电路分析与模拟电路课程实验平台建设

２１世纪，人类跨入了以高新科技综合创新为代表的信息技术时代，信息社会中信息的产生、存储和处理等过程均由电子电路来完成，因此，电子技术的诞生成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础，电子技术的蓬勃发展对电子行业精英人才的培养提出了新要求，精英人才需具备多种新特质与素养才能面对２１世纪社会和科技发展的挑战．电子科技大学作为特色明显的高校，非常注重深化本科人才培养综合改革以及学生专业能力的培养，实行的是“３＋６”的课程建设，“３”指数学、物理、英语３门公共课；“６”指电子科技大学电子信息学科最具特色的６门专业基础课，包括模拟电路基础、电路分析基础、数字逻辑设计及应用等课程，这些课程设立了首席教师岗位，专门负责这些课程的教学和课程建设．为了适应电子技术发展的新要求以及相关领域迅速发展的新形势，模拟电路基础和电路分析基础迫切需要更新教学内容，改进教学方法．我校将模拟电路基础和电路分析基础合并成一门课程———电子电路，９６学时，６学分，在大一的第二学期开设，这是电子科技大学迄今为止唯一的一门６学分的专业基础课．通过一系列的教学改革措施，电子科技大学经过近几十年的快速发展，在许多领域成为了“领跑者”，是国家“９８５工程”、“２１１工程”重点建设的教育部直属重点大学，根据教育部学位与研究生教育发展中心２０１２年学科评估结果，电子科技大学的电子科学与技术学科排名全国第一，信息与通信工程学科排名全国第二．
２０１５年底，国务院颁布《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》（简称“双一流”总体方案），以“到本世纪中叶，建成高等教育强国”为主要目标．为了响应电子科技大学深化高等教育教学改革以及“双一流”大学的建设要求，电子电路教研组经谋划、认真研讨和广泛征求师生意见，凝聚共识，以本科培养方案及重点教改专项为牵引，论述了电子电路课程教学和实验平台搭建的措施和体会．
１　运用类比思维的教学改革
面向推进精英人才培养战略、优化人才培养体系和建设一流本科教育的要求，精英人才培养不仅强调解决问题———怎么做？更强调思考问题———做什么？及为什么做，帮助学生从更宏观的角度、以跨学科和系统性思维看待与解决问题．在电子电路的教学过程中，我们已经清晰地认识到随着电子电路技术日新月异的发展，电子设备日益集成化，电子设计自动化（ＥＤＡ）以及各种电路仿真软件的飞速发展大大简化了过去繁杂的电路分析和计算，因此，授课时不宜过细地分析模块的内部原理以及进行繁杂的电路计算，但经典的电路分析理论知识例如基尔霍夫电流定律（ＫＣＬ）、基尔霍夫电压定律（ＫＶＬ）等仍然应该是学生重点掌握的内容．电路分析课程重点讲授电路的概念定律、分析方法及等效电路；模拟电路课程重点讲授三极管的特性、放大电路的反馈和模拟集成电路的组成及应用．另一方面，模拟电路的工作原理和过程极为抽象，有碍于直观理解和观察．因为世界是模拟的，自然界的信号都是模拟信号，模拟电路与现实生活密不可分，故我们提出了以“类比思维方法”作为主体的电子电路技术比较教学策略．所谓类比思维，是指根据两个或者两类事物之间在某些方面上的相同或相似，将一种特殊事物的认识推移到另一特殊事物的逻辑推理方法，当两类事物在某一或者某些方面相同或相近时，即可运用类比思维．教学改革的出发点应摒弃传统的机械被动式灌输讲授，由“填鸭式”教学法转向恰如其分地创设类比联想的情境．例如：运算放大器最早被发明的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除运算，同时也成为实现模拟计算机的基本模块．又比如：在讲授正弦波振荡电路———振荡电路的基本原理这一章节时，如果只是生硬地给出“振荡”的定义，学生只能机械被动的接受，印象也不深刻，在讲授此章节时，可以首先提问：“同学们，大家荡过秋千吗？”将学生从枯燥无味的课堂教学引入到愉悦的生活情境，学生思维的转变使得心情愉快了，学习兴趣也提高了，再进一步展开教学活动，进行下一环节的提问：“要使秋千维持振荡需要满足什么条件呢？”通过类比现实生活中常见的事物，巧妙地将振荡电路与秋千做类比，把每一个环节通过类比生动、形象地展现出来，启发学生对电子电路技术的兴趣，加深学生对于知识点的掌握，进而去尝试观察、类比、思考，触类旁通地总结模拟电路技术发展的规律和路线图，从而寻找到学习创新的路径及解决问题的方法．
２　科技创新为主的实验平台建设
为教学改革提供支撑平台是实验平台建设的一项重要内容，电子电路实验平台的软件系统采用以Ｂ／Ｓ模式为主、Ｃ／Ｓ模式为辅的设计方案，Ｂ／Ｓ模式使用Ｗｅｂ　２．０技术实现，采用经典的前台应用层、中间业务逻辑层和后台数据访问层的三层架构设计，方便系统升级和管理．在系统实现上还设计了统一用户及权限管理系统，用户可以单点登录，这样用户只需要登录一次就可游离在多个信息系统之间，极大方便用户体验．为有效管理数据，设计了统一数据管理平台，将各个系统的数据进行集中存储，并从硬件角度设计数据冗余备份，同时架设二级硬件防火墙保障数据安全．如图１所示，电子电路实验平台包括４个子平台：
２．１　创新型实验服务平台
创新型实验服务平台以多元化方式为学生提供参加科研项目活动的便捷途径，目前电子电路实验中心结合学校的科研活动开展了常规５项创新型科研专题活动，它们是Ｓｙｎｏｐｓｙｓ国际微电子奥林匹克竞赛、ＳＲＴＰ科技创新项目、大学生工程实践、个性化实验和创业训练活动，这些专题活动面对全校学生开放，每一个专题活动启动时都预设有一定量供选择的具体项目，学生在网上提交申请表，在填写申请时学生也可以根据自己的兴趣自拟题目、自行组队，实验中心将根据申请情况为每个项目小组安排１～２名专业指导老师，所有专题活动都可历时一年以上，在项目结题时，学生需要网上提交结题报告和项目成果，之后由实验中心安排现场答辩评审．
２．２　专业课实验导学平台
专业实验导学平台是一个多媒体学习平台，由专业课老师根据实验教学内容而编排，该平台内容丰富多彩，涵盖到模拟电路技术领域诸多方面，不仅有文本图像，还搜集了大量国外名校的课程视频资源，学生可根据需要通过网络申请到实验中心来观看学习．
２．３　电路百科库学习平台
实验中心收集和整理了大量专业基础知识，建立了电路基础百科知识学习平台，向全校师生开放，任何对电路设计领域感兴趣的师生都可从中受益．该平台由实验中心老师进行维护，其内容几乎每天都在被更新或扩充，它也是电子电路实验中心一流服务的体现．
２．４　社会化培训服务平台
电子电路实验中心建立了多种多样的教学平台，这些平台紧跟时代步伐，在教授学生、培养学生的同时，利用学校在半导体产业领域的学科优势面向社会开设高端的、技术性较强的中、高级研修班，这是我校服务社会、国家的一个很好的平台，这不仅为企业提供方便、节约培训成本，也是电子电路实验中心实现社会化效益的重要体现，希望借助电子科技大学半导体产业领域学科在全国的领先优势，搭建培训交流平台，使各位企业学员与电子科大结下深厚的缘分，帮助学员开阔视野，提高科研技术水平，建立与我校进一步合作和发展的良好基础，为地方经济发展服务．
综上所述，电子电路实验中心是培养学生创新思维的孵化园，它为学生提供了项目丰富、内容精彩的实验平台，能有效地激发学生的学习兴趣．通过实验平台，学生不仅可以获取更全面的基础知识，还有机会参加形式多样的科研创新活动．另一方面，在培训企业人员的同时，能切实了解企业的生产变化情况，适时改进实验平台，更好地服务于学生和社会．