AI与仿真技术双轮驱动的《模拟电子技术基础》课程教学改革探索
文章字数：1729
一、课程教学面临的五方面问题
《模拟电子技术基础》是自动化类专业承上启下的核心基础课,既要为电力电子技术、自动控制原理等后续课程奠定基础,又要培养工程分析能力。结合西部新建理工类高校资源有限的现实,从教学实践中梳理出五方面突出问题。
一是形象感弱。二极管的反向饱和电流随温度升高而增大,晶体管依靠内部载流子运动对输入信号进行放大, 这些过程看不见摸不着, 实验仪器难以带入课堂, 学生很难理解掌握相关理论知识。
二是前置知识断层。课程依赖积分物理意义、戴维南等效电路、傅里叶级数(直流分量、基波、谐波)、反馈与传递函数等前置知识。基础薄弱的学生难以理解,课业紧张时又没有多余的精力自学补差。
三是知识遗忘突出。课程涵盖器件、基本放大、频率响应、负反馈、集成运放、电源等庞杂内容,学生“学完一章丢一章”,学习曲线呈阶梯式下滑。
四是实验覆盖不全。受设备、课时与学生动手能力差异制约,重要实验难以全覆盖, 极限特性、故障注入类实验无法开展。
五是纯理论教学难以激发兴趣,学生缺乏课程整体框架与工程应用认知。上述问题相互交织,改革必须系统施策。
二、改革总体设计
改革坚持“以学生为中心”,构建“仿真+AI”双轮驱动框架:仿真引擎以 MATLAB/Simulink等为载体, 承担课堂实时演示与虚拟实验功能;AI引擎以课程专属AI助教、知识图谱与智能练习生成为载体,承担答疑补差、复习巩固与学情分析功能。五项措施与五方面问题一一对应, 贯穿课前、课中、课后,以学情数据形成闭环反馈; 实施仅需多媒体教室与学生个人电脑, 条件总体可控。
三、改革实施路径
(一)仿真演示进课堂,破解直观性不足
遵循即时性、可视化、可交互、低成本原则,讲演同步,随讲随演。二极管温度特性演示以滑动条实时调温, 学生可直观看到25℃升至85℃时反向饱和电流成倍增大;晶体管放大原理先搭建共射放大电路观察输入输出波形,再以载流子运行动画展示注入、扩散复合与收集过程;傅里叶级数演示实时展示直流分量、基波与谐波叠加逼近原信号。全课程规划8类案例,单例5至8分钟。
(二)AI助教前置补差,破解知识断层
构建覆盖高等数学、电路原理、信号与系统、自动控制原理的前置知识图谱,与课程章节一一映射;将讲义、课件与图谱导入知识库,基于大语言模型与检索增强生成构建课程专属AI助教, 实现7×24小时在线答疑与分层解释,每个前置知识点配套5至10分钟微课, 练习按基础层与提高层设计,形成“检测—补学—再检测”闭环。
(三)知识图谱与间隔复习,对抗知识遗忘
以“先修—后继”关系建立全课程知识图谱;课中设置“前情回顾”环节,每章开讲前用3至5分钟回放关联旧知。课后按遗忘规律在1天、3天、7天、15天等节点由AI推送检索式复习任务, 依据正确率动态调整复习间隔,并基于错题生成变式题。
(四)虚拟仿真实验平台,补齐实验覆盖
依据教育部虚拟仿真实验教学一流课程建设要求, 构建覆盖器件特性、各类放大电路、集成运放应用与稳压电源的虚拟仿真实验体系,支持参数扫描、故障注入与波形测量; 形成“仿真预演—硬件实操—仿真拓展”虚实结合链条, 并按基础层与提高层分层实施。
(五)项目式教学与工程案例,激发兴趣与构建工程视野
建设贴近生活的工程案例库,如音频功率放大器、温度采集与信号调理、简易直流稳压电源等;课程中后段设置2至3人小组项目,按“需求分析—方案设计—仿真验证—报告答辩”流程推进,AI助教充当“工程顾问”。课程开篇以“一张图”呈现从器件到系统的整体框架,随教学进度逐步点亮回连。
四、实施与评价
按照“试点先行—全面推广—迭代完善”的思路分期推进:选取1个班级进行全要素试点运行, 并形成案例库、知识图谱及AI知识库;随后在全校范围内进行全面推广; 根据两学期学生学习行为数据分析结果不断完善系统功能。考核采取过程性考核与终结性考核相结合的方式,其中, 过程性考核包括演示活动出勤情况、仿真软件实验报告、项目作品、AI练习完成情况等。同时, 通过试点班和对照班的期末成绩与问卷进行比较。具体的成果数据尚需在试点之后进行收集, 预想效果需依据实际数据方能确定。
结语
本文针对西部新建理工类高校《模拟电子技术基础》课程的五方面教学问题,提出“仿真+AI”双轮驱动改革方案, 具有条件可控、成本低、可推广的特点。后续将依托教学实践采集数据、持续迭代,为同类高校电子类课程改革提供可借鉴路径。
青海理工学院 宋积红
《模拟电子技术基础》是自动化类专业承上启下的核心基础课,既要为电力电子技术、自动控制原理等后续课程奠定基础,又要培养工程分析能力。结合西部新建理工类高校资源有限的现实,从教学实践中梳理出五方面突出问题。
一是形象感弱。二极管的反向饱和电流随温度升高而增大,晶体管依靠内部载流子运动对输入信号进行放大, 这些过程看不见摸不着, 实验仪器难以带入课堂, 学生很难理解掌握相关理论知识。
二是前置知识断层。课程依赖积分物理意义、戴维南等效电路、傅里叶级数(直流分量、基波、谐波)、反馈与传递函数等前置知识。基础薄弱的学生难以理解,课业紧张时又没有多余的精力自学补差。
三是知识遗忘突出。课程涵盖器件、基本放大、频率响应、负反馈、集成运放、电源等庞杂内容,学生“学完一章丢一章”,学习曲线呈阶梯式下滑。
四是实验覆盖不全。受设备、课时与学生动手能力差异制约,重要实验难以全覆盖, 极限特性、故障注入类实验无法开展。
五是纯理论教学难以激发兴趣,学生缺乏课程整体框架与工程应用认知。上述问题相互交织,改革必须系统施策。
二、改革总体设计
改革坚持“以学生为中心”,构建“仿真+AI”双轮驱动框架:仿真引擎以 MATLAB/Simulink等为载体, 承担课堂实时演示与虚拟实验功能;AI引擎以课程专属AI助教、知识图谱与智能练习生成为载体,承担答疑补差、复习巩固与学情分析功能。五项措施与五方面问题一一对应, 贯穿课前、课中、课后,以学情数据形成闭环反馈; 实施仅需多媒体教室与学生个人电脑, 条件总体可控。
三、改革实施路径
(一)仿真演示进课堂,破解直观性不足
遵循即时性、可视化、可交互、低成本原则,讲演同步,随讲随演。二极管温度特性演示以滑动条实时调温, 学生可直观看到25℃升至85℃时反向饱和电流成倍增大;晶体管放大原理先搭建共射放大电路观察输入输出波形,再以载流子运行动画展示注入、扩散复合与收集过程;傅里叶级数演示实时展示直流分量、基波与谐波叠加逼近原信号。全课程规划8类案例,单例5至8分钟。
(二)AI助教前置补差,破解知识断层
构建覆盖高等数学、电路原理、信号与系统、自动控制原理的前置知识图谱,与课程章节一一映射;将讲义、课件与图谱导入知识库,基于大语言模型与检索增强生成构建课程专属AI助教, 实现7×24小时在线答疑与分层解释,每个前置知识点配套5至10分钟微课, 练习按基础层与提高层设计,形成“检测—补学—再检测”闭环。
(三)知识图谱与间隔复习,对抗知识遗忘
以“先修—后继”关系建立全课程知识图谱;课中设置“前情回顾”环节,每章开讲前用3至5分钟回放关联旧知。课后按遗忘规律在1天、3天、7天、15天等节点由AI推送检索式复习任务, 依据正确率动态调整复习间隔,并基于错题生成变式题。
(四)虚拟仿真实验平台,补齐实验覆盖
依据教育部虚拟仿真实验教学一流课程建设要求, 构建覆盖器件特性、各类放大电路、集成运放应用与稳压电源的虚拟仿真实验体系,支持参数扫描、故障注入与波形测量; 形成“仿真预演—硬件实操—仿真拓展”虚实结合链条, 并按基础层与提高层分层实施。
(五)项目式教学与工程案例,激发兴趣与构建工程视野
建设贴近生活的工程案例库,如音频功率放大器、温度采集与信号调理、简易直流稳压电源等;课程中后段设置2至3人小组项目,按“需求分析—方案设计—仿真验证—报告答辩”流程推进,AI助教充当“工程顾问”。课程开篇以“一张图”呈现从器件到系统的整体框架,随教学进度逐步点亮回连。
四、实施与评价
按照“试点先行—全面推广—迭代完善”的思路分期推进:选取1个班级进行全要素试点运行, 并形成案例库、知识图谱及AI知识库;随后在全校范围内进行全面推广; 根据两学期学生学习行为数据分析结果不断完善系统功能。考核采取过程性考核与终结性考核相结合的方式,其中, 过程性考核包括演示活动出勤情况、仿真软件实验报告、项目作品、AI练习完成情况等。同时, 通过试点班和对照班的期末成绩与问卷进行比较。具体的成果数据尚需在试点之后进行收集, 预想效果需依据实际数据方能确定。
结语
本文针对西部新建理工类高校《模拟电子技术基础》课程的五方面教学问题,提出“仿真+AI”双轮驱动改革方案, 具有条件可控、成本低、可推广的特点。后续将依托教学实践采集数据、持续迭代,为同类高校电子类课程改革提供可借鉴路径。
青海理工学院 宋积红