學習產(chǎn)出導向的模擬電子技術(shù)教學創(chuàng)新范文

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摘要：為激發(fā)學生學習的積極性和主觀性，可采用學習產(chǎn)出導向的教育模式。本文基于模擬電子技術(shù)融合開關電源技術(shù)的理念，從產(chǎn)出導向法的教學理念和教學流程入手，提出了將開關電源理論模塊融入模擬電子技術(shù)學習實踐的創(chuàng)新思路。

關鍵詞：模擬電子技術(shù)；開關電源；教學改革；產(chǎn)出導向

1產(chǎn)出導向的教育理念

基于學習產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-basedEducation，縮寫為OBE）最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎教育改革，由美國學者Spady提出，并在《基于產(chǎn)出的教育模式：爭議與答案》一書中對其進行了深入研究。此模式在美國、英國等發(fā)達國家的教育教學改革中起到了重大的作用。產(chǎn)出導向教育強調(diào)教育教學充分發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，更重視學生接受學習知識和技能后取得的學習成果[1]。產(chǎn)出導向的教育模式是以學生的學習成果為導向的教育理念，倡導以學生為中心，注重學生獨立思考、創(chuàng)新、實踐等能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)了學生個性化的培養(yǎng)，是工程教育專業(yè)認證的核心理念之一[2]。

2傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教學中存在的問題

模擬電子技術(shù)是電子、通信、電氣自動化及機電一體化技術(shù)等專業(yè)的基礎課程，是一門理論性強，并與實踐緊密結(jié)合的應用型工程技術(shù)課程。通過課程教學，使學生具備常用半導體器件、電子電路、系統(tǒng)的分析能力；要求學生掌握基本放大電路、負反饋放大電路、集成運放應用等低頻電子線路的組成、工作原理、性能特點、基本分析方法和工程計算方法，使學生具有一定的實踐技能和應用能力；培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)課程和深入學習電子電路設計領域的內(nèi)容打好基礎；同時也使學生了解電子技術(shù)的發(fā)展概況，理解近年來的新器件、新技術(shù)、新方法等[3-4]。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)4.0的實踐等產(chǎn)業(yè)革命及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，為高等教育模擬電子技術(shù)教學改革及課程建設帶來了新的挑戰(zhàn)。要求學生具有應用更新快、理論抽象、分析建模過程復雜、電路形式多樣等特點。加之傳統(tǒng)教學定位強調(diào)理論學習的完備性，而忽略了學生工程實踐性的培養(yǎng)，因此造成了學生在學習過程中產(chǎn)生課程枯燥無味、無明顯目的性等困惑。

3開關電源技術(shù)教育探索

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電源成為人們生活必不可少的一部分，在日常生活中隨處可見電源的身影，可以說一切的電子設備都離不開電源技術(shù)的支持。迄今為止電源制造業(yè)已經(jīng)成為很重要的基礎產(chǎn)業(yè)，并得到了廣泛應用，目前的發(fā)展趨勢是繼續(xù)朝著高效、高頻、高可靠性、低壓、大電流化以及多元化發(fā)展[5]。電源產(chǎn)品主要分為線性電源和開關電源兩種。線性電源與開關電源相比具有體積大、效率低等缺點，因此開關電源的研制成了電源研發(fā)的主流。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，開關電源廣泛應用于計算機、通信、工業(yè)加工和航空航天等領域。因此從事開關電源學習和研究的高校師生及從事開關電源設計研發(fā)的工程技術(shù)人員，都迫切需要理論性、實用性強的電力電子基礎知識作為支撐。如能將模擬電子技術(shù)的學習與開關電源技術(shù)理論進行融合，將大大提升模擬電子技術(shù)學習的主觀性與活力，使得學生在學習理論的過程中更加理解開關電源這門技術(shù)科學。

4模擬電子技術(shù)教學設計

模擬電子技術(shù)課程改革的核心在于將模擬電子技術(shù)基本理論、分析方法應用于開關電源技術(shù)實踐當中，打破以教師為中心的傳統(tǒng)教育模式，以開關電源技術(shù)學習成果輸出為導向，提升學生的學習主動性，激發(fā)學生理論學習和實踐探索的熱情[6]。根據(jù)產(chǎn)出導向的教學理念，可將模擬電子技術(shù)教學內(nèi)容分為半導體基礎知識、分立元件、集成電路及實用電路4大模塊，各模塊再進行詳細的內(nèi)容拆解，并在學習的過程中結(jié)合開關電源技術(shù)需要應用的模擬電子技術(shù)基本理論、方法，有的放矢地進行學習和知識補充。詳細的教學設計流程如圖1所示。

5模擬電子技術(shù)教學與開關電源技術(shù)的融合

為了使模擬電子技術(shù)與開關電源技術(shù)實現(xiàn)融合，本文通過以下例子作為參考，從一個具體的開關電源設計開始，結(jié)合開關電源技術(shù)與模擬電子技術(shù)的知識體系融合，最終將理論產(chǎn)品化。

5.1技術(shù)要求

某系統(tǒng)總體提供1路1.5kW的（100±10）V直流電壓到載荷的配電單元，再由載荷配電單元給自己設備和儲能電池供電。系統(tǒng)供電設備供給為DC+5V、+12V。供電電路要求見圖2。載荷工作模式：100V供電母線給儲能電池充好電后，控制設備及系統(tǒng)供電設備開始工作；儲能電池充電時，控制設備不工作，系統(tǒng)供電設備部分工作。

5.2電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

5.2.1開關實現(xiàn)

圖3中開關1、2通過磁保持繼電器控制電路實現(xiàn)，具體應用了模擬電子技術(shù)中二極管的鉗位原理實現(xiàn)。原理為：OC信號低電平有效，當給繼電器一個脈沖信號時，線圈中流過電流產(chǎn)生電磁效應，繼電器銜鐵在電磁效應的影響下克服彈簧的拉力吸向磁鐵，此時繼電器動作；當線圈斷電后，電磁吸力隨之消失，由于彈簧的反作用力會使得銜鐵回復到最初位置。

5.2.2開關電源實現(xiàn)

傳統(tǒng)的開關電源技術(shù)需要掌握電路主功率拓撲、輸入短路保護、輸入浪涌抑制、EMI濾波電路、輸出整流、輸出濾波、穩(wěn)壓電路、控制電路、過壓過流保護電路、反饋電路網(wǎng)絡等，涉及的電子電路知識領域較廣，其常見電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。在學習過程中，可對開關電源各基本模塊進行系統(tǒng)學習，開關電源各模塊中不明白的理論可通過模擬電子技術(shù)的基本理論來尋找答案。以PWM（PulseWidthModulation，脈沖寬度調(diào)制）控制電路為例。控制電路的主要功能是接收信號、處理信號及反饋信號，可通過控制導通時間調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)定，所以控制電路的設計至關重要[7]。PWM控制電路通過控制改變占空比進行反饋調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)開關電源輸出電壓的穩(wěn)定。可選擇集成電路控制方式，選擇控制集成電路也就是控制芯片，選擇的依據(jù)主要有工作電壓范圍、工作頻率范圍、輸出基準電壓和電流、內(nèi)部功耗等。以UC3525PWM控制芯片為例，控制電路邏輯流程如圖7所示，控制邏輯思想如下：誤差放大器的同相輸入端接基準電壓，反向輸入端接反饋電路，通過采樣電阻獲得采樣電壓；兩者在誤差放大器內(nèi)，經(jīng)過運算輸出誤差電壓，然后把誤差信號給到比較器的反向輸入端；振蕩器外接電容電阻和死區(qū)電阻產(chǎn)生時鐘脈沖和鋸齒波，鋸齒波與誤差電壓在比較器中比較，從而產(chǎn)生PWM信號，而時鐘脈沖與PWM信號同時送到兩個或非門電路中進行運算；當兩個輸入都為低電平時，輸出為高電平，當只有一個輸入為高電平時，輸出為低電平；如果輸出為“低”，此時開關斷開從而實現(xiàn)電路的保護，如果輸出為“高”，輸出端會產(chǎn)生一個相位差180°的PWM矩形波；PWM矩形波能驅(qū)動開關電源的開關器件，通過調(diào)制PWM矩形波脈沖的寬度調(diào)整能量的傳遞與關閉，最終實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

6結(jié)語

本文基于模擬電子技術(shù)教學中的枯燥、復雜等考慮，結(jié)合開關電源技術(shù)，深入剖析模擬電子技術(shù)在開關電源技術(shù)中的融合。針對開關電源技術(shù)中出現(xiàn)的新技術(shù)、新電路、新器件、新方法，可一一進行點對點指導，使得學生在掌握開關電源技術(shù)的同時更好地理解和掌握模擬電子技術(shù)的相關理論知識體系，使兩者達到深層次的技術(shù)融合，讓學生學習的產(chǎn)出導向結(jié)果更為明確。

參考文獻：

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[2]霍艷飛.基于成果導向教育理念的模擬電子技術(shù)課程改革與實踐[J].工業(yè)控制計算機,2020(33):147-148.

[3]聶森.《單片機原理及應用》課程教學改革研究[J].教育教學論壇,2018(52):85-86.

[4]張娜.注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的中學物理實驗教學設計研究[D].岳陽:湖南理工學院,2018.

[5]楊旭,裴云慶,王兆安.開關電源技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[6]徐金玉,張澤麟.《模擬電子技術(shù)基礎》課程的OBE改革探討[J].教育論壇,2020(7):157-158.

[7]龍江.高可靠電子偵察衛(wèi)星二次電源[D].成都:電子科技大學,2008.

作者:張寧 王君 張衛(wèi)華 仇磊 丁學鳳 單位:貴州工程應用技術(shù)學院機械工程學院 七星關區(qū)思源實驗學校