基于OBE的《电子线路设计制作》课堂教学方法改革探索.docx

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基于OBE的《电子线路设计制作》课堂教学方法改革探索

基于OBE的《电子线路设计制作》课堂教学方法改革探索

摘要：

本文以工程教育认证为契机，以《电子线路设计制作》课程为载体，探索”成果导向”的课程教学改革方法。

《电子线路设计制作》课程建设与实施过程中积累的经验对制定专业教育的课程目标，构建专业教育的课程体系和评价体系具有一定的参考价值。

关键词：

成果导向;教学方法;卓越人才培养

《电子线路设计制作》课程是一门基础类综合型训练课程，在学习完成“模拟电子技术”、“数字电子技术”以及“电子技术应用综合设计”等基础课程学习与实训以后，为进一步提高电子技术综合设计能力而设置的衔接课程，目的是通过“精密全波整流电路”“语音滤波器”“数控直流电压源”三个模块的实践训练，掌握相对基础类的综合型电子技术的仿真方法、设计方法和调试方法，锻炼学生查阅资料能力、电子技术设计能力、动手能力、分析能力与科技报告编写能力等。

通过整个设计过程的训练使学生受到设计思想、设计技能、调试技能、论文撰写与实验研究技能的训练，同时有利于培养团队协作精神，提高学生的自学能力和运用基础理论去解决工程实际问题的能力，为后续综合型电子系统的设计奠定基础和实际工程应用打下坚实的基础。

一、OBE教育理念

“成果导向（OutcomeBasedEducation，简称OBE）”的教育理念发源于美国，引导着美国大学的课程发展。

迄今为止，美国高校的本科课程标准大体形成了较为完整的指标体系。

“成果导向”的概念是1981年美国学者斯派蒂最早提出的，该教育理念一经提出备受关注，这一理念对美国、日本、我国台湾地区等一些国家和地区的课程改革产生了深刻的影响，得到了教育理论界与实践领域的重视。

目前，成果导向课程发展已在医学博士、工学博士等专业学位培养中广泛应用，虽然不同学科、学校的具体操作不同，但课程发展的实质均以学生“能力”为核心，通过主要程序的持续循环运作，将预期课程成果结构化、序列化、现实化，从而提升教育质量。

我国于2016年正式加入《华盛顿协议》，通过工程认证的专业毕业生在相应的会员国申请工程师执业资质时，将享有与本国毕业生同等的待遇，这一事件标志着我国工程教育质量得到国际标准的认可。

目前，全国高校都在积极推广和开展工程教育认证工作。

成果导向、以学生为中心、持续改进是工程教育专业认证的三项基本理念，因此“成果导向”的教育理念是工程教育专业认证要求所贯彻的三大理念之一，被认为是追求卓越教育的正确方向，是工程教育改革的新理念。

成果导向教育，就是以成果为导向，利用反向设计原理，首先考虑学生通过教育最终所取得的学习成果，以成果来指导教学设计和教学实施。

“成果导向”的教育理念以所有学生都能够掌握所学知识为前提条件，可以把专业教育的成果作为出发点，制定专业教育的课程目标，构建专业教育的课程体系和评价体系。

本文以工程教育认证为契机，以《电子线路设计制作》课程为载体探索“以成果为导向”并持续改进的教育模式的贯彻实施，一定能促进更快、更好地培养出适应社会需求的电子信息类卓越工程师人才。

二、课程教学内容

该课程是为了提高学生电子系统设计能力，培养学生综合应用集成运算放大器和相关电路模块等进行电子线路设计制作而开设的实验课程，根据教学大纲的要求，教学内容由以下三个独立的实验内容构成：

（一）精密全波整流电路

精密全波整流电路是应用集成运算放大器对交流信号进行直流转换和有效值检测的重要模块，由半波整流电路、比例运算放大器和滤波电路构成，其工作原理与设计方法可为稳压源、万用表以及峰值检测电路设计奠定基础。

（二）语音滤波器

人类声音的频率范围为300Hz～3400Hz，在语音信号处理时常常采用带通滤波器滤除干扰。

设计时为方便起见选用带通滤波器的工作频率范围为300Hz～3000Hz，由于Q=W0/BW，W0为中心频率，BW为带宽，要求BW远远小于W0，而本设计中二者相差不多，因此不能直接用带通滤波器的设计方法，需要采用高、低通滤波器级联的方法设计。

采用运算放大器设计有源高滤波器、低通滤波器以及带通滤波器的方法可广泛应用于电子系统设计中。

（三）数控电压源设计

利用D/A转换器实现数模转换，运算放大器实现比例放大，三极管Q1与Q2构成复合调整管实现电流放大，由三极管和取样电阻构成过流保护电路。

具体要求为：

1.输出电压：

范围0～+9.9V，步进0.1V;输出电压分为100个档位，从0-99，可任意调到要求的一档输出电压。

2.输出电流：

500mA。

3.具有过流保护功能。

三个实验教学内容的安排以集成运算放大器的应用为主线，由简单到复杂逐步提升学生的理论水平、设计能力与实践动手能力。

三、课程教学中存在的问题

《电子线路设计制作》课程的三个实验内容难度都不是太大，而且內容安排上也是遵循由简单到复杂的原则，学生只要模拟电子技术、数字电子技术课程以及相应的课程设计真正掌握了，该课程的设计任务应该可以顺利完成;但是该课程涉及的内容比较广泛，除了要求掌握三个实验的工作原理外，还要学习仿真软件完成设计仿真，然后在面包板上完成电路的搭试，最后要使用仪器仪表完成指标测试，整个实验内容一环扣一环，如果一个环节没掌握好或者出现差错结果就出不来。

刚刚接手这门课时，实际情况不太理想。

我按照正常实验教学内容讲完后，专门把实验中用到的仪器仪表让学生熟悉了一遍，器件的PDF文档以及典型应用都发给学生，仿真软件的使用也讲了，搭建电路时的注意事项也讲了，但学生在实际实验过程中好像没听到一样，还是出现了各种各样的问题，老师变成了救火队长，个别学生下课后仍然完不成实验任务，前几次课经常拖堂半个多小时下课。

为此本人也十分着急，着手分析问题查找原因，发现存在以下几个问题：

1.《电子线路设计制作》课程的先修课程“模拟电子技术”、“数字电子技术”以及“电子技术应用综合设计”等基础课程，以前学习的知识都是理论知识，真正使用时很多学生都忘记了。

2.虽然三个实验内容难度都不是太大，但是对学生来讲涉及的知识面比较多：

包括器件的使用、电路的工作原理、三个仿真软件的学习、电路搭建方法、测试方法以及五种仪器仪表的使用等，对学生也是一种挑战。

3.仿真软件学会使用后仿真结果是不是达到要求不太确定，不知道如何验证。

4.在面包板上搭建电路，存在接触不良，容易触碰等问题;同时由于实验过程中涉及到的电源种类达到三种，有些学生连线错误烧坏器件致使个别学生有畏惧心理。

以前学习中的实验内容只要完成功能就可以，现在完成指标测试等等问题，使实验项目完成的不够理想。

5.个别学生认为是选修课，不够重视，报考驾照、参加课外活动的学生经常请假。

针对以上几种情况我思考很久，想到庖丁解牛的故事使我豁然开朗，假如老师比作庖丁，对每一个解牛的环节步骤烂熟于心，学生比作梁惠王看完表演仍然不会解牛也是很正常的。

那么按照成果导向的理念反向设计教学过程，把实验中每一个环节的关键点找出来，融入实验学习环节，以此来指导教学过程、并加强过程管理引起学生重视学习，效果会不会更好呢？

四、课程教学方法改革

下面就是在近年来根据“成果导向”的教育理念，把整个实验内容进行梳理与设计形成细化的实验流程、注意事项、考核评价标准，因才施教，并在教学中不断完善、改进教学方法，提升教学质量与教学效果，形成了一套行之有效的教学方法。

（一）建立行之有效的考核措施和评分标准，并在实验过程中严格执行

实验教学过程中过程控制管理十分重要，成绩考核的细分与量化决定了教学内容在实施过程的落实情况，也可检验学生的学习效果。

因此根据教学大纲的成绩考核标准，制定了成绩考核细则。

1.成绩考核标准

该课程满分100分，其中：

（1）实验完成情况占总成绩的60%

（2）设计报告占总成绩的30%

（3）实验行为占总成绩的10%

2.成绩考核细则及说明

（1）实验完成情况成绩

三个实验完成情况满分为60分，根据实验的难易程度，精密全波整流电路部分为15分，语音滤波器部分为20分，数控电压源设计部分为25分。

实验完成情况要求如下：

a）三个实验分三个阶段完成，每个实验完成过程中要进行仿真设计验收、单元电路设计验收和小系统验收;

b）根据要求先完成仿真电路设计，然后为单元电路调试，最后为整个小系统的调试;由于实验内容是一步一步完成的，因此只有完成其中一个步骤的实验内容并驗收后才能开展下一步骤的实验，所以验收环节旷课的同学是没有相应成绩的;

c）完成电路设计或测试全部实验数据后，老师会根据结果对每组进行检查，验收时需演示测试方法和测试结果。

（2）设计报告成绩

a）设计报告的总成绩为30分，三个实验需要提交三份设计报告，每份设计报告满分成绩为10分;

c）实验报告着重于电路的原理描述、设计仿真、电路调试与测试结果的记录与分析以及实验中出现问题与解决方法等，每组两位同学各有分工，在“实验中出现问题与解决方法”与“心得体会”部分要有所侧重。

（3）实验行为成绩

实验行为主要考察学生的学习态度以及相应的努力程度，主要包括考勤、回答老师的相关提问情况、遵守实验室规定情况以及实验过程中解决出现的问题等情况。

（二）在实验的每个阶段针对实验内容提出细化具体的要求

1.仪器仪表的使用要求与使用方法

（1）掌握基本元件的性能与使用方法

（2）掌握万用表、稳压源、毫伏表、信号源、频率计及示波器的使用方法

a）万用表的使用：

测电路中电压电流时一定先确认万用表电压或电流相应的档位，避免使用电阻档误测电压、电流值烧坏万用表。

万用表主要测工频的电压、电流值。

b）毫伏表的使用：

毫伏表主要测量一定频率范围的交流信号电压有效值，一般分为低频毫伏表与高频毫伏表。

在开与关电源时为避免碰撞指针请把档位设置在300V。

c）函数发生器的使用：

函数发生器具有产生信号源和测频的功能;信号源中的信号在设置不同波形情况下可进行不同幅度、频率以及相关的参数设置。

d）稳压源电源的连接：

稳压源一般有三个独立的电源，其中+5V是固定电压源输出，±15V需要调整电压并专门连接。

2.全波整流电路

（1）全波整流电路的工作原理、仿真设计要求

a）掌握半波与全波整流电路的工作原理与设计方法;

b）掌握用Proteus仿真电路的方法。

重点掌握：

a）整流电路需要整流二极管，而二极管的工作频率决定了整流电路的工作频率范围。

其中IN4007工作频率范围在2kHz以下，IN4148工作频率范围在20kHz以下，设计时考虑用两种二极管设计整流电路，并参考万用表的测试交流电压的频率范围，了解万用表与毫伏表测量交流电压有效值的区别，深入理解二极管的工作频率与整流电路的工作频率范围的关系。

b）设计时要考虑输入信号和输出信号电平不能超过电源工作电压，否则会导致信号失真，因此设计时要测量放大电路、跟随电路中关键部件的电阻值。

c）滤波电容选择100uF，正极与输出相连，去掉电容才能用示波器看到波形，但测试时一定要把电容加上，否则纹波干扰使输出有误差。

d）用Proteus软件完成仿真，电阻参数用实测值。

全波整流电路的输出直流电压的理论值为0.9Virms，可与仿真结果比对，检验设计、仿真的结果。

e）要求比对输入信号、半波整流的仿真波形和全波整流的仿真波形。

（2）全波整流电路的电路搭建、调试与测试注意事项

a）调试注意事项：

*在面包板上连线时，参照仿真图先连接电源、地线再连接信号线，注意二极管的极性;

*检查线路无误后再接入连接好的±15V电源，然后根据测试要求接入信号源;

*测试点包括输入、半波整流输出、全波整理输出（注意观察波形时不加电容，测试时加电容）。

b）测试注意事项：

*根据表格的要求测量输入信号对于不同电压和不同频率范围时的输出电压值;

*通过调试电路掌握1N4007和1N4148的工作频率特性;

*了解运算放大器在±15V电源条件下输入信号电压的最大值;

*通过示波器监测输出信号失真时对应的输入