電路基礎(chǔ)教學(xué)全文(5篇)

摘要：針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在內(nèi)容抽象、理論無法聯(lián)系實踐、復(fù)雜難學(xué)等諸多問題，提出以Proteus仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)三個方面進行了改革實踐，經(jīng)過幾年的實踐表明，提高了學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情、工程實踐能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)質(zhì)量得到很大改善。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)；Proteus仿真；教學(xué)改革

1PROTEUS軟件介紹

PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿制及印制電路板設(shè)計軟件，是一個電子設(shè)計的教學(xué)平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，覆蓋了電工電子實驗室、電子技術(shù)實驗室，單片機應(yīng)用實驗室等全部功能。它可以對模擬電路、數(shù)字電路、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、LED，LCD開關(guān)等，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器，實時觀看運行后的輸入輸出的效果。

2理論教學(xué)改革

根據(jù)我校地處偏遠且為農(nóng)林院校的特殊情況和實際工程需要，教學(xué)內(nèi)容上舍去復(fù)雜的理論分析，注重理論分析結(jié)果的應(yīng)用，減少有關(guān)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析過程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數(shù)、使用方法。全系教師根據(jù)各路反饋信息，確定數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形，AD/DA和DA/AD轉(zhuǎn)換電路五大教學(xué)項目，每個大項目又分為幾個小的教學(xué)模塊，同時弱化或忽略掉其它相關(guān)內(nèi)容?！稊?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是學(xué)生第一次接觸與以往截然不同的邏輯電路，其中涉及到很多電路的原理和繁瑣抽象名詞術(shù)語，這些無論板書或者多媒體課件，都會使學(xué)生覺得枯燥無味，喪失學(xué)習(xí)激情。如果教學(xué)時根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識直觀、形象、生動，促進學(xué)生對知識的理解和記憶。例如，剛接觸常用組合邏輯電路8線-3線優(yōu)先編碼器74HC148時，學(xué)生對什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號同時輸入，究竟對哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實現(xiàn)利用功能端實現(xiàn)擴展編碼？單靠多媒體講解，這些問題在學(xué)生腦海里像一盤漿糊，一片茫然，無疑加大了學(xué)生的理解難度。這時，教師可以在Proteus界面上形象地演示編碼器74HC148的邏輯功能，如圖1所示，改變各個輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現(xiàn)出74HC148輸出端的狀態(tài)，結(jié)合仿真現(xiàn)象形象講解，使得原來難以理解的芯片功能表也變得容易，會起到事半功倍之效，為后面的學(xué)習(xí)打下夯實的基礎(chǔ)。實踐表明，通過在課堂上現(xiàn)場穿插PROTEUS仿真教學(xué)，學(xué)生很輕松學(xué)習(xí)地譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時序邏輯電路和555定時器的運用，以及AD,DA轉(zhuǎn)換器，對《數(shù)字電路基礎(chǔ)》的畏難情緒一掃而光。

3實驗教學(xué)改革

摘要：傳統(tǒng)的電子技術(shù)類實訓(xùn)課程以學(xué)科知識體系組織教學(xué)，學(xué)生難以把這些相互關(guān)聯(lián)的知識點融會貫通，而且實驗又以驗證性實驗為主，這樣的做法不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和能力。文章針對電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類實訓(xùn)課程教學(xué)中存在的問題，從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，引入大學(xué)生電子設(shè)計競賽內(nèi)容進行實訓(xùn)，打破以班級、年級為授課單位的慣例，提出了不同年級聯(lián)合實訓(xùn)，建立子項目組共同完成綜合項目的合作實訓(xùn)模式。

關(guān)鍵詞：CDIO；電子技術(shù)類課程；聯(lián)合實訓(xùn)

CDIO工程教育模式是根據(jù)項目研發(fā)過程的四個階段來組織教學(xué)的一種教學(xué)模式。該教學(xué)模式2005年引入汕頭大學(xué)，符合當(dāng)時我國工程教育改革的需要，得到教育部高教司理工處的大力支持。2008年4月，教育部發(fā)文成立“CDIO工程教育研究與實踐課題組”，之后于當(dāng)年12月由教育部理工處倡議組建了CDIO工程教育試點工作組，參加的高校有18所[1]。CDIO教學(xué)理念以培養(yǎng)學(xué)生的能力為主線組織教學(xué)，打破了以往以學(xué)科知識體系組織教學(xué)的常態(tài)。胡占軍等人研究之后認為CDIO教學(xué)模式本質(zhì)上與“做中學(xué)”和“基于項目的學(xué)習(xí)”相同[2]。CDIO教學(xué)模式在中國快速發(fā)展，本科院校的工程教育專業(yè)和非工程教育專業(yè)的教師以及高職高專類院校的教師都積極把它用于專業(yè)教學(xué)改革實踐，且取得了一系列的研究成果[3]。本文從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，把CDIO教學(xué)模式應(yīng)用于高職電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類課程的實訓(xùn)教學(xué)改革，引入歷年大學(xué)生電子設(shè)計競賽的題目作為實訓(xùn)內(nèi)容。除了按照CDIO的四個步驟進行教學(xué)外，還打破了以班級為單位進行教學(xué)的模式，提出不同年級的學(xué)生組隊共同完成綜合性的實訓(xùn)項目的新實訓(xùn)模式。

一、CDIO工程教育

CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Imple－ment（實現(xiàn)）和Operate（運行）四個英文單詞的首寫字母，代表產(chǎn)品研發(fā)、運行直至廢棄的全過程。CDIO教育理念是以產(chǎn)品生命周期為載體，建立一體化的相互支撐的聯(lián)系的課程體系，使學(xué)生能夠主動在基于項目的實踐中學(xué)習(xí)工程技術(shù)[4]。CDIO教育模式作為工程教育領(lǐng)域的一項重要改革，其目的是解決工程教育的兩個根本問題，即：培養(yǎng)什么樣的人？如何培養(yǎng)？對于第一個問題它用CDIO教學(xué)大綱給出了工程師應(yīng)掌握的知識，應(yīng)具備的能力和素質(zhì)。對于第二個問題則給出了CDIO的12條標(biāo)準指導(dǎo)工程教育改革的實施方法。依據(jù)CDIO教學(xué)大綱和12條標(biāo)準，教師可以建立一體化的相互聯(lián)系的課程體系。通過設(shè)計基于課程群的綜合性項目，教師可以把基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)和綜合能力訓(xùn)練、課程學(xué)習(xí)和探究興趣、知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)有機地結(jié)合起來。由于每個項目都是基于課程群的綜合性項目，學(xué)生可以有效地把相互關(guān)聯(lián)的課程知識點有機地結(jié)合起來，形成能力。因此，CDIO教學(xué)模式為培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型工程技術(shù)人才提供了一種可執(zhí)行的模式。

二、大學(xué)生電子設(shè)計競賽與學(xué)生能力的培養(yǎng)

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽始于1994年，競賽的內(nèi)容大致可以分為四類：電源及信號源、數(shù)據(jù)采集與控制、儀器儀表、無線電及放大器。競賽涉及多個學(xué)科的內(nèi)容，包括電工電子技術(shù)、單片機及接口技術(shù)、自動控制、傳感器、通信技術(shù)、計算機技術(shù)等。競賽作品的完成要求學(xué)生具備多項專業(yè)技能：電子元器件的應(yīng)用，電氣參數(shù)的實現(xiàn)，電路的設(shè)計、論證、調(diào)試、測試等。此外，學(xué)生還必須有較強的寫作能力以及交流合作能力。舉辦電子設(shè)計競賽的目的是推動高等院校電子信息類專業(yè)的課程體系和教學(xué)模式的改革，使高校注重培養(yǎng)大學(xué)生的工程實踐能力。通過備賽，教師引導(dǎo)學(xué)生把主要精力放到學(xué)習(xí)和能力提升方面，促進高校形成優(yōu)良的學(xué)風(fēng)，為選拔優(yōu)秀人才創(chuàng)造條件[5]?？梢?，舉辦大學(xué)生電子設(shè)計競賽目的與CDIO工程教育改革的目標(biāo)相一致。

一、電工技術(shù)課程體系的構(gòu)建

電工技術(shù)課程體系由基礎(chǔ)知識、應(yīng)用技能、綜合測試和課程評價四個模塊組成。其中，基礎(chǔ)知識模塊包括電工技術(shù)的最基本內(nèi)容，其主要功能是培養(yǎng)學(xué)生掌握基本理論知識；應(yīng)用技能模塊包括實驗、基本技能實訓(xùn)和電路仿真等與電工技術(shù)理論內(nèi)容相配套的重要實踐環(huán)節(jié)，其主要功能是培養(yǎng)學(xué)生扎實的基本技能與應(yīng)用能力；綜合測試模塊包括過程考核和結(jié)果考核，結(jié)合《國家職業(yè)標(biāo)準——維修電工》的要求，注重考核學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論與基本技能的能力；課程評價模塊包括學(xué)生、任課教師、專業(yè)教研室等對本課程的意見和建議。

二、重組理論內(nèi)容，夯實理論基礎(chǔ)

電工技術(shù)課程所包涵的內(nèi)容較多，各專業(yè)對本課程的要求也存在差異，給課程的教學(xué)帶來了較大的困難。通過與相關(guān)專業(yè)溝通、研究專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對本課程的需求，結(jié)合維修電工考試對基礎(chǔ)知識的要求，電工技術(shù)基礎(chǔ)知識模塊按內(nèi)容屬性分為直流電路、交流電路、磁路和變壓器及電機電器四個教學(xué)單元，每個教學(xué)單元下設(shè)若干個基本課題。各專業(yè)可結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的需求組合出適合本專業(yè)的電工技術(shù)教學(xué)大綱和教學(xué)計劃。各基本課題的內(nèi)容要簡練、實用，避免過多的理論推導(dǎo)。同時要貼緊實驗和基本技能實訓(xùn)內(nèi)容；貼緊維修電工考證的內(nèi)容，力求達到基礎(chǔ)知識、應(yīng)用技能、電工考證的高度統(tǒng)一。

三、整合實踐內(nèi)涵，提升應(yīng)用能力

1.實驗教學(xué)，以儀表使用為主。電工技術(shù)是一門實踐性強的學(xué)科，許多知識必須通過實驗手段才能正確建立，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在電工技術(shù)教學(xué)中至關(guān)重要。實驗內(nèi)容安排上力求做到以電路基本元件、基本電路及儀器儀表使用為主線合理安排，弱化理論驗證性實驗，強化應(yīng)用性實驗。通過實驗鞏固電的基礎(chǔ)知識，熟練掌握儀器儀表的使用方法，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力及嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。其內(nèi)容包括電位、電壓測量及基爾霍夫定律驗證、常用阻容元件識別與測試、日光燈電路及功率因數(shù)的提高、三相電路負載、單相變壓器特性的測試和三相異步電動機測試與使用。

2.基本技能實訓(xùn)，注重打好基本功。電工技術(shù)應(yīng)用能力的落腳點就是崗位的工作能力，基本技能實訓(xùn)是其中最重要的一個環(huán)節(jié)。其內(nèi)容包括安全用電和基本操作技能訓(xùn)練；電工儀表的使用；照明系統(tǒng)圖和平面圖的識讀及照明電路的安裝；低壓控制電器的拆裝；電動機的拆裝；電氣控制圖的識讀及電動機正反轉(zhuǎn)控制電路。通過基本技能實訓(xùn)使學(xué)生逐步積累電工基本知識和實用技能，不斷提高實際操作能力，為走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

一、構(gòu)建科學(xué)的課程內(nèi)容體系，主動適應(yīng)信息時代的教改需求

針對電工課學(xué)時減少、內(nèi)容膨脹、更新快的特點，沿著“掌握基本知識，教會學(xué)習(xí)方法，啟迪創(chuàng)新思維”的思路，借鑒國外和地方有關(guān)教育及科技發(fā)展的研究成果，筆者對課程內(nèi)容體系進行了重新的調(diào)整設(shè)計。參考國內(nèi)外同類或相關(guān)的教材和著作，對經(jīng)典內(nèi)容進行了調(diào)整優(yōu)化，刪減了陳舊繁雜的內(nèi)容，補充了現(xiàn)代電子設(shè)計思想和電工常用電路應(yīng)用實例。結(jié)合生產(chǎn)實踐的需要，在加強應(yīng)用的基礎(chǔ)上，考慮到深入淺出、循序漸進的認識規(guī)律，優(yōu)化組合課程內(nèi)容。分四個層次設(shè)置電工課程。

第一層次，電路的認識。介紹電路和基本電路元件，如電阻、電容、電感等及各電路元件的約束關(guān)系、基本物理量等。

第二層次，電路分析基礎(chǔ)。包括電路的基本定律、基本電路分析方法、電路的暫態(tài)分析和正弦交流電路分析。電路分析基礎(chǔ)多見于后續(xù)課程的電路等效分析，影響到電路基本分析判斷與實際電路圖的快速識別。其中直流電路是交流電路、電子電路的基礎(chǔ)。直流電路分析方法，如基爾霍夫定律、等效概念、戴維南定理等，不僅適用于直流電路的分析計算，一般也適用于其他電路的分析計算。這些內(nèi)容貫穿于整個課程中，起著承上啟下或牽動全局的作用。

第三層次，電工器件。磁路部分重點介紹交流鐵心線圈電路，為學(xué)習(xí)變壓器與異步電動機打基礎(chǔ)。電動機重點介紹電動機的控制與調(diào)速。因為電動機的控制技術(shù)仍然是各種控制理論和實踐中應(yīng)用最多的技術(shù)。

第四層次，電工常用電路應(yīng)用及電路設(shè)計方法。介紹電工日常工作中經(jīng)常接觸到的典型電路，使學(xué)員意識到所學(xué)的電工知識絕不是空洞的理論。通過具體的電路分析介紹電路設(shè)計的基本程序和步驟，初步確立電路設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)員的電路設(shè)計習(xí)慣。

這四個層次之中又可以按內(nèi)容難度等級劃分為重點講授內(nèi)容、一般講授內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容。如對戴維南定理重點講解，而對支路電流法，只要講解列方程的原則和方法即可，學(xué)員可以自己總結(jié)出結(jié)論，達到解決問題的目的。交流電路研究的理論依據(jù)依然是歐姆定律、基爾霍夫定律以及基本電路分析方法，只不過分析的對象不是直流而是相量，只要了解了復(fù)數(shù)運算規(guī)律，就能利用前后關(guān)聯(lián)的知識獨立求解，教學(xué)中應(yīng)該把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)員。這樣設(shè)置教學(xué)內(nèi)容體系后，能做到繁簡得當(dāng)、重點突出，既不損害其內(nèi)容的完整性、系統(tǒng)性，又解決了課時減少的矛盾。

1非微電子專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計課程的原則

在非微電子專業(yè)如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學(xué)生有電子電路基礎(chǔ)知識，又有自己本專業(yè)的知識，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設(shè)計集成電路芯片，非常適合進行各種應(yīng)用的集成電路芯片設(shè)計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設(shè)計需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對于這些專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用特點，不宜也不可能開設(shè)微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設(shè)計階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計、可測性設(shè)計等）開設(shè)為單獨課程，而是要將相應(yīng)課程整合，開設(shè)一到二門集成電路設(shè)計的綜合課程，使學(xué)生既能夠掌握集成電路設(shè)計基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設(shè)置上，應(yīng)該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設(shè)計技術(shù)是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進行電路輔助設(shè)計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計工具，是掌握集成電路設(shè)計技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓(xùn)與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學(xué)生掌握集成電路芯片設(shè)計能力和技術(shù)的講授和實踐，又有對集成電路芯片設(shè)計新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學(xué)習(xí)，一方面，學(xué)員掌握了一項實實在在有用的技術(shù)；另一方面，學(xué)員了解了該項技術(shù)的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設(shè)計技術(shù)的繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設(shè)的課程，因此在課程講授中不涉及電路設(shè)計的一些原理性知識，如半導(dǎo)體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學(xué)生能夠很容易入門，提高其學(xué)習(xí)興趣和熱情。

2非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計課程實踐

根據(jù)以上原則，信息工程大學(xué)根據(jù)具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關(guān)專業(yè)開設(shè)集成電路芯片設(shè)計技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學(xué)情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容

1）集成電路芯片設(shè)計概論：介紹IC設(shè)計的基本概念、IC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學(xué)員對IC設(shè)計技術(shù)有一個大概而全面的了解，了解IC設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設(shè)計技術(shù)的基本概念；了解IC設(shè)計發(fā)展趨勢和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、IC低功耗設(shè)計技術(shù)、IC可重用設(shè)計技術(shù)等。

2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設(shè)計流程等內(nèi)容。使學(xué)員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個設(shè)計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優(yōu)化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。

3）RTL硬件描述語言基礎(chǔ)：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設(shè)計方法等內(nèi)容。使學(xué)員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計規(guī)則和設(shè)計方法，并通過設(shè)計實踐學(xué)習(xí)和鞏固硬件電路代碼編寫和調(diào)試能力。