电子设计竞赛的模拟电子技术教学改革

摘要：全国大学生电子设计竞赛是大学生参与的重要科技活动之一。安徽工程大学电气工程学院在总结学生参加电子设计竞赛经验的基础上，完善了以项目化为核心的模拟电子技术课程教学体系，革新了以仿真计算和自制教学设备相融合的教学手段。实践表明，教学改革显著提升了教学质量、教学效果以及学生的工程实践能力，同时提高了学生在电子设计大赛中的成绩。

关键词：电子设计竞赛；项目化；电子技术；仿真

电子设计竞赛是非常重要的大学生学科竞赛活动，推动了高等学校电子信息类专业课程体系和课程内容的改革，不仅培养了大学生的实践创新能力和团队协作精神，而且提高了学生的工程实践素质。另外，大赛组委会还增加了全国大学生电子设计竞赛模拟电子系统专题邀请赛，命题以模拟电子系统设计为主题，内容涉及模拟信号获取、处理、转换、产生以及变换技术等方面。由此可以看出模拟电子技术在电子信息类专业课程体系中的重要地位。模拟电子技术是电子信息类专业非常重要的专业基础课，对学生后续课程的学习有着举足轻重的作用。随着电子技术的发展，数字电路的应用越来越普遍，使得部分学生产生了模拟电子电路不再重要的错误认识。由于传统的教学模式存在着过分重视理论知识考核成绩，重分析轻设计，验证性实验多综合性实验少等问题，加上课程学时数的不断减少，使得模拟电子技术课程的学习效果不尽理想。综上所述，进行模拟电子技术课程教学改革已势在必行。安徽工程大学电气工程学院在总结学生多年参加电子设计竞赛经验的基础上，利用仿真计算和自制教学设备相结合的教学手段，建立了以项目化为核心的模拟电子技术课程教学体系，并取得了显著的教学效果。

1以电子竞赛题目为依托，设计项目化教学任务

全国大学生电子设计竞赛的题目是在广泛开展赛区征题的基础上由专家统一进行命题，具有较高的前瞻性。通过分析大赛命题所包含的知识点，结合模拟电子技术教学大纲中的内容，建立项目化教学任务，实现该课程由重理论到重实践的转变[1~3]。电气工程学院师生经过多年的探索，结合电子竞赛中用到的知识点，建立了若干个综合性的实验项目，实现模块化教学[4~6]。通过这些项目，学生可以很轻松得将理论和实践联系起来，加深对所学知识的理解。这里以其中的一个实验项目“差动变压器式位移传感器的调理电路设计和制作”为例进行说明。图1所示的是差动变压器式位移传感器调理电路原理框图。图中正弦波或方波产生电路的功能是产生一定频率的正弦波或方波，用来激励传感器的初级线圈；检波电路的功能是将差动变压器次级线圈输出的电压转换成一个既能反映位移大小，又能反映位移方向的电压信号；放大电路的功能是将检波电路得到的小信号放大成合适的大信号；滤波电路的功能是将放大信号的高频分量滤掉，获得一个纯净的直流电压信号；转换电路的功能是将电压信号转换成电流信号，以便适应信号的远距离传输；直流电源电路的功能是对整个电路进行供电，一般情况下供电电压为24VDC。该电路通常用来检测物件移动的位移量，在电子设计竞赛中的应用非常普遍，同时整个调理电路基本上包含了模拟电子技术课程的所有知识点。表1为调理电路包含的单元电路和教学大纲的对应关系。

2仿真计算和自制教学设备相互融合

随着计算机技术的发展，仿真计算在学习和研究工作中的地位日益提高[7~8]。仿真计算已经与理论分析、科学实验成为当代科学研究的三大支柱。在电路板制作之前未能发现设计缺陷可能延迟计划，从而显著增加成本，仿真则有助于这类问题的及时发现。在模拟电子技术教学过程中，支持“理论分析仿真计算实验验证”的完整流程。目前，在计算机上搭建仿真计算的平台非常容易，这就为课程教学实现理论和实践结合提供了极大的便利。全国大学生电子设计竞赛考查参赛者的一项重要能力就是设计并制作电路板。我校电气工程学院师生结合历年电子设计竞赛的题目，先用PSpice软件进行仿真，然后自行设计制作了多套实验装置，并用于实验教学。其中，2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题要求利用综合测试板上的555芯片和四运放324芯片，设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波I、正弦波II的波形产生电路。图2是其中一个单元电路即方波和锯齿波产生电路的仿真计算，（a）图为方波和锯齿波产生的电路原理图，（b）图为uo1端输出的方波波形，（c）图为uo2端输出为锯齿波波形。同样，可以利用PSpice软件对其它单元电路进行仿真计算。图3为自制的2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题的PCB图和实物图。

3教学改革的效果

以项目化教学任务为载体，结合大学生电子设计竞赛，优化了模拟电子电路课程的教学内容，并采用最新的教学手段，培养了学生的动手能力、创新能力和团队协作精神。

3.1学生理论基础明显扎实

以前学生在学习模拟电子电路时，很多概念学得不是很扎实，自从课堂教学中使用了仿真计算后，特别是我校电子电气类专业开设了仿真软件学习课程，学生的学习兴趣明显提高。学生可以利用仿真软件对学习的每一个电路都进行仿真计算，这样可以很好地检验理论学习的效果。

3.2学生竞赛成绩显著提高

自从教学改革以来，参加电子设计大赛的人数大幅度提高，同时取得了很好的成绩。截止到2017年，我校电气工程学院学生参加大学生电子设计竞赛，共获得部级一等奖3个，部级二等奖2个，2014年和2015年蝉联安徽省TI杯，成绩喜人。

4结语

在总结电子竞赛经验的基础上，运用仿真软件进行项目化教学，对模拟电子技术课程教学进行了全方位的改革，优化教学内容，革新教学手段，形成了完善的课程体系。通过多年的教学实践，该体系能够有效地调动学生的主动性，在最近几年模拟电子技术课程考试中，学生的不及格率明显下降。同时，教学改革的各项措施，提高了学生的实践创新能力，教学效果显著。

参考文献

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作者：王冠凌 柏受军 王正刚 单位：安徽工程大学 电气工程学院