研究型教学实践经验谈
李江昀  史雪飞 李晓理

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    摘要:文章根据高校模拟电子技术课程的特点，总结出该门课程在衔接基础课与专业课程之间的重要的过渡作用，提炼为“4个桥梁”。围绕这些桥梁，开展了研究型教学，阐述了教学措施和经验。同时，文章给出了应用“抛锚式教学策略”开展研究型教学的应用实例。文章最后指出了目前经验的不足，并制定出进一步深化研究型教学的思路。
　　关键字:模拟电子;研究型教学;抛锚式策略;
　　根据长期的教学实践，我们认为模拟电子技术在高校理工科教学中具有十分重要的作用，可以总结为4个桥梁。围绕模拟电子技术课程的突出特点，我们开展了研究型教学的探索工作，精心设计了4个研究专题，并在教学实践中采纳了新的教学模式和方法——抛锚式教学策略。
　　一、 4个研究专题囊括了“模拟电子技术”在本专业领域的4个桥梁作用。下面是具体的措施和经验。
线性系统与非线性系统的桥梁
　　“模拟电子技术”的先修课程是高等数学和电路，他们的基本原理都是基于线性系统的，而模电中的晶体管和场效应管都是非线性元件，学习使用线性系统分析方法分析非线性问题，以及扩展学生的视野从线性世界到非线性世界，是该门课程架起的第一座桥梁。据此，在教学实践中我们采取了以下措施：
　　① 教师阐述线性与非线性系统的数学描述上的差异；
　　② 举例现实世界中的线性系统与非线性系统，并引导学生寻找和发现其他的实例；
　　③ 教师提出科学上解决非线性问题的2~3种方法，着重讲述将非线性问题分段线性化，用线性系统理论解决非线性问题的方法。逐步引导学生理解静态工作点Q点及微变等效电路分析法的科学定位；
　　④ 用实例说明“零点漂移”问题，实质是由晶体管非线性特征导致的，使学生能够将理性认识和感性认识有机结合。
　　2）理论解析与工程方法的桥梁
　　学生在学习初等数学、高等数学和大学物理等课程时，使用的都是严格的数学解析方法，即通过数学解算获得精确解。而模拟电路大多含有非线性元件，如果使用数学解析方法分析，将会使求解过程过于复杂甚至难于实现。并且，实际应用中，还存在影响解析解的各种因素，如元器件的个体差异，外部环境干扰等复杂因素；而使用工程近似的方法，快速获得近似解，在实际中通过调试获得理想结果是“模拟电子技术”这门结合应用的课程所必需的，同时也是大量工程实践项目中经常采用的。带领学生从精确求解向近似估算过渡，以及了解现实世界的多样性和复杂性，是本课程架起的第二座桥梁。
　　具体措施：
　　① 以分压偏置式静态工作点稳定电路的数学解析与工程近似解为例做计算复杂度对比；
　　② 用Multisim仿真加入温度扰动及器件特性扰动，发现不同情况下解析解在估算值附近波动；
　　③ 导出工程近似解的应用前提，掌握工程近似的一般方法。
　　3）基础理论与实践应用的桥梁
　　 “模拟电子技术”是较早在大学课堂设置实验的课程，一般大二设课。掌握实验分析方法，以及通过实验理解和验证基础理论是该课程提供的第三座桥梁。目前学校公开设课的实验课，大部分使用教学模具，且实验场所和实验时间都较为有限，学生缺少大量实验和实践的机会。为此，我们引入计算机辅助教学法，使用Multisim仿真软件进行适当的实验教学，引导学生熟悉和依赖先进的设计方法辅助学习。学习使用仿真软件进行电路的设计不仅是课程学习的方法，同样也是大型电子线路应用设计的重要手段，在基础知识学习阶段了解和掌握这种方法亦是十分必要的。
　　4）个体与系统的桥梁
　　一般来讲，一个大型完整的电子电路应用系统，包含有若干个环节，分析和设计一个系统必须能够按照功能化整为零，逐级逐步依次展开，而后通观全局全面协调。培养学生分析问题从系统分解至个体，再整合成系统的过程，是模电架起的第4座桥梁。措施：
　　① 以通用型集成电路F007为例，首先帮助学生分析其功能模块及每部分的电路设计；
　　② 对于各级之间的耦合关联提出问题，并指出耦合反应了系统内部之间相互依赖又相对独立的普遍性；
　　③ 导出“模拟电子技术”的常用物理解耦方法和理论解耦方法。
　　在以“4个桥梁”为核心的研究型教学实践中，为了使学生充分融入课堂，深入理解知识点，更好地掌握重点内容，我们还引入了抛锚式教学方法。
　　二、抛锚式教学策略在“模拟电子技术”课程中的应用 
　　抛锚式教学是典型的任务驱动模式教学过程，它的教学特点是知识的获取建立在真实事件或者真实问题之上；具体的教学过程是由教师提出预先设计好的、发生在身边的真实问题即锚，这个“锚”用一根主线将问题的解决过程以及课程的知识点融入其中，学生在教师的引导下、自主地探索中循序渐进地引出这些相关知识，使学生置身在提出问题、思考问题和解决问题的动态过程中进行研究和学习，变被动接受为主动探索，从而改善了学生学习的根本动力。     
以放大电路静态工作点的稳定为例，抛锚式教学案例设计如下：
　　1）引入“锚”，即首先导入创设好的一个情境或者真实事件，用一根主线将问题融入情境或真实事件中，使学生沿着主线求解复杂的问题。在教学实践过程中根据Q点稳定的教学内容，通过生活中一个具体的实例（比如关于“最初的收音机设备出现冬天响夏天不响”的有趣现象）作为“锚”提出需要解决的一系列问题：①客观上的不稳定带来什么后果？ ②是什么原因使它不稳定? ③怎么稳定? ④在稳定的过程中会不会遇到新的问题？⑤怎么解决新问题？
　　2）围绕“锚”展开教学活动。学生通过了解情境或真实事件，从而掌握某些特定的概念知识。具体的教学过程是这样：提出上述问题之后，可以给学生一定的空间，在查阅相关文献的基础上展开对问题解决的探讨，要求学生制定解决计划；教师在归纳学生计划的同时，引导并提出最好的解决思路：以“变化”应“变化”的工程思维方式，讲解能够实现这一补偿功能的电路。
　　3）运用所学知识作为问题求解的工具。在解决Q点稳定的过程中会遇到新的问题，这时教师要引导学生自己能够运用所学知识来解决新问题。比如在分析Q点稳定电路时发现：发射级电阻的引入虽然稳定了Q点，但却导致电路的电压放大倍数减小了，此时启发引导学生通过自主地研究寻找化解矛盾的方法，找出“双赢”的方案——利用电容的隔直通交作用，从而解决了这一新的问题。
　　4）拓展“锚”。对于这个环节教师通过课后作业进行拓展，比如我们让学生通过查阅《中国期刊网》上的期刊文献，经过小组讨论，然后总结出5种稳定Q点电路的思路和方法。
　　在已经开展的研究型教学工作中，我们发现学生的学习兴趣大为提高，并不时涌现出“奇思妙想”；同时，学生对知识点的把握也不再只是停留在课本的理论和公式中，能够在一定程度上对所学知识活学活用。通过对修课2年后的学生的回访（大四毕业前），学生在不复习的情况下，可以回忆起大部分的知识点，尤其是对研究专题记忆深刻。
　　　但是，我们的工作仍存在不足和进一步改进的空间。集中表现在：
研究型教学还是以教师为主体，学生是客体。大部分的“研究”由教师完成，学生还是处于被动接受状态；
抛锚式教学案例主要从教材中提炼，缺乏对科技进步的体现和更高知识层次的拔高；
3) 教学与工程实践存在较大程度的脱节，科研课题还没有走进课堂。
　　三、进一步开展研究型教学的基本思路：
    结合我们在“模拟电子技术”开展研究型教学的经验和长期从事科研项目的优势，我们计划走教学与科研相结合的研究型教学探索之路。
　　1）教学为本，大力开展基于问题的抛锚式教学模式：
　　① 提炼具有一定综合性的“身边的”现实问题，如高保真功率放大器的设计与制作，空调恒温控制系统的PID调节控制器的实现等，分阶段分层次化解为若干个小课题（契合重点知识）作为案例研究，在课程结束前完成全部设计；
　　　注重“研究”主、客体的转变，鼓励学生积极参与案例的课前设计和课后总结分析，成为研究型教学主体；
教师作为“研究”客体，设计关键性环节，给予学生必要的方向性指导；
　　　组织研究讨论会，由学生组织，学生主持。阐述案例方案，接受质询，在集思广议的同时，加强学生的学术合作意识和思辨能力。
　　2）科研参与为辅，注重理论知识与工程实践相结合：
　　① 科研与教学相结合，引导科研课题进课堂。如带保护自反馈继电器控制板的开发，遏制机械振动波的陷波滤波器开发，高精度高分辨率A/D和D/A转换器的开发等；
　　② 选拨优秀设计与成果，推进教学成果转化为生产力；
　　③ 鼓励学生科技创新，重视吸收本科生参加科研项目。
　　参考文献：
　　1.史雪飞,刘蕴络,牟世堂.抛锚式教学策略在模拟电子技术课程中的应用.电气电子教学学报,2007,29(2):115-119.
　　2.董泽芳.推进研究型教学 提高本科教学质量. 武汉生物工程学院学报,2009,5(1):65-69.
　　3.黄晓东,何奎.研究型教学在工科专业课教学中的实践. 中国教育技术装备,2011,6:40-41.

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