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【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)12-0250-02
1.引言
高职与普通教育有多方面的不同。在培养模式上,高职以适应社会需要为目标,以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案,以“应用”为主旨和特征构建课程和教学内容体系,重视学生的技术应用能力的培养。教学应当以高职人才培养模式的基本特性为依据,从教学方法、教学内容、教学手段进行改革。
高职的《电子电路分析与调试》是一门理论与实践紧密结合的课程,既可以提高学生的理论水平,也可以训练学生的实际动手能力。在电子信息专业中,传统的教学模式是《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《高频电子技术》课程分化的纯理论的教学过程,这种形式往往都是纸上谈兵,学生费力不少,却不能与实际结合。《电子电路分析与调试》是电子技术原理与应用的综合体,即便对于现代电子技术来说,其含义也绝非通常的模拟电子技术和数字电子技术可以囊括。它是对多门课程内容进行充分融合、序化后形成的一门课程,也是培养学生电子技术基础知识和基本操作技能的核心课程。而基于项目化的高职《电子电路分析与调试》通过对实际电路的分析计算、制作与调试,来阐述专业的基本知识和基本技能,学生的学习目标明确了,学习的积极性也得到了明显的提高,因此,对学生学习过程进行精心设计是提高学生学习质量的有效途径。
目前已有若干高职院校对《电子电路分析与调试》课程进行了改革与重组,如黄业安老师将模拟电子技术与数字电子技术中常用器件和基本电路的应用融合起来,是基于工作过程系统化设计的教学;浙江金华职业学院的于红娟老师,将传统模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术按照企业需求和学生实际需要进行了重构;浙江机电职业技术学院的夏敏磊老师以重点培养学生的电路分析、电路设计能力为目标构建课程内容,突出职业岗位特色等。
2.课程教学改革
2.1 课程教学改革的目标
高职教育的目标是面向社会培养具有竞争优势的高技能人才。它强调实用性,重点是培养学生的实际动手操作能力和上岗能力。
通过本项目的研究,优化与丰富《电子电路分析与调试》的课程教学内容,研究出适合高职学生特点的教学方法,将实际经验与理论知识结合起来,以形象生动的方式传授给学生;在了解企业和市场需要的前提下,将实训项目与实际应用相结合,使学生在老师的指导下分析和制作出满足一定要求的电子产品,提高学生的学习兴趣,增强学生的实践动手能力与岗位就业能力,切实提高电子电路分析与调试的课程教学效果。
2.2 课程教学改革的内容
1)教学内容的改革与重组
基于职业岗位分析,明确典型工作任务,温州市及周边地区企业以电子产品和机电产品生产与制造为主,对电子产品生产与制造方面的人才需求比较大。本专业学生就业岗位群以生产岗位群为主,兼顾设计等岗位群。通过对本专业职业岗位的分析,明确其具体工作任务。
根据职业能力要求选取课程内容,高职生理论基础相对较薄弱,实际动手能力相对较好,要完成电子电路内部工作原理分析的培养目标有一定难度,因此以项目为导向构建课程内容,实现项目为载体,以培养技能型人才所需理论知识“必需、够用”为原则,删除元器件原理和内部结构分析;集成芯片内部电路结构、分析;复杂理论计算等内容。突出以职业岗位技能训练为主,增加手工焊接工艺;PCB手工布局与制作;元器件封装、参数识读与典型应用电路分析、制作;整机装配等内容。增加一些简单实用有趣的电子制作,以此提高学生的学习兴趣及积极性,从而提高教学和学习的质量。
2)教学方法与教学过程的改革
建设“教,学,做”合一的教学情境。以“做”为中心,在“做”上完成教与学的任务,实现“教,学,做合一”。 以项目为导向,实现项目为载体,学生为中心,教师为主导的理实一体化课程教学。
增加实践教学时间与数量,以实训室为教学场所。实训室应具有220V供电插座,有可调直流稳压电源,有示波器、函数发生器、摄像头等仪器设备;同时应具有白板等书写工具,便于及时解决课堂上出现的问题。
表1课程考核评分方案
基于电子行业“无线电调试工”、“电子设备装接工”职业技能考核国家标准及企业6S管理理念,创建与行业标准接轨的课程考核标准,建立过程考核的教学评价机制,教学评价贯穿整个教学,整个教学过程分10个小项目,每个小项目制作调试完成后要进行答辩考核,考核内容有原理分析,元器件作用、使用注意事项,焊接注意事项,焊接要求,焊接工艺等。整个教学过程成绩积累,形成最终的成绩。具体考核方案如表1所示。
3.课程教学改革的实践
【关键词】智能;雨控;灌溉设备
0.前言
我国是一个水资源短缺的国家,而且水资源的分布非常不均匀。随着经济的不断发展,我国水资源污染相当严重,工业污水、生活废水排放不断增加,水资源的短缺已是一个相当严重的问题。在此种情况下,节约用水已经是一个刻不容缓的问题。但我国的农业用水浪费现象仍旧相当的严重,其中灌溉工作中的水资源浪费现象较为突出,要减小农业用水的浪费就必须解决节水灌溉工作中的浪费问题。目前,我国普遍采用的是定时人工开启水阀实现灌溉方法。这种方法操作简单,但是水资源浪费严重,而且需要专人负责开启或关闭。采用自动化灌溉,能有效节约水资源,但是在下雨天和下雨后,地面还没有完全干燥的情况下,仍进行定时的自动化灌溉会涝,不利于植物生长。本设计所要解决的技术问题是针对上述技术现状,而提供一种能根据下雨情况智能控制灌溉、使用安全的智能雨控灌溉设备。
1.技术方案
智能雨控灌溉设备,包括用于灌溉的水泵1以及与水泵1连接的电源2,其中:该智能雨控灌溉设备还包括智能雨控装置3以及集水槽4,智能雨控装置3包括有雨控开关31和水泵控制开关32,雨控开关31和水泵控制开关32反向关联,雨控开关31包括两个互不接触的触点,这两触点伸入插入集水槽4中,当集水槽4中水深没有同时浸没这两触点时,雨控开关31断开,水泵控制开关32闭合,水泵1处于工作状态,当集水槽4中的雨水同时浸没这两个触点时,雨控开关31接通,水泵控制开关32断开,水泵1断路。
水泵1、电源2、震荡电路21、智能雨控装置3、雨控开关31、水泵控制开关32、第一三极管33、第二三极管34、第三三极管35、电磁继电器36、集水槽4、第一电阻5、第二电阻51、第三电阻52、降压电阻6、阻流二极管7、定时开关8。
2.具体措施
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
水泵的电流回路上设置有定时开关,定时开关定时闭合或断开。电源为12V交流电,电源上连接有震荡电路使电源输出正极电。水泵的电流回路上还设置有第二电阻和第三电阻。
集水槽固定在水泵上。降压电阻为滑动电阻器。第一电阻5阻值为1MΩ,降压电阻6阻值为10KΩ 第二电阻51为200Ω,第三电阻52为5KΩ。震荡电路21使电源输出正极电。
当雨控开关31接通时,第一三极管33、第二三极管34回路导通,第一三极管33、第二三极管34组成了一个放大电路,经过二级放大后,在第二三极管34的集电极产生较大电流,使经过降压电阻6的电流很大,降压电阻6能产生很大的压降,进而导致第三三极管35的基极输入电压很低,达不到导通电压或者达到导通电压但是导通后第三三极管35的集电极电流小,无法带动电磁继电器36正常吸合,导致水泵1断路。
因为有二级放大电路的存在,第一三极管33的基极可以输入较小的电压,因此,接入第一电阻5,使暴漏在外的雨控开关31没有大电流经过,非常安全。
当集水槽4放空时,第一三极管33、第二三极管34的基极均无电压输入,回路切断。降压电阻6处没有大电流经过,降压能力下降,导致第三三极管35的基极输入电压上升,第三三极管35的集电极电流成倍增加,电磁继电器36吸合,导致水泵1接通。
通过定时开关8控制水泵1在电磁继电器36吸合状态下定时灌溉。
3.结论
智能雨控灌溉设备由于采用的是半导体开关控制,可以有效降低集水槽中的电流和电压,使用更安全,而且半导体开关较机械开关更加持久耐用。具有能根据下雨情况智能控制灌溉、使用安全的优点。
【参考文献】
[1]谢兰清.电子电路分析与制作[M].北京:北京理工大学出版社,2012.
[2]丁镇生.电子电路设计与应用手册[M].北京:电子工业出版社,2013.
[3]胡斌,胡松.电子电路分析方法[M].北京:电子工业出版社,2013.
[4]张金.电子设计与制作100例[M].北京:电子工业出版社,2012.
关键词:专业气质 电子电路安装 中高端人才培养 教学探讨
专业气质是职业人员专业个性心理特征表现,在职业劳动过程中所显示出的稳定的专业特点的典型职业心理倾向,它透过专业心理的内在能够散发出文化底蕴、知识内涵、专业技能、职业素养,形成特有行为习惯。专业气质通常o自身和他人的信心带来一定的影响,是职业行为中不可或缺的因素。培养和形成良好的专业气质能提高职业技能的自信心和感染力,并且促进专业技能知识与专业气质相互作用,对提高学习兴趣和质量能产生质的促进,并使学生获得专业能力成功的喜悦,是学习专业技术能力的学习动力。在健全职业能力人格和提高专业技能过程中,笔者针对电子技术课程的特点并结合技工院校学生的实际,旨在准确抓住在教学过程中渗透专业特色的量变,从而达到培养学生身上专业气质的质变。
职业教育要跟上社会发展的步伐,必须依靠现代职业教育结构、模式改革,培养与市场匹配的职业人才,形成重视职业技术能力的社会氛围,促使中国制造、中国装备质量赶上发达国家的水平,缩小国内外中高端产品质量的差距。职业高技能人才不仅要有技术,还要有稳定的职业心理倾向和职业底蕴、职业内涵、职业素养,并综合形成特有的职业感染力,透过专业气质的散发达到符合中高端职业市场需求。《电子电路安装》课程是技工院校机电专业的一门主要专业骨干课程,特点是专业性、技术性、实用性非常强,属于中高端技能型人才培养重要课程。如何在教学过程中让学生的职业技能透过专业气质散发出高品质信息,是教学中值得深入探讨的问题。
一、基础知识作为专业气质的根基
基础知识包含了文化基础知识、综合基础知识、专业基础知识。文化基础知识包括了语、数、物、德、体等科目。这些基础学科虽然与专业技能联系不大,但这些基础学科能通过培养学生的基本常识、逻辑思维能力、价值取向,为职业技术和科学成就奠定基础。综合基础知识包括了计算机、职业生涯、心理健康、职业礼仪等,这类知识能引入CAD专业绘图、专业工作体验、专业心态健康发展。专业基础知识包括了材料学、电工基础、电磁学、机械基础等直接为《电子电路安装》课程提供基础的知识,是承载《电子电路安装》课程的必要条件。
基础知识凝聚是专业教学中应当实现的重要目标之一。实现这一目标需要教学工作者具有多年专业浸润浓郁的专业气质,并自然释放出专业气质,使其弥漫整个教学课堂。基础知识在现有的教学实践中往往未能引起重视,但只要科学地找出其规律,在教学过程中以扎实基础知识底蕴作为专业气质的根基,就能达到以基础知识作为专业气质根基的需要。
二、专业知识内涵作为专业气质的内核
《电子电路安装》课程中的专业知识,涵盖了电气元件基本知识、放大电路分析、直流电源应用技术、数字逻辑电路、数模转换技术等专业知识。专业知识作为内涵,孕育着专业气质,从基础知识开始循序渐进积聚专业知识的内涵,通过对放大电路工作原理、直流电源稳压原理、数字逻辑电路等知识内容的传授,让学生形成扎实的专业知识的内涵。数模转换作为技术联合的桥梁,从另一个视角中获取专业知识的内涵,在一点一滴的积聚过程中,逐渐成为一种稳定的特性,并以一种专业气质稳定下来。
电气元件基础知识是专业知识内涵的根基,由电阻、电容、电感、二极管、三极管等元器件的材料、特性、功能、应用场合等基础知识组成。每种元器件的特性尤为重要,例如电阻的限制电流、调节电流特性对电子电路起到约束作用;电容的能量存储特性是在电子电路中建立电场提供能量;电感的电磁感应作用是电子电路中建立磁场提供能量;二极管的伏安特性、三极管的放大作用和输入、输出特性曲线等都是电气元件基本知识的重点,它们作为专业知识内涵的基础加以积聚,只有在专业基础知识上进行分析研究才能使专业知识得到发展。在发展过程中它们又以专业知识内涵的形式,逐步形成专业气质的基础。
放大电路分析作为《电子电路安装》课程的主要知识内容之一,属于一种常用的能量放大电子技术。这一内容作为专业技术知识的重要内容出现在教学过程中,以专业知识内涵进行沉淀。通过对放大电路工作原理进行分析,可了解到其利用电气元件基本知识发展成专业知识的内涵,它是将微弱的电信号放大至较强的电信号来控制较大功率的负载。静态工作点分析中的静态工作点设置方法和动态工作状态分析中引入微变等效电路将非线性问题经过微小变化等效成线性问题来分析解决,达到简化电路复杂性的目的,在解决工程问题的同时,让学生获得专业知识内涵,实现以专业知识内涵强化专业气质,以知识内核的形式存在于教学过程中,又以气质的形式内敛成内核。
直流电源《电子电路安装》课程的主要知识内容之二,是属于一种常用的应用技术。作为专业知识内涵的重要内容,它以实际应用技术出现在教学过程中,并通过应用实例来剖析教学内容。分析从电网获得交流电开始,经过变压、整流、滤波、稳压逐步变成稳定的直流电源,对电子电路的发展过程进行分析,并最终悟出其工作原理。该课拓展各种变压、整流、滤波、稳压电子电路专业应用技术,认识不同电路的特点,合理运用专业知识,组成合适电路应用于实际工作场合,从专业知识获得内涵达到强化专业知识内涵的目的。
数字逻辑电路是《电子电路安装》课程的主要知识内容之三,上述的放大电路分析、直流电源是《电子电路安装》课程的模拟部分,而数字逻辑电路则转向另一角度,在数字部分表现专业知识的内涵。数字逻辑电路是利用逻辑代数分析和设计作为基本数学工具,通过对逻辑代数、逻辑门电路的分析,实现各种与时间无关的逻辑函数功能,组成各种组合逻辑电路部件,应用逻辑门电路和各种触发器实现各种时序逻辑控制的功能,组成各种组合逻辑时序逻辑电路。其知识内容按照一定顺序发展成由存储电路和组合逻辑电路两部分组成的一个整体,状态是由存储电路来记忆和表示,时序逻辑电路状态分析是关键要领,从掌握时序逻辑电路的分析方法过渡到设计应用,有效地从另一个专业知识角度获得应有的知识内涵,达到强化专业知识内涵的目的。
数模转换技术是《电子电路安装》课程中模拟部分和数字部分的知识整合,也是专业知识内涵的整合,它作为技术耦合的桥梁使专业知识内涵得到充分酝酿,这一部分充分利用模拟电路和数字电路的特点进行了技术互补。随着数字电子技术的发展,尤其是数字电子计算机的普及应用,使用数字电路处理模拟信号的情况越来越多。为了能够用数字系统处理模拟信号,必须先把模拟信号转换成相应的数字信号,才能送到数字系统中进行运算处理,再将处理得出的数字量转换为模拟量,实现对被控对象模拟量的控制。在用计算机对生产过程进行控制时,经常把压力、温度、流体和流量等指标通过传感器检测变换成相应的电压或电流,由模数转换器转换为数字信号送入计算机处理,经处理后再由数模转换器转换为模拟量控制相应的伺服机构执行操作的过程。掌握数模转换技术是让专业知识内涵充分发挥的关键,在获取专业知识内涵的同时能诱发专业气质的出现,使专业气质进一步转化为其内核。
在《电子电路安装》课程教学中,随着专业知识的理解、分析、深化,专业知识的内涵也不断地渗透,并在环境和时间的效应下发生内敛,形成一种独有知识内涵。其内涵在酝酿中成长为专业气质并稳定下来,长期存在于人的身上,作为专业气质内核存储,能有效达到专业知识内涵作为专业气质内核的目的。
三、以专业技能训练强化专业气质
《电子电路安装》课程教学中,旨在突出实用、强调能力、分段培养,注重实用技术的培养,以培养动手能力为主线,重点放在实际操作技能的训练上,培养学生解决实际问题的能力,循序渐进按照基础知识一实际操作锻炼一综合技能训练的顺序合理安排,根据专业技能的要求,强化基础技能、焊接技术、电路制作、电路测量分析等教学训练内容,保证专业技能训练收到应有专业技能水平,最终将技能水平能力融入自身,形成一种独特的气质并以专业气质形式依附于人的身上。
基础技能是掌握各种工、量具的使用方法,熟悉电子设备的型号、用途、特点,懂得查阅各种元件参数、设备说明书等技术资料。这一部分的关键是做好电子线路和线路板的安装前期准备工作,包括元件型号的选择,准备安装所需的工具、仪表等工作,熟练使用万用表、示波器、电烙铁等电子仪表进行检测和焊接,掌握测量和更换损坏元件的专业技术,通过专业基础技能训练,达到适应专业工作能力水平,为强化专业气质做好准备。
实际操作锻炼是进行电路制作、焊接技术、电路测量实践操作等一系列过程。根据电路图的要求,在电路板上安排元件,对照原理图在方格纸上画出印制导线,再作其他元件的连线,最后标出地线。在上述制作电路的过程中,学生能充分积累工作经验。焊接技术作为电子电路安装工作的基本功进行训练,焊接的过程可以理解为“加热―熔入―浸润―冷却―连接”。在助焊剂的配合、促使焊料与焊件发生渗透与融合,这一过程的关键是金属表面的洁度、温度和时间等技术要素。关键要达到焊接牢固、外观整齐、通电质量等要求,扎实的专业技能为学生提供足够的专业自信,从这一角度来说,专业技能训练能够有效提高专业气质,以达到强化专业气质的目的。
灵活运用简单的万用表检测技术、专业仪器检测技术和替换法进行训练。例如;在故障检修中,尤其是在遇到一些软性故障(集成电路、晶体管、电容器、电感器等非线性元器件的故障),简单的万用表无法检测,又没有专用设备的情况下,运用替换法可达到快速排除故障的方法,也是专业气质的表现。专业技能训练的过程,在获得专业技能的同时也孕育着专业气质的形成,成熟的职业技能一定带有稳定的专业气质,是符合客观规律的一种表现形式,并存在于技工院校学生的专业气质中。
四、综合技能的成熟化与专业气质的稳定化
专业知识以专业内涵方式存在,同时又以专业技能的形式表现出来,并与专业技能融合成为综合技能。通过基本放大电路、稳压电源电路和数码表决器电路的设计与制作,促使专业技能逐渐成熟并在技能实践的行为和活动中表现出专业气质。而专业气质随着专业知识与专业技能的深入,逐渐转化成成熟的技能和稳定的专业气质。综合技能包括接受产品设计、制作任务、完成电路图的设计、根据电路图备好元件工具、测量元件参数和检查工具、合理安排电路制作工艺线路、制作完成实际电路板、根据设计要求和工作原理对电路进行功能进行安全检测和技术调试等一系列的步骤。在技能训练过程得到锻炼,专业知识和专业技能得到相互促进,由专业知识、基础技能、操作技能、检测技术、综合训练等组成的综合技能获得提高。综合技能在成长的过程中与专业气质共同发展,以典型专业特点表现于稳定的心理过程,并从中得到稳定化。综合技能的成熟化与专业气质的稳定化是专业气质的内涵及其渐进式培养重要环节,两者的相互配合对培养高技能人才的目标发挥着重要作用。
五、专业知识、职业技能的综合化与专业气质的体系化
《电子电路安装》课程是技工院校实践性很强的技术专业课,为了培养高素质的专业技术人才,学校必须加强实践性教学环节,将专业知识运用到职业技能的实践中。如何通过加强实践教学过程培养学生的工作能力、分析技术问题和解决技术难题的综合能力,以创新思维能力和理论联系实际的综合化,是技工院校着力探索与实践相结合的重要课题。
HX203AM/FM型集成电路收音机的制作是专业知识、职业技能的综合化的一个典型专业课题。无线广播电台通过发射机的天线发射无线广播信号,之后通过收音机的接收天线接收到广播信号,并将其还原成声音。学生通过掌握职业技能特有的专业知识,并在制作中获得职业技能特有的技术力量。两者经过相互渗透,实现专业知识、职业技能的综合化。
具体而言,对HX203AM/FM型集成电路收音机技术参数的分析,如性能指标,灵敏度、选择性、输出功率、l率范围、电源消耗经济性等,是专业知识、职业技能的综合化的表现。HX203AM/FM型集成电路收音机的工作原理,是通过调谐回路选出所需的电台,送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频,产生中频输出,中频信号将检波器检波后输出音频信号,音频信号经低频放大器、功率放大器,推动扬声器还原输出声音。通过制作实践,学生理解这一专业知识的技术原理,专业技术得到体系化实践,使学生获得技术收益并以特有的气质内化为学生的自身品质。
六、以综合职业能力为表现的专业气质输出
《电子电路安装》课程的教学以讲求实用、强调能力、培养气质为特点,通过加强实用技术的培养,以培养动手能力为主线,以实际操作技能训练为重点,培养学生解决实际问题的能力。这一过程按照“基础知识一专业实践一综合技能训练”的进路,实现渐进式培养专业气质,这一渐进式培养方式以五个基本环节为主要内容:基础知识作为专业气质的根基、专业知识内涵作为专业气质的内核、以专业技能训练强化专业气质、综合技能的成熟化与专业气质的稳定化、专业知识和职业技能的综合化与专业气质的体系化。培养的结果最终以综合职业能力为表现的专业气质的形式出现,在自有职业行为习惯散发出特有感染力,作为专业气质输出。
关键词:CDIO;高职电子技术;改革与实践
CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)工程教育模式采用“做中学”的教学方法,以具体的工程项目为学习载体,让学生在项目的全生命周期中学习,不但重视项目中所涉及的知识、技能的学习,更为重视的是从具体工程对象实践中抽象出来的能力和方法。[1]CDIO所强调的基于项目全过程学习的理念与高职教育人才培养目标要求具有很大程度的一致性。本文在高职《电子技术基础》课程教学中引入CDIO工程教育理念,教学内容围绕实际的职业活动和典型工作任务展开,教学目标以能力培养为核心,教学过程以学习者为中心,教与学体现团队化特征,以项目训练促进学生能力的培养,取得了良好的效果。
一、基于CDIO模式的课程内容的改革
高职电子技术课程是电子类专业的核心课程,旨在培养学生掌握典型电子电路的基本分析方法和制作、调试的基本技能。针对我校电子技术基础课程教学中存在的培养目标和社会对职业人才的需求相脱离,教学情境与教学目标和教学内容的要求不匹配,与学生的接受水平和未来工作不相容等问题,我们参照CIDO教学模式“系统的能力培养,全面的实施指导及实施过程和结果检验的12条标准”为依据,对电子技术基础课程的内容进行改革,分解和整合相关教学内容,以典型电子产品为载体,通过项目的构思、设计、实施和运作(CDIO)培养学生掌握电子电路的基本分析方法和技能,同时在产品制作的过程中,强化学生的团队意识,提高学生的沟通交流能力和协作能力。
1.基于CDIO的集成化课程设计。集成化课程是一种整合专业知识、技能和素质并系统教授学生个人能力,团队合作的方法,是一种围绕职业能力培养目标,课程相互支撑,项目能力相互融合的课程体系构建方法,我们对原高职电子技术基础课程《电工基础》、《电子识图》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》4门基础课程进行分解及整合,依据相关岗位必备的知识和技能进行职业分析,寻求职业群共同的专业基础知识和专业基本技能,将几个教学单元综合组成一门新的专业基础课程——高职《电子技术基础》课程。课程内容的综合化,主要体现在理论知识与技能的综合,职业能力与职业态度的综合,集成化课程的关键是课程载体的具体化,课程载体要来自职业岗位的具体工作内容,课程内容要直接与实际应用对接,要用什么,就学什么、会什么。
2.以产品的功能模块为基本任务开发课程内容。根据电子技术课程的典型工作任务,围绕多个产品项目所对应的单元电路制作调试过程,以完成产品的功能模块为基本任务进行课程内容的设计。课程中各工作任务以电子产品典型单元电路为载体,以典型电子电路设计、制作的工作任务为中心,相关模块应用为切入点,突出工业应用领域的电子技术特色,引入学生创新能力培养,让学生在具体电路的设计制作过程中开发创新思维,完成相应工作任务,培养学生从事电子产品分析、设计、调试与维修等岗位的职业能力。
二、基于CDIO的课程教学实践
基于CDIO的“做中学”的理念,教学实施方案依据项目要求进行构思、设计、实施和运作(CDIO),在工作任务实施过程中促进学生的自主创新意识,引导学生进行自主性的电子产品单元电路分析、设计、制作和调试,教学活动在复合化环境中实施,教师边讲边做,学生边听边实践,学练结合,讲评结合。[2]
1.以项目为引导,任务驱动创新教学模式。本课程以生产企业研制和实际生产中相应的产品和生产技术为依据,结合岗位真实工作任务,按照产品分析、理论学习、动手制作排列任务顺序,由易到难、由单一到综合选取通用电子产品,如简易充电器、话筒放大器、稳压电源、收音机、数字钟等,共选择了12个项目引入教学。在工作任务确定的知识领域中引导学生进行自主性的电子产品单元电路设计、制作、调试。给予学生更多自己做的机会,使学生更好地理解和掌握,实现做中学和做中教。
2.以学生为主导,教师为引导改革教学方法。在教学中改变传统的教学观念,变“教师为主导”为“学生为主导”。在多个工作任务的实施过程中,充分调动学生学习积极性,通过创新思考、理论分析与设计、电路制作调试、功能实现、报告展示等学做练一体的教学模式,加强学生的创新能力、制作技能、团队配合和个体表达能力培养,让学生的电子电路设计制作的基本技能得到逐步提高。
3.真实产品、典型电路,学做一体的教学手段。教学实施在我校电子实训中心进行,实训中心按照企业生产环境进行布置,采用教、学、做一体化教学模式实施课程教学项目。教学实施过程中,教师首先从真实的电子产品产品原理图原理分析元器件进行知识点的传授,然后学生从元器件识别与测试单元电路分析电路组装与测试电子产品逐步进行实施。学生在这种学习模式下,能激发学习兴趣,职业能力得到极大的提高。
三、基于CDIO的课程评价方式改革
CDIO的评价体现了对能力评价的重视,教学评价立足社会需求,与职业资格标准接轨,与学生职业生涯发展协调,电子技术基础课程评价采用分阶段分重点评价的模式,重点评价学生的职业能力,兼顾重要的理论知识点。课程考核注重理论考核和实践考核相结合、过程考核与目标考核相结合、学生互评和教师评价相结合。[3]理论考核和实践考核各占50%,理论考核按教学目标分阶段进行考核,平时成绩包括学习态度、作业、课堂提问等。实践考核按照教学项目进行过程考核,并作为平时成绩,最后进行任选项目的考核,各占50%。
项目单项考核评价采用过程评价的方式,按教学项目独立评价,每个教学项目根据工作任务设计不同要点进行考核评价。如项目1“简易抢答器电路的分析、组装与调试”,由于学生刚开始接触电子电路,这时候考核的重点应放在学生电路识图能力和组装电路的工作主动性与操作规范性上,过程评价可以采用三级制甚至两级制进行考核。随着项目能力要求的逐级提高,考核要点也逐渐增加,如项目12“数字钟的设计、制作与调试”,评价则要涵盖设计思路确定、元器件选型、电路原理图绘制、电路制作与调试、技术说明书编写、工作成果演示等中间过程。对完成的实训项目组织学生开展自评和互评,通过对比和讨论进行项目成绩的评定。这样一方面给学生自,让学生积极参与,另一方面通过互评进一步加深学生对器件的熟悉和电路原理的理解。
基于CDIO的评价模式更增加了课程评价结果的可靠性和有效性,因而可更科学地评估学生的学习效果。
四、结束语
通过基于CDIO模式的高职《电子技术基础》课程改革实践,使学生建立起了以往职业教育中缺乏的工程价值观,教学中以接近电子工程实际的综合设计项目为载体,做中学,学中做,能转变学生的学习态度,激发学习兴趣,培养学生的团队协作意识,改善职业素养,极大地提高了电子技术课程的教学质量。
参考文献:
[1] 查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程
教育研究,2008,(3).
[2] 胡振文.高职教育CEO-CDIO做中学课程模式的探索与实践
[J].计算机教育,2010,(11).
关键词:电子技术;思维流程图;类;继承
1 思维流程图教学法
所谓思维流程,就是我们平时所说的“思路”。把基于一门课程或其中某一部分内容本身内在逻辑关系的讲课(学习)思路用一张图表示出来,此图即为思维流程图。主要以思维流程图为线索、为工具进行教学的方法,我们称之为思维流程图教学法。
英国学者Tony Buzan的理论,人类大脑的自然思考方式为放射性思考,即每一种进入大脑的资料,都可以成为一个思考中心,每个中心均可继续向外散出成千上万的可成为另一个中心的连结,最终形成大脑资料库。基于上述理论,我们在电子技术的教学中运用了思维流程教学法,即结合人脑的放射性思考方式,把不同电路分析、设计的不同阶段所涉及的问题剥离出来,形成一个个问题域,作为激发学员思维的一个个思考节点,以流程图的方式连接各个问题域,最终使学T头脑中建立起关于不同电路分析与设计的有序的知识库,并培养学员独立分析与设计电子电路的能力。
下面以“放大电路基础”为例,介绍一下我们是怎样将该章主要内容转换成思维流程图并利用流程图实施教学的。
2 思维流程图的提出
根据教学目的,教学内容,从放大电路所涉及的最基本问题入手,按照放大电路分析、设计流程,找到各个阶段的问题域与思考中心,并将所有问题域连接起来,形成思维的主流程。
本章的教学内容是放大电路分析与设计。教学目标是使学员能够分析放大电路的性能指标,并根据不同的实际需要,选择、设计放大电路。为了激发学员的兴趣,驱动学员的思维,我们先提出了如下问题:1)放大电路中的“放大”是何含义?2)在放大电路工作中,如何保持能量守恒?3)如何实现放大?4)放大电路如何构成?5)放大电路如何工作?6)如何衡量放大器的性能?尔后,围绕几个问题,我们展开如下讨论:
模拟电子技术中的放大,是把小电压、小电流或小功率输送到放大电路中,在放大电路的输出端得到一个大电压、大电流或大功率。从小电压、小电流、小功率转化为大电压、大电流、大功率,多余的能量从哪里来呢?这个问题的设置,使得学员从第一个问题转到第二个问题,顺便引出了放大电路工作的外因:外加电源――能量的补充源,而且使同学们明白,放大电路只是一个能量转化器,而并非能源供应者。那么,为什么放大电路可以作为能量转化器呢?据此,引导学员从第二个问题转到第三个问题,并引出放大电路的核心器件――三极管。但是,三极管是一个非线性器件,其输入输出换以为非线性,其输入输出不成正比,而且工作点会发生变化。为了引导学员找出放大电路工作的内因,设计如下问题:小电压、小电流、小功率直接输入到三极管的输入端,直接从三极管的输出端测量输出电压、电流和功率,那么输出量和输入量能严格成正比例吗,会不会产生失真?这样一环一环地设问,我们得到了放大电路工作的内因:放大电路的静态工作点。通过上述分析,我们诱导学员从放大电路最基本的问题,直到放大电路的分析、设计流程,通过对一个又一个问题的思考,懂得:任何放大电路的分析与设计,必须遵循先静态、后动态的顺序,静态是条件,动态是目的。要设计静态偏置电路,以达到动态放大的目的;要设计适当的交流通路形式+不同的直流通路形式=不同组态的电路。此外,对于不同的放大电路,要进行性能的测试与分析,以改进电路的设计。
3 由主流程图到综合图
在笔者的实施过程中,把思维流程图分为主流程图和综合图――详细的思维流程图。主流程图作为整章的知识框架,指明全章所要研究的大问题及其逻辑关系。综合图是在主流程图的基础上,针对具体电路,以电路的分析设计步骤为流程,概括主流程所涉及的基本概念、基本原理、基本方法、基本电路,表达并指出合知识点之间的纵向和横向关系,结点的位置、应用和延伸等。如在放大电路的综合图中,我们以三极管构成的共发射极放大电路为例,以分析和设计所要考虑的步骤和流程,串接了分析和设计放大电路所需要的方法、工具及理论。如果把放大电路看作一个基本的“类”,那么,共射极放大电路、共基极放大电路、共集电极放大电路、场效应管放大电路、多级放大电路,可看做“放大电路类”的特例。由于特例对“类”的属性具有继承性,特例之间的属性具有共性,因此共发射极放大电路的分析方法、手段是从“放大电路类”中继承来的,而其他不同结构的放大电路的分析方法和手段,也应该与共射极放大电路的分析方法和手段大体相同。
在综合图中,由于“类”间属性存在共性,教员重点讲述一种放大电路,其余的放大电路可让学员举一反三,在自学的基础上加以掌握。这样,学员可在自学中“反刍”已有的知识,系统归纳和掌握整章内容,并建立起知识结构的整体框架。
4 运用思维流程图教学法所做的工作
把思维流程图教学法运用于电子电路教学中,教学组进行了大量的工作:
(1)多名任课教员集体备课,绘制思维流程图。一幅科学、严谨的思维流程图往往需要集中多名教员的智慧,深入钻研,反复修改,才能绘制出来。开课前,绘出整个课程的思维流程图;对不同的章(节)的教学内容,提炼出不同的逻辑结构,绘制出相应的主流程图和综合图。
(2)编制教学实施方案,按思维流程图灵活施教,教学中根据学员的接受情况随时调整教学内容和进度。
(3)制作课件,配合动画仿真。思维流程图教学法的运用应与多媒体教学紧密结合。为此,我们制作了与思维流程图教学法相配套的不同层次、不同版本的中英文课件,并纳入相应的教学实施方案,提高思维流程图教学法的教学效果。对难点和重点问题,先采用EWB仿真软件、以动画的形式进行讲解,在进行理论分析。
5 教学效果
(1)培养了学员的逻辑思维能力。思维流程图教学法,突显了课程的系统性和知识的内在联系,培养了学员的逻辑思维能力,使学员能够在较短的时间内,轻松、愉快、高效地掌握模拟电子技术的基本内容。
(2)培养了学员的自学能力。由于思维流程图具有“类”的继承关系,当教员讲清楚关键问题后,即可让学员自学,培养了学员的自学能力。
(3)提高了教学效率。思维流程图思路清晰,一目了然,教员无须花很多时间板书,学员也无须把主要精力花在记笔记上。讲课时教员可根据学员的学习情况随时调节教学内容和教学进度,把省下来的时间用于扩充教学内容(如EDA技术),从而开阔了学员的眼界,提高了教学效率。
思维流程图教学法在“模拟电子技术”课程教学中的运用还刚刚开始,虽然收到了明显的教训效果,但在思维流程图的合理绘制、与其他教学方法的有机融合、教员讲授与学员自学二者关系的处理等方面,还需要进一步深入探索。我们相信,这种教学方法对改进教学方法、提高教学质量具有普遍的应用价值,希望大家共同努力,使之得到广泛运用,并不断臻于完善。
参考文献
【关键词】Multisim 函数信号发生器 仿真分析
函数信号发生器由正弦波、三角波和矩形波组成,通过RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波后,将正弦波经过零比较器得到同频的方波,将正弦波经过电压比较器和积分器产生三角波。振荡电路是一种能将直流能量转换成具有一定频率和幅度以及一定波形的交流能量输出的电路,按振荡波形可分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路,正弦波振荡电路是一种基本的电子电路,电子技术实验中经常使用的低频信号振荡器就是一种正弦波振荡电路。大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源。无论对于哪种振荡电路,用传统方法精确分析起振、振幅、振荡频率的大小都是十分困难的,而用Multisim软件则可灵活方便的进行仿真分析。
一、MultiSim仿真软件简介
MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件,可以对各类电路进行仿真,并且提供十多种虚拟仪器(如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等),以及18种仿真分析功能(如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等)。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型,配合强大的仿真分析,使结果更精确、更可靠。
二、函数信号发生器的系统设计
根据设计要求,函数信号发生器由正弦波、方波、三角波信号发生器、放大输出及直流稳压电源组成,设计出系统框图如图1所示。
三、函数信号发生器的仿真分析
(1)正弦波仿真分析。运行Multisim10,在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器、电阻、电容、电位器、二极管等元件,组成函数信号发生器的正弦波电路。其中由U1A LM324、R1、W1、C3、C4、J3和R2、W2、C1、C2、J2,组成RC桥式正弦波振荡电路,通过转换J2、J3实现频率的粗调,调节电位器W1、W2实现频率的细调,达到频率的连续可调。由VD1、VD2、W3、R3、R4组成稳幅电路,使产生的正弦波幅度稳定。调整电位器W3,观察示波器显示的正弦波,当调到9%时,失真最小。
(2)矩形波仿真分析。运行Multisim10,在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器U1B、电阻R6、R12、稳压二极管VD3、VD4元件,组成函数信号发生器的矩形波电路。其输入端是正弦波,将正弦波产生电路输出的正弦波经过零比较器即可得到同频的方波。
(3)三角波仿真分析。运行Multisim10,在绘图编辑器中选择直流电源、运算放大器U1C、U1D、电阻、稳压二极管、电容等元件,组成电压比较器和积分器,即产生函数信号发生器的三角波电路。
其仿真的电路用波形如下图所示。
四、结论
应用Multisim10仿真软件进行工程设计,可以缩短设计周期,节省设计费用,提高设计质量;应用Multisim10仿真软件进行仿真教学,在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活,更贴近工程实际,达到帮助学生理解原理,更好地掌握所学的知识的目的。尤其适用于综合设计性实验项目,可有效克服传统实验与实验室开放的局限。学生可据所学知识和能力,自选实验内容,自行设计电路方案,进行电路分析,从而掌握电子电路的设计与仿真分析过程,对提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力、综合设计能力和创新能力,具有重要的意义。
参考文献:
关键词: 高职 应用电子技术 课程改革
为贯彻落实国务院(国发[2005]35号)《关于大力发展职业教育的决定》和江苏省教育厅《省教育厅关于进一步加强高等职业教育人才培养工作的意见》(苏教高[2008]16号)的文件精神,为改变传统教育在一定程度上存在的教学内容与生产实际相脱离、实践与理论相脱离和教学模式落后的状况,从而有针对性地提高应用电子技术专业毕业生职业素质,以增强社会竞争力和社会生存能力,突出职业教育的特色和优势,笔者将对高职应用电子技术专业课改的研究总结如下。
一、课程改革目标与任务
课程改革是专业建设的一个重要方面,是加强高职院校内涵建设、提高教学质量的核心环节。应用电子技术专业课程改革的总体目标是:在以能力为本位的现代职业教育思想指导下,开发和构建新的职业教育课程体系,以项目课程开发为中心,重点研究课程的综合化和模块化,强化实践教学,重视职业素养养成,充分体现职教课程的特色。
通过课程改革,完善专业课程管理体制,彰显就业导向的办学特色;确立符合新课程要求的现代教育教学理念,积极探索教学活动与技术开发、推广、应用紧密结合;构建符合人才需求的,体现多样性、选择性的职业岗位群课程结构,适应学生个性化需求和培养学生岗位变化适应能力;优化教学过程,改变教学方式,完善实践教学的基本标准和规范建设,提高教学实效,培养学生实践创新能力;改革评价制度,建立激发学生学习动力,促进学生健康发展的评价体系;改善学校装备,加快应用电子技术专业数字化进程建设,促进信息技术在课程改革中的广泛应用。
二、课程改革内容与实施
(一)人才培养模式改革
1.构建“产品导向、项目递进”工学结合人才培养模式。
以真实的电子产品作为学生学习、实训的载体,采用边学边练、学做合一的教学手段,将电子产品装、调、修的全过程融入到人才培养的各个环节,全面提高学生的基本职业素养、基本技能与专业综合能力。具体方法:将主要产品按由简单到复杂的顺序安排在不同的学期,每一学期针对该类产品的装调修能力进行项目化、学做合一的培养。随着产品复杂程度的递增,相应实训项目课程也从基础项目、模块化项目向综合实训项目递进;对学生技能的训练从基础技能、专项技能向综合技能递进;学生经历校内实训基地学练合一、校内综合性实训基地学做合一、企业顶岗实习及毕业设计等不断递进的职业能力训练过程,获得良好的岗位综合能力。同时选定的产品之间存在一定的技术关联性,因此实训项目课程前后、项目之间在递进的同时保持关联,促进学生知识与技能的有效掌握与灵活应用。学生经过这种模式的培养与训练,在适应岗位基本需求的同时,将获得职业竞争力的提升。
具体人才培养模式安排如下:
第一学年在校内实训基地进行电子电路的识图、分析、制作与调试等职业岗位的基本技能训练;第二学年利用校内综合性实训基地进行职业岗位的基本技能训练与综合技能训练;第三学年上半学期主要让学生学习拓展知识和常识性课程,并且把考工训练也安排在此学期,学生也可在考工训练环节参与企业实习,考取相应技能等级证书,下半学期利用校外企业实训基地与校外企业实施综合项目训练与顶岗实习并完成毕业设计,实现岗位生产与岗位学习的有机结合,进行职业岗位的综合技能训练。
2.职业道德和职业素养教育贯穿始终。
将学生职业素养与创新能力的培养贯穿于整个教学活动。依托学校构建的科技活动兴趣小组,通过举行“电子创新设计大赛”培养学生创新意识;通过“院级电子技能大赛”、“南通市职业技能创新大赛”、“江苏省职业技能创新大赛”、电子兴趣小组等活动,培养学生的职业协作意识和职业技能,提高学生的敬业责任感和抗压忍耐意志,提升学生职业素养与创新能力。
(二)课程体系改革
以岗位职业活动为导向,以电子产品的装配、综合测试与辅助设计作为能力培养的主线,以真实的电子产品作为学生学习、实训的载体,开发学习内容与职业技能深度融合的课程体系。把原培养方案当中的基础理论课、专业技术课、专业实践课、选修课修课的模式改为更能体现培养能力要求的文化素质课程、基本能力课程、岗位能力课程、专业拓展课程和实践环节课程设置模式。
1.素质教育课程改革遵循“服务素质、服务技能”的原则,分为基础性和应用性两个模块,前者是把一些培养人文素质的课程进行学习,后者是面向专业学习必备基础知识进行学习。一方面重视文化课提高学生基本文化素质的功能,另一方面强化文化课为专业课服务的功能。
2.能力课程分为基本能力课程和岗位能力课程。能力课程改革遵循以技能为中心,以理论够用为度,开发适应技能型人才培养需要能力课程。
3.专业拓展课是让学生根据自己的兴趣或就业岗位所需选择需选修课程。
4.实践课内容紧扣当前企业所需求的专业技能而设定。
在课程体系构建过程中,采取以下措施:
(1)按职业岗位能力要求,重构“以真实电子产品项目为载体”的课程体系,确定构成专业课程体系的工作任务、基于电子产品综合测试工作过程的专业核心课程标准,围绕电子产品综合测试工作任务选择和组织课程内容。
(2)将一些课程进行整合。如将传统的“高频电子线路”课程和“低频电子线路”课程整合至更能体现技能培养的“放大电路分析与测试”课程中,通过扩音机、收音机、充电器、函数信号发生器、直流稳压电源等实际电子产品的设计、安装与测试,锻炼学生的分析、测试与辅助设计能力。
(3)重点研究体现核心能力本位的课程。如“音视频电路分析与测试”和“家用电器设备电路分析与检测”。“音视频电路分析与测试”课程可以以彩色电视机为项目载体进行教学,锻炼学生整机原理分析能力(识图能力)、装配能力、调试与检测能力;“家用电器设备电路分析与检测”课程以空调、洗衣机、冰箱、微波炉、电磁炉等常用电器设备为载体,研究工作过程、对性能进行检测或进行调试,学生的综合测试能力得到进一步锻炼。
(4)开设一些培养学生创新能力和创新意识的拓展课程,如创新设计与制作课。
(5)开设常用工具和常识性课程,如现代通信技术、专业英语、计算机辅助设计(电子)等。
(6)按照能力的递进要求设置实训课程,如先装配,再调试和检验,最后对整机产品性能能进行测试,并能对整机的故障进行有效分析和排除。
(7)开展与职业资格证书的获取相对应的实践环节,对学生的综合技能得到进一步提升。
依据以上措施,根据职业岗位的能力要求,整合课程内容,将职业资格证书考核要求与内容融合到专业岗位综合能力项目课程中,形成与生产活动密切相连的、融职业技能要求于一体的课程体系。
(三)课程内容与教学模式改革
在建立与完善应用电子技术专业课程体系的基础上,把电子产品制作项目融入教学实践全过程,重点建设《放大电路分析与测试》、《控制电路分析与测试》、《音视频电路分析与测试》、《家用电器设备电路分析与检测》等课程。
根据职业岗位能力分解本岗位的知识和技能要求,重构课程的知识点和技能要求。对《放大电路分析与测试》、《音视频电路分析与测试》等课程进行“学做合一”教学改革,将真实的电子产品作为实训项目,以项目导向来激发学生学习的主动性和积极性,并形成相应的项目过程考核机制,强化学生实践技能,提高学生综合职业能力。
(四)考核评价体系改革
根据课程特点采取多种考核方式,具体方法如下:
1.文化素质课程:集中考核,以理论为主,兼顾实践,部分课程可采取开卷考核。
2.常识性或工具性课程:采取集中考核和平时考核并重的方法,既注重平时表现,又要考查其最终掌握程度。闭卷考核。
3.项目化和案例课程:采取阶段化考核的方法,不集中考核。因此这类课程特点明显,以能力的培养为主线,项目完成与否和项目的最终评价结果,再加上项目报告,就可作为这一项目的评价成绩。最终把所有项目完成后给予其综合评价即可。
4.实训课程:采取考查方法进行,根据掌握程度和实训过程进行评价。
参考文献:
[1]夏辉.高职电子专业课程建设探索[J].中国科技信息,2007.
[2]俞仲文.高等职业技术教育实践教学研究[M].北京:清华大学出版社,2004.
关键词:Multisim;单管放大电路;仿真分析;放大电路
中图分类号:TN7;TP39 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2017)05-0-02
0 引 言
模拟电子技术是电子、通信类专业的一门专业基础课。通过这门课的学习,使学生掌握电子电路的基本理论与基本实验技能,并初步具有电子电路的设计和创新能力。随着科技的发展,电子电路分析和设计方法实现了现代化和自动化,在教学中适当引用计算机辅助工具实现硬件设计软件化,让实验变得简单、方便,同时可帮助学生快速理解理论知识。使用Multisim软件不仅可以快速设计电路,还可与理论设计进行比较,为电路的进一步调试提供便利,极大地缩短了产品的研发周期。
本文以典型的单管放大电路为例,具体介绍了利用Multisim设计单管放大电路,并对其进行静态和动态分析,得到放大电路的静态工作点,分析静态工作点的影响因素;在动态分析的基础上得到了电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及带宽。
1 Multisim仿真软件功能及特点
学习电子技术,不仅要熟练掌握电子器件以及电路的基本原理、参数计算方法,更重要的是对电路的分析、应用以及开发。Multisim是一款在业内广泛采用的电子电路仿真与设计软件,其功能强大,能最大化满足使用者的需求,其拥有的专业功能可以轻松处理较为复杂的电路设计。它包含电路原理图的输入、电路硬件描述语言输入,具有丰富的仿真分析能力,元件库中提供了大量仿真模型,确保了仿真结果的准确性、真实性和实用性,并集成了多种虚拟仪表,包含大量设计实例、课程设计和研究项目,使得实验更加简便快捷。
2 单管共射放大电路设计
根据NPN型晶体管的特性,设计一个输入电阻为Ri、输出电阻为Ro、电压放大倍数为Au的共射放大电路,电路设计具体过程如下:
(1)晶体管是放大的核心元件,输入信号为正弦波电压Ui。在输入回路中,加入基极电源VBB使晶体管基极与集电极之间的电压UBE大于开启电压UON,并与基极电阻Rb同时决定基极电流IB;在输出回路中,应该让集电结反向偏置,使晶体管处在放大状态,所以集电极电源VCC应该足够高,这里取12 V,基本共射放大电路如图1所示。
(2)在实际电路中,通常用一个直流电源代替基极电源和集电极电源,为了设置合适的静态工作点,在输入回路中增加一个电阻Rb1,得到如图2所示的直接耦合共射放大电路。
(3)加入输入信号时,图1的Rb和图2的Rb1上均有电压损失,减小了基极与发射极之间的电压差值,影响了电路的放大能力。由于电容有“隔直通交”的作用,在输入端加入大电容C1,使输入信号可以无损失地加在基极与发射极之间,在输出端加入电容C2,连接放大电路与负载。为了稳定静态工作点,并增大放大电路的交流电压增益,在发射极端增加一个电阻Re和一个电容Ce并联电路,具体电路如图3所示。
3 静态工作点分析
为保证放大电路不失真地对已知小信号进行放大,设置合m的静态工作点非常必要。将输入信号置零,使直流电源单独作用时,将基极电流、集电极电流、晶体管b-e间电压和管压降称为静态工作点Q,通常记为IbQ、IcQ、UBEQ、UCEQ。在图3所示的阻容耦合共射放大电路中,已知Vcc=12 V,Rb1=5kΩ,Rb2=15 kΩ,Re=2.3 kΩ,Rc=5.1 kΩ,RL=5.1 kΩ;晶体管的β=50,rbe=1.5 kΩ,UBEQ=0.7 V,分别取C1、C3、Ce为30 μF、10 μF、50 μF。根据晶体管特性以及回路方程,估算静态工作点。因为(1+β)Re>>Rb1∥Rb2,所以 :
(1)
(2)
(3)
(4)
然后通过Multisim的仿真功能与菜单栏Simulate选项中Analysis and Simulation中的DC Operating Point Analysis直接测出b、c、e的节点电压和Rc的支路电流。静态工作点分析如图4所示,其中V(b)=2.98 V, UCEQ=V(c)-V(b)= 6.80V-2.35 V=4.45 V, I(Rc1)=1.01 mA,由此可以看出仿真结果与理论估计值接近。
通过公式(1)~(4)可知,静态工作点与Rb2的取值有关,Rb2越小,静态工作点越高。将Rb2换成最大阻值为100 kΩ的滑动变阻器。改变Rb2,采用直流仿真方法测出四组不同阻值下的静态工作点,数据结果见表1所列,可以看出随着Q点的增高,IEQ越大。
4 动态参数分析
在电路的交流通路中,用h参数等效模型代替晶体管得到交流等效电路,这样的分析方式称为h参数等效模型分析。电容对交流信号短路,晶体管用h参数模型代替,画出图3的交流等效电路图如图5所示。电路的放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro称之为动态参数,根据电路的回路方程,可以得到动态参数的表达式:
(5)
(6)
(7)
在输入输出端接入万用表,设置为交流电压档,测得输入端电压为14 .142 mV记作Ui,输出端电压为1.173 V记作Uo,根据公式(5)计算得到放大增益Au为83.57,输入输出电压如图6所示。也可以放入双踪示波器,A通道连接输入端,B通道连接输出端,打开仿真开关,得到图7所示的输入、输出波形,可以看出输入输出波形有180°的相位差,并且输入波形被放大了81.5倍,与理论值相差甚微。
在输入端并联一个电压表,串联一个电流表,测得输入端电压和电流,通过计算得出输入端电阻Ri为1 kΩ;在输出端采用同样的方式得到输出电阻Ro为5 kΩ,电表均设置为交流档(即AC档)。由以上分析可知理论计算数值与仿真结果基本一致。
用波特图示仪测试电路的幅频特性曲线,共射放大电路幅频如图8所示。由图可知中频电压增益为39.834 dB,根据频带宽度的测量原理,移动测试指针,使幅度值下降3dB,找到半功率点,低端频率fL约为134.4 Hz,高端l率fH约为1.425 MHz,同时计算出放大器的频带宽度fW=fH-fL≈1.4MHz。
5 结 语
利用Multisim仿真软件对单管共射放大电路进行设计和仿真,对电路的静态工作点和动态参数进行详细分析,理论与仿真结果基本相同。在仿真过程中充分利用Multisim的多种仿真方式,快速得到仿真结果,先仿真后制作增加了设计成功率,提高了实验效率。作为教学辅助工具,该设计方法对其他电子电路的设计有一定的参考价值与不可估量的作用。
参考文献
[1]肖渊.基于Multisim的放大电路设计及仿真研究[J].陕西科技大学学报,2009,27(4):126-128.
[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2001.
[3]吕曙东.Multisim10在差动放大电路分析中的应用[J].现代电子技术,2010,33(22):24-27.
[4]刘俊清,赵海,张玉梅.基于multisim10的单管放大电路的仿真[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2012,8(4):55-56,66.
[5]代素梅,刘照红,钟宁.单管放大电路静态工作点仿真分析[J].测控技术,2014,33(12):143-146.
[6]付扬.Multisim在仿真在电工电子实验中的应用[J].实验室研究与探索,2011,30(4):120-122.
在国内,就目前很多的高职模电课程的教学目标尤其是从教学方式方法来看,收效甚微,有如下原因:
1.1在课程改革中,尤其是教材建设上,这参考一些那参考一些不在少数,说不好听一点,这是在剽窃别人的成果,只求数量不求质量,俨然成了大气候!很少真正用心去想去编写一本好的独特的问世教材,以给学习者尤其是高职层次的人带来耳目一新的感觉;时至今日,也很难在图书市场上找到一本能摆脱掉微观内容分析和较多数学公式的推导和计算而编写的模电教材,即仍然没有跳出传统学科体系的束缚。传统的学科体系中的具体专业学科,传授的是理论性知识,主要分析和解决“是什么”(如概念、事实等)和“为什么”(如原理、规律等) 的问题,这是培养科学型人才的一条主要途径,个人觉得这倒是培养本科层次人才要完成的目标和任务,却与高职教育的人才培养要求不太相符; 高职教育是以培养高技能的职业人才为目标,其主要解决“如何做”( 经验 )和“如何做更好”( 策略 )的问题。
1.2板书教学的问题。板书的优势是可以容纳较多的内容,并且内容的整体性较强。学生面对新知识有-个缓冲时间,能够加强对知识点的衔接和对知识整体的把握,特别是在进行原理性推导的过程中更能明显地体现出来。但是,由于模电这门课程在教学的过程中,某些比较难用语言描述的概念或者复杂的演变过程通过板书却很难体现;而且经常要在黑板上绘制电路原理图以及电路中的电压电流波形,无形当中就浪费了不少时间,教学效率大打折扣。
1.3此外,学生未能获得更多的实训机会也是影响高职模电教学效果的又一重要因素。在工科专业尤其是涉电专业方面,急需要有配套的实操环境和仿真环境。而这些教学仪器设备目前就笔者所在学院还不能很好地满足教学的需求,还有待进一步完善。
2改革目标
随着职业教育的深入发展,模电课程的改革和建设刻不容缓地摆在面前。高职院校模电课程改革以就业为导向,最终目的是要让学生成为应用型高技能人才所要具备的重要的技术基础条件。经过反复、认真的调研和思考,明确高职办学的定位。对于应用电子技术专业,学习模电课程的目的是掌握基本单元电路的功能原理及应用,正确使用常用电子仪器,会查阅电子元器件手册并能合理选用元件,具备测试常用电子电路功能及排除故障的能力。据此,修改教学大纲,整合教材内容,选择教学方法,确定实验、实习、实训题目,建立实训基地(与企业合作办学等)。制定实践考核标准,并在实施过程中不断修改、完善。删减理论内容,不要求内容的完整性和系统性,够用即可;降低理论难度,增加实践学时,重点放在仪器使用、元件测试、单元电路调试上,使学生在动手操作中学习知识,培养兴趣。
原来的模电课学生不愿意学,怎么学也学不会;老师不愿意教,费力不讨好。经过课程的教学改革后,通过试点教学,期望学生学习模电的热情明显高涨,并且自己主动地利用课余时间去实验室设计、焊接、调试电路,看到做出的一个个小产品会叫、会动,学生学习兴趣倍增,焊接、测试等技能已经在潜移默化中掌握,由此带来的不仅仅是考试成绩的大大提高,而且学生在长期的实操训练中对理论知识的深入理解和将理论知识联系实际的能力增强,提高了技能。
3改革思路
要学好模电这门课程,必须要在修完高等数学和电路分析这两门课程的基础上。在网络上,曾有人戏称“模电”就是“模糊的电路”,而且很多人都感同身受,由此可见模电这门课程的理论知识的难度还是比较大的。从它的知识体系来看,它属于电子与电路知识领域的其中一个模块,该模块当中又分为若干个比如电子元器件,电子电路,电子技术应用等知识单元,每个知识单元再由若干知识点组成。因此在知识体系上,对照高职教育人才培养目标的要求,模电课程应该多次从宏观的角度用言简意赅的语言描述器件外部形状、功能特点、主要特性、主要电参数和判断检测方法等;对电子电路及电子技术应用时应多多结合现实中实用的相关电路(系统)进行,使学生能够对电路(系统)故障作出正确的排除。
在课程的教材内容设置上,主张理论知识以“必须”和“够用”为尺度,所谓“必须”是指高职人才培养规格之所需,而“够用”则指满足后续专业课程之需要,既要尊重知识的逻辑系统性,又不追求知识体系的完美性。用浅显易懂的语言进行分析阐述,只要学生能够掌握常用电子元器件的外部特性就可以了;另外,要多用多媒体技术教学,通过使用计算机仿真教学来让学生领受电子电路规律,这样既形象、直观又能提高教学效率和质量。虽说教材内容在传统意义上使用的是书面语言文字,笔者觉得使用一些口语未尝不是一个新的尝试!
作为高职类教育的宗旨是培养具有职业道德修养过硬的应用型高技能的人才。因此在技能体系结构的设计上。首先,要有让学生对模电课程理论知识实践知识感兴趣的动力泉源,其次,要将技能的培养与实际生活中遇到的相关知识相联系,培养学生分析处理和解决实际问题的能力。除此之外,还要遵循由浅入深的难度系数规律安排技能知识体系并夹带着健康向上的激励手段,以使学生越学越有成就感,越学越有积极性。
目前就我院乃至全国“工学结合”教育模式大形势的实际情况来看,工学结合虽说在实行起来有很多诸如院内基本实验实训基地的创建、在校企双赢的基础上如何获得更多企业的支持和积极参与以及如何正常运转校企的合作等因素都要考虑,但我想这是高等职业教育发展之必然趋势。工学结合教育模式之所以能持续100年经久不衰,主要归功于它切合实际的理念,那就是以职业为导向,以提高学生就业竞争能力为目的,以市场需求为运作平台。因此为了突出工学结合的教育模式,应将模电课程实训的内容和诸如电子元器件及电路的研发实验、生产流程的企业结合到一起,通过校企合作,使学生以一个普通职业人的身份真正达到工学结合培养模式的课程改革目标。
4改革方案
4.1教学方法和教学手段改革是模电课程教学改革的重要内容之一。
对模电课程的教学方法与教学手段可以从理论知识和实践知识两个方面来进行阐述。
4.1.1在理论学时压缩、实训内容增加的背景下,为了提高教学质量和教学效率,本人对教学方法和教学手段也进行探索性改革。具体做法有:(1)积极开展以电子技术计算机仿真为主的CAI教学方式。尽少采用CAI课件进行教学,以缓解我院多媒体教学设备使用的紧张局面。更多的是采用EWB(Multisim)或Protel工具进行电子电路原理图的展示,然后仿真观测信号参数的方式。(2)教研结合。通过承接社会的一些科研项目或工程,然后让部分基础较好的学生参与其中,是培养学生能力的一个有效手段。
4.1.2减少验证性实验,增加应用性实验。以往模电实验课的内容,大多是为验证理论的正确性和加强理论学习的认识性而设置的验证性的实验。如单级放大电路性能的研究、比例运算放大电路功能验证等实验。对于此类实验往往难以提高学生的兴趣,难以提高学生参与实验的主动性与积极性,从而也就难以提高学生的技能。基于此,有必要减少验证性实验,增加一些更能吸引学生兴趣的应用性和设计性的实验内容,尤其是在企业工作实习期间更能实际具体设计到实际的电路(研发)实验和车间设备的运行机理。如增加光控路灯、集成功率放大电路、车床机床控制技术等。这些应用性实验势必让学生的学习兴趣更浓,参与学习的主动性更高,求知欲更强,更能培养学生的实际动手操作能力。
4.1.3开放实验室。考虑到在指定的教学时间内,并非每个学生都能完成实验,有些学生需要用课后的时间来继续课堂上末尽的实验;另外,鼓励学生自主开展一些电子电路设计与制作,以此来提高学生的实践技能和创新能力。因此,在明确实验室管理责任的条件下有必要开放实验室,并对学生提供从器件和指导的支持。此举是培养学生掌握技能的有效方法之一。
4.1.4应用电子电路CAD工具,开展仿真实验。传统的模电实验是要求学生须搭建硬件电路才能完成,但搭建硬件电路效率低且成本高,学生难以对实验条件、结果进行反复设定、修改,尤其是一些故障的验证很难或不可能进行。引入电子电路CAD后,学生通过使用电子电路仿真软件,可以充分发挥个人的想象力,对电路进行模拟、分析、计算和调试,还可以对电路设置故障, 从而锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。当然,模拟电子计算机仿真实验只是对传统实验方法的一个有效补充,其并不能代替传统实验方法。
4.2教材的改革建设。
根据高等职业教育的教育模式和培养目标,个人认为在教材内容的建设上应进行取舍和重新组织并需要遵循以下几个原则。
4.2.1以“必须、够用”为尺度,重组理论教学内容。
4.2.2减少数理论证推导,多用形象、直观的计算机仿真方法展示电路规律。有专家提出通过调查分析得出,相对于形象思维智能,高职生的逻辑思维智能普遍较低,以符号推导为主数理论证教学方法,并不适合于高职教学对象,而重在揭示现象的计算机仿真更适合高职教学。