCEQ。根据理论分析估算可知,集电极电流ICQ=1.3mA,管压降UCEQ=5.5V;而仿真分析得到的参数为:I(ccvcc)=ICQ=1.32969mA,V(2)=UBE=0.789V,V(3)=UCEQ=5.48191V。可知静态工作点Q位置合适,保证放大电路能够正常工作。对比结果可知理论估算和仿真分析的结果近乎相等。理论估算时给定UBE=0.7V,β==50为一个常数,没有考虑三极管的非线性,所以不是精确计算。而仿真分析是根据三极管的模型分析验证,考虑了三极管的非线性问题。(2)交流分析的目的是观察输入信号和输出信号的关系,分析的内容是放大电路电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标。三极管放大电路的放大作用是利用三极管的基极对集电极电流的控制来实现的,从而将直流电源所提供的能量转化为负载所需要的能量。放大的实质是能力的控制和转换,是对变化量的放大。(3)仿真分析与理论分析的结论相一致,验证了理论分析的正确性。
3、结语
关键词:电子技术基础 五步教学法
电子技术基础是技校电子专业必修的专业基础课程,学生普遍反映很难学好。其原因是多方面的,首先是课程的理论性和实用性都很强,有些内容较为抽象;其次是电子技术发展迅速,元器件种类越来越多,电路灵活多变,需要扎实的理论基础和基本技能的同时,强调培养综合运用这些基础理论、技能来分析和解决问题的能力;再有是学生普遍基础较差,学习方法多为“你讲我听”的被动模式,不习惯开拓创新,不善于论证和分析问题,加上教学模式僵化,学生大多难以适应,影响了教学质量。因此探索如何做好电子技术基础课程的教学,具有十分重要的现实意义。
根据多年的教学实践和总结,笔者认为电子技术基础课程可以采用“电路基础知识教学、制作印制电路板、验证电路功能、突破理论难点、提高综合技能”这五个步骤开展教学,实践证明取得较好的教学效果。事实上,电子技术基础的教学内容主要是器件和电子电路两大部分,而这两大部分中常用到的基本概念,则是必须要掌握和灵活运用的。放大电路的理论分析是一个重点,对于技校的学生,主要是培养他们的电路分析能力,即给他们一个具体的电路,就能大致分析出该电路的功能及电路中各元器件的作用。因此在教学中,要抓住基本概念,重在理解公式的物理意义和应用特点,而不必关注公式严密的数学推导。电子电路繁多复杂,但最基本的电路就是三种组合形态电路,即共发射极电路、共集电极电路、共基极电路,掌握了这三种电路的分析方法,对其他电路的分析就可以融会贯通了。下面以共发射极放大电路教学为例,对“五步教学法”加以阐述。
一、电路基础知识教学
传统的教师讲,学生听;教师写,学生记及按部就班的教学模式,课堂教学往往投入较多时间讲授放大电路的组成、放大原理及电路的分析方法后,再进行单级放大电路的安装与调试。由于内容抽象,许多学生不理解放大的实质含义,加上公式难记,觉得学习枯燥无味,逐渐失去了学习的兴趣,到最后,甚至做实验也懒得动手了。要使学生学好电子技术基础,首先要培养他们的学习兴趣,因此学习共发射极放大电路,笔者抓住重点,化繁为简,先只是分析电路结构、元器件作用及电路功能,而其他的理论分析安排在实验之后。
二、制作印制电路板
实验的目的是为了激发学生的学习兴趣,提高动手能力,也是为了验证理论,因此实验的电路要简单、易做,具有代表性。教师在学生制作前讲授印刷电路板的制作工艺流程、技术要求和操作注意事项。学生用 protel自己设计实验电路,自己动手制作印制电路板。因为印刷电路板是电子产品的基本部件,学生通过制作印制电路板,了解印制导线、焊盘及印制电路等概念,掌握了它的制作技能,意义很大。教师根据扩图、描图、蚀刻、去膜、钻孔等项目评定成绩。由于电路简单、制作成功率高,提高了学生的学习积极性。
三、验证电路功能
实验选用的单级共发射极放大电路,具有稳定静态工作点的优点,如图1所示。实验目的是验证共射极放大电路的功能,使学生掌握常用仪器、仪表的使用方法及培养学生解决实际问题的能力。实验步骤设计如下。
步骤一,用万用表检测元器件的质量,然后将元器件安装到印制电路板。
步骤二,调节电位器RP,使ICQ=2mA,然后测量VBE、VCE、VC、VE、VRe、VRc,将结果记录填入表1。
步骤三,将低频信号发生器的输出信号接到电路板的输入端Vi处,调节信号发生器的频率,使f=1kHz,调节信号幅度,使Vi=5mV,然后用毫伏表测量Vo,
用示波器观察Vo的波形,将结果记录填入表2。
步骤四,将Ce的正极改接到三极管的发射极,然后重复步骤三。
步骤五,将Ce断开,重复步骤三。
步骤六,将负载电阻RL断开,并重复步骤三、四、五,并做好实验记录。
实际操作采用分组教学法,小组长负责制。一般4套仪器为一组,2人共用一套仪器,学生每人自备一台万用表及一块印制电路板,教师分组讲述和演示,小组长负责本组学生按要求去完成实验,同学之间互相学习,会的教不会的。每次小组长把同学在操作过程中的疑问反馈给老师,老师就共同存在的问题给予解答,直到完全掌握为止。例如观察不到输出波形,如何判断是放大电路故障、还是仪器问题或是探头内部断线。再如,用万用表判断晶体管是否工作在放大状态,以此来判定放大电路的故障,以及检修方法。这些对培养学生在合作中的沟通能力,群体协调能力以及提高动手能力都有很大好处,而且学生非常愿意学,也能学得好。
对实验完成得又快又好的学生,老师可以要求他们把电位器RP的阻值分别调到最大值和最小值,其他条件不变,然后测量静态工作点、观察输出波形并做好记录。
四、突破理论难点
学生完成实验后,写出详细的实验报告。包括画出安装的电路图和标明元器件参数,整理有关实验的数据、波形,比较实验步骤三至六中的电压放大倍数Av及Vo波形。老师结合实验电路图及学生的实验结果讲解定性分析、定量估算、实验调整处理问题的方法。学生通过老师的讲解及对照实验结果较好地理解放大原理、计算公式及基本概念。如接上负载电阻RL电压放大倍数降低;Ce正极接发射极电压放大倍数最大,Ce断开电压放大倍数最低但输出波形失真最小,原因是前者没有引入交流负反馈。实验说明负反馈使电压放大倍数降低,且负反馈量越大,电压放大倍数越低,但输出波形的改善效果越好。这样的理论教学使学生对负反馈放大电路的基本概念和性能有了深刻的理解,较好地解决了因理论内容抽象带来的教学难题。
五、提高综合技能
技工学校培养的目标是技能型人才,不仅要求学生掌握基本的理论和技能,而且具有综合运用这些基础理论、技能来分析和解决问题的能力,因此要注重对学生的创新精神和实践能力的培养,使学生通过实践,丰富和扩展书本上得来的知识,从而达到学以致用。为此,在教学的后期,还应安排学生进行综合技能训练。
一种方法,是让每个学生安装与调试比较复杂的电子产品,其中包含课程中有代表性的电路,让学生自己设计电路和选择器件,然后进行焊接组装、实验调整,最后成为一件完整的电子产品。例如组装收音机,因为在收音机电路中,晶体三极管多用于放大电路,工作处在放大状态。当发生故障时,先用万用表检查它们是否工作在放大状态,然后理论分析及查找故障,进行修复。这些对培养学生的分析能力和解决问题能力都有很大帮助,教师在制作过程中对学生进行巡回检查和指导。根据焊接质量、工艺布局、收台数量及音质、音量进行成绩评定,作为考评操作成绩的一部分。
另一种方法,是举行电子产品装配与调试技能比赛,前期的电路制作可以让学生利用课余时间完成,最后统一安排时间组装与调试,决出名次。这可以培养学生的学习荣誉感及临场应变能力,做到知识学习与自身素质相结合。
一、主要内容
本章内容包括电磁感应现象、自感现象、感应电动势、磁通量的变化率等基本概念,以及法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法,要求能够从空间想象的角度理解法拉第电磁感应定律。用画图的方法将题目中所叙述的电磁感应现象表示出来。能够将电磁感应现象的实际问题抽象成直流电路的问题;能够用能量转化和守恒的观点分析解决电磁感应问题;会用图象表示电磁感应的物理过程,也能够识别电磁感应问题的图像。