《模擬電路與數字電路》教學模式探索

《模擬電路與數字電路》是本校車輛工程、工業工程、機械工程與自動化等非電類專業的專業基礎課。其中模擬電路的作用與任務是培養學生對常用模擬電路的分析能力和實際電路的設計、測量等的動手能力。數字電路的作用與任務是通過學習數字系統邏輯設計的基本理論和方法，使學生掌握常用數字電路的分析和設計方法，逐步具備獨立分析與設計邏輯電路的能力。
一、問題的提出
雖然電子技術發展非常迅速，但對于初學者在教學中仍應以基本理論、基本概念為主。電子技術教材知識點比較全面，每個知識點講解都比較細化，如果在教學過程中追求所有知識點都面面俱到，會出現兩個問題，一是課時不支持，二是無法讓學生分清主次。對于模擬電路，由于學習過程中理論的知識點比較多，按照傳統的教學方法按部就班的講解會使得課堂教學枯燥，學生也失去學習興趣，于是出現畏難厭學情緒。對于數字電路的學習過程中，模塊化電路隨著講解的深入越來越多，如何去使用學過的模塊去設計具體的電路成為學生需要克服的難點。
而且本校對于非電類專業學生安排《模擬電路與數字電路》課程學時較少，所以在課程教授中沒有安排相關實驗課程來加深理論課知識的理解，因此如何克服教與學兩方面問題成為當務之急。
二、問題的解決
筆者結合學校的教學改革工作和教學實踐，在保證模擬電路與數字電路基本理論體系的前提下，合理取舍教學內容，把握教學重點。在模擬電路中，講解三極管載流子運動推導電流關系時，只注重強調IB，Ic，IE之間的關系，不需要具體去強調涉及到ICEO和ICBO等公式的推導。再比如三極管的微變等效法不需要再去具體介紹推導過程，只需要解釋理由即可。在數字電路中本著“卡洛圖貫穿整個數電”的原則，重點讓學生對卡洛圖能夠理解和應用。而在介紹移位寄存器應用時只需介紹串行加法器，而串行累加器則可以省略。
隨著計算機的普及應用，在教學中引入計算機輔助軟件技術Muhisim，在講授理論知識的同時，輔助實驗演示，可以提高課堂教學效率，加深學生對《模擬電路與數字電路》課程理論知識的理解。在模擬電路中，通過引入軟件教學后，利用軟件靈活改變各種仿真參數，引導學生先作出某種假定，用理論知識分析相應實驗現象，然后進行電路仿真，證明書本上的結論，從而加深學生對理論知識的理解。對于數字電路靈活性、實用性比較強，在以往的教學中多強調電路的分析而忽略了具體電路的設計，在將來的教學中將加重電路的設計，軟件可以驗證電路設計的重要性。
三、教學范例
1．將Muhisim軟件引入模擬電路教學。筆者在模擬電路理論教學過程中穿插使用muhisim軟件給學生演示驗證性實驗，例如在講解三級管基本放大電路失真的時候，可以先用圖解法介紹Q點選取過高過低的時候會引起什么樣的失真，然后通過軟件演示更加直觀形象的介紹參數調節過程中輸出波形的變化，電路如圖1所示。根據理論知識，當RB取值過小會導致截止失真，當RB取值過大會導致飽和失真，在軟件仿真過程可以演示滑動變阻器的取值從小到大輸出波形的變化如圖2、圖3、圖4所示，讓學生對過程了解的更加直觀，有利于對知識點的掌握。

2．將multisim軟件引入數字電路課程教學。筆者在講解編碼器模塊，首先介紹了編碼器的基本原理，然后引入編碼器芯片74147，為了學生更直觀的了解編碼器的作用，筆者用muhisim連接了編碼器電路如圖5所示。輸入部分通過單刀雙擲開關控制輸入0或1，輸出通過連接四個小燈觀察結果。當開關J1選擇輸入0信號對應我們的理論知識是它要求編碼，小燈X4X3X2X1對應狀態為1110。電路結果更直觀的看到74147是低電平工作有效，輸出為對應的8421BCD碼的反碼。當開關J1、J3和J5輸入0信號，此時小燈對應的輸出為1010，學生更好理解優先級的問題。這樣的教學方式使得原本很抽象的理論講解更加形象生動，既吸引學生的注意力，又激發了學生的求知欲，加深學生對知識點的理解，大大提高了教學效果。

實踐證明，這樣的教學方式使學生能夠直面種類繁多的各種功能器件，能夠自主應用各種型號不同的芯片完成簡單電路的設計。更為重要的是，這樣的教學方式培養了學生經常查閱文獻資料的習慣，對后續課程的學習起到了一定的輔助作用。
筆者對《模擬電路與數字電路》課程理論教學進行改革，在保證基本理論體系的前提下，合理取舍教學內容，把握教學重點，加強分析與設計方法學習的教學并將EDA技術引入理論課程教學，在講完基本原理后，及時地輔以軟件仿真，加強學生對實際電路的感性認識，從而消除其對電路的陌生感和神秘感，大大提高其學習的興趣、積極性和主動性，讓學生在參與中學習，學習巾進步。