物联网工程专业的模拟电子技术教学改革与实践
时间：2023-02-11 22:15:05 来源：千叶帆 本文已影响人
漆 颢，王 艳，胡 敏
（湖北中医药大学 信息工程学院，湖北 武汉 430065）
随着科学技术的快速发展，物联网技术在5G时代的重要性愈发凸显。在新工科背景下，物联网赋能健康管理、医疗服务、药品流通、医药装备制造等领域，正推动医药行业数字化转型加速、数字健康产业蓬勃发展，人才需求旺盛。物联网工程专业已被列入国家中长期科学和技术发展规划纲要，智慧家居、智慧城市、智慧医院、无人驾驶、人脸识别等都与物联网技术息息相关，这方面的人才需求十分旺盛。随着万物互联时代的到来，对物联网工程专业的人才需求将不断扩大。
湖北中医药大学作为湖北省唯一一所高等中医药本科院校，于2016年在信息工程学院开设物联网工程专业并开始招生，针对物联网工程专业人才培养普遍面临的培养目标、专业特色、课程交叉融合等挑战，结合本单位在办学过程中形成的中医药信息学优势和特色，紧扣医药行业和产业变革对于新工科建设的现实需求，以设立培养具有医药学特色物联网工程专业创新应用型人才为目标。模拟电子技术是物联网工程专业学生的专业基础课，对于后续相关课程的学习十分重要。该课程实践性强，要求学生具备较强的动手能力。新开课程在近年来遇到了许多问题亟需解决，故对模拟电子技术课程进行改革与实践十分必要且有意义。
模拟电子技术在湖北中医药大学信息工程学院物联网工程专业培养方案中开设在第三学期，前期的课程包括大学物理和高等数学，并未开始电路基础课程。因此本课程的教学内容包含电路分析和模拟电子技术两部分。电路分析部分包括：电路的基本概念与基本定律，即直流电路、正弦交流稳态电路分析、暂态电路分析等；
模拟电子技术主要讨论模拟电路的基本概念和基本分析方法，即半导体器件和常用电路，着重讨论集成电路外特性与应用，为进一步学习物联网其他专业课程打下坚实基础。通过本课程的学习，需要达到以下教学目标：
（1）知识目标，即通过电路与模拟电子技术课程的教学，要求学生能够熟练掌握电路分析的基本理论和常用分析方法。掌握二极管、三极管的特性及放大电路。重点掌握集成电路的外特性及基本工作原理和应用电路。掌握电路与模拟电路的实验与实践技能，并了解本课程在生产实践中的相关应用。
（2）能力目标，即通过电路与模拟电子技术的教学和实验技能的训练，使学生掌握本专业所必须具备的电路基本概念、基本规律和基本方法，训练基本的实验技能，为学习电子设计、数字电路、传感器等后续课程及从事实际工作和科学研究做必要的准备。本课程在培养学生分析、解决电路和电子线路问题的能力等方面具有重要作用。
为适应医学院校应用型人才培养方案，提升学生的核心竞争力，后续需要开设更多的专业课程。模拟电子技术从刚开始设立的总72学时减少到48学时，分别是理论40学时，实验8学时。关于本校物联网工程专业的学生前期预备知识的调查，通过与该班的班主任、前任教师、班委以及个别同学的交流，了解到该专业学生来自全国各个省市，均属理科高考生，大多数人对电路有一定的兴趣。在学习能力方面，该班学生的分析推理能力较强。授课对象为大二学生，这些学生已经完成了大学物理和高等数学的学习，具有一定的专业基础。因此，在电路基础部分，选出最基本的教学内容重点阑述，确保学生掌握电路的基本原理和电路基本分析方法，为后续模拟电子技术和数字逻辑部分的学习打下扎实的基础。在模拟电子技术部分的授课过程中，应突出集成电路的应用，将难点分散，强调学生对于该部分基本概念、基本原理的理解，以及基本分析方法的掌握与应用，减少不必要或复杂的数学推导。
对于模拟电子技术实验部分，由原先的运用模拟电子技术实验箱调整为借助计算机完成实验，利用仿真软件理解和加深所学知识。利用虚拟仿真软件进行实验，也是实验教学改革的大势所趋，特别是近几年由于新冠疫情的出现，教师进行线上教学，理论课程的线上授课基本能够满足教学需求，但在实验室关闭时期无法正常进行实验，往年需等学生返校后补做相关实验，但延迟实验的弊端在于达不到理论与实验相结合所要求的教学效果，学生对于相关知识点的理解也不会很透彻。除此之外，实验室的仪器使用周期较长，部分实验仪器出现老化及损坏，导致实验成功率降低，效率降低。而利用仿真软件进行实验，可以不受地点和时间的限制，学生可以在个人电脑上安装软件，随时进行相关实验，且次数不限，也不会出现损坏及老化现象，成本低，容错率高。仿真软件的另一个优势就是将实验室引入课堂，仿真软件类似一个虚拟实验室，将理论与实践相结合不仅能调动学生的学习积极性，也有助于学生对理论知识的理解。在课堂讲授的同时，利用软件仿真，通过理论与仿真结果比较，可以加深学生对该知识点的认识。此举不仅解决了有限的课时和需要大量实验学时之间的矛盾，更有利于充分发挥学生的主观能动性，利用自己的课余时间完成学习内容。
在讲解模拟电子技术实验部分时，加入比赛（如全国大学生竞赛蓝桥杯等）相关内容的介绍，使学生了解比赛规则及内容，可以激发学生的学习兴趣，以赛促学，同时对于教师自身也具有以赛促教的效果，便于教师补充相关知识。
模拟电子技术是一门实践性非常强的课程，对于物联网工程专业的学生来说这门课程十分重要，学校选择的教材是电子工业出版社出版的《电路与模拟电子技术》，该教材包含电路和模拟电子技术两部分，还带有习题册及仿真实验部分。在传统课堂教学中，学生面对复杂的电路图会感到枯燥和无趣，很难激发学生的学习兴趣。通过以上改革与实践，可以充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性，提高教师的课堂教学效率。目前，网上的教学资源非常丰富，教会学生如何利用好网络资源，也是当前高等院校教学改革的关键所在，虚拟仿真技术发挥了其巨大优势，促进了信息技术与课程的整合，增强了学生的自主学习能力和辨证能力。该模式打破了传统讲授模式，以重、难点为教学核心，教师围绕核心进行讲解；
突破教材范围，教师合理结合现代研究成果进行讲授；
注重师生互动，努力创造活跃的课堂氛围。通过改革，可以使模拟电子技术的理论教学真正服务于模拟电路的实验教学，真正做到理论与实践操作相结合，做到以学生职业发展为中心，以设计性和创新性为主。鼓励物联网工程专业学生参加电子类全国大学生竞赛，学生利用竞赛提高知识储备，教师通过竞赛补充教学内容。
模拟电子技术是物联网工程专业的一门核心专业基础课程，将该课程分为理论教学和实验教学两部分。通过近些年对该门课程的改革与实践，利用多媒体与课堂板书的模式进行理论教学可以帮助学生理解本门课的基本概念和原理。实验部分采用虚拟仿真软件进行教学，并指导学生参加相关竞赛，在激发学生学习兴趣的同时提高了学生的动手实践能力，以赛促学和以赛促教的方式对于理工类且需实验的相关课程也同样具有良好的借鉴作用。
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