电子电路与系统基础电子电路与系统基础 电路与系统研究所 李国林 2012.11.4 清华大学电子工程系电路课程改革进展汇报清华大学电子工程系电路课程改革进展汇报 汇报大纲汇报大纲 改革历程改革历程 课程内容课程内容 改革思考改革思考 一、改革历程：一、改革历程：2010年年 必须进行课程体系的改革已成电子系老师的共识必须进行课程体系的改革已成电子系老师的共识 2010.7前，李冬梅老师主持前，李冬梅老师主持 原始预案：原始预案：96学时学时电路原理电路原理和和模拟电路模拟电路二课合一二课合一 2010.7后，李国林老师主持后，李国林老师主持 唯一的一门电路必修课，其他电路课程成为选修课唯一的一门电路必修课，其他电路课程成为选修课 将电机系将电机系电路原理电路原理课程拿回，整合课程拿回，整合模拟电路模拟电路 4+2学分学分 数字电路数字电路内容划分：电路层面的归内容划分：电路层面的归电子电路与系电子电路与系 统基础统基础，逻辑层面的归，逻辑层面的归数字逻辑与处理器基础数字逻辑与处理器基础 作为一个完整的课程体系，说清楚上下层次的关联作为一个完整的课程体系，说清楚上下层次的关联 底层：场与电荷载体底层：场与电荷载体 本层：电势与电路本层：电势与电路 上层：比特与逻辑上层：比特与逻辑 3 原原课程课程体系下和电路相关的课程体系下和电路相关的课程 电路原理电路原理 4学分学分 +1学分学分 模拟电路模拟电路 4学分学分 +1学分学分 通信电路通信电路 3学分学分 +1学分学分 数字电路数字电路 3学分学分 +1学分学分 电子技术课程设计电子技术课程设计 +3学分学分 信号与系统信号与系统 4学分学分 微波技术微波技术 3学分学分 +1学分学分 微波无源电路微波无源电路 射频通信电路射频通信电路 3学分学分 +1学分学分 微波有源电路微波有源电路 新体系下和电路相关的课程新体系下和电路相关的课程 原体系下几乎必修的专业课原体系下几乎必修的专业课 电路原理 4+1 模拟电路 4+1 通信电路 3+1 数字电路 3+1 电子技术 课程设计 +3 计算机原理 3+1 信 号 与 系 统 4 微波技术 3+1 电子电路与电子电路与 系统基础系统基础 4+2 电路基础电路基础 信号与系统信号与系统 4 数字逻辑与数字逻辑与 处理器基础处理器基础 3+2 逻辑与逻辑与CPU 必修的专业核心课必修的专业核心课 新课程体系下新课程体系下 模拟电路模拟电路 原理原理 可自由选修的专业限选课可自由选修的专业限选课 通信电路通信电路 原理原理 数字系统数字系统 设计设计 计算硬件计算硬件 体系结构体系结构 微波技术微波技术 ？ 基本内容的确定基本内容的确定 2010年年7月月16日，提出电路核心内容应包括五日，提出电路核心内容应包括五 个基本个基本 基本原理基本原理 基本元件基本元件 基本单元电路基本单元电路 基本分析方法基本分析方法 基本应用基本应用 依据五个基本，给出了课程基本内容的初步规划依据五个基本，给出了课程基本内容的初步规划 6 5+1个基本个基本 电磁场电磁场 物质：价电子，自由电子，载流子物质：价电子，自由电子，载流子 基本原理基本原理 基本元件基本元件 电阻电阻 电源电源 电容电容 电感电感 开关开关 独立源独立源 负阻、受控源负阻、受控源 晶体管晶体管 二极管二极管 放大器放大器 乘法器乘法器 滤波器滤波器/积分器积分器 振荡器振荡器 基本单元电路基本单元电路 数字处理数字处理 基本分析方法基本分析方法 KVL，KCL，OL：列方程方法：支路电压电流法，结点分析法，：列方程方法：支路电压电流法，结点分析法， 基本应用基本应用 信息处理系统，以射频通信系统为例信息处理系统，以射频通信系统为例 电能转换电路电能转换电路 ADC、DAC 传感器传感器 激励器激励器 门电路门电路 线性与非线性（噪声与失真），时域与频域，正线性与非线性（噪声与失真），时域与频域，正/负反馈，负反馈， 实体物质与场物质相互作用实体物质与场物质相互作用 解方程方法：解析法，等效法，图解法，近似法，解方程方法：解析法，等效法，图解法，近似法， 基本概念基本概念 7 基本框架的提出基本框架的提出 2010年年10月月27日，系教委会通过课程改革方案日，系教委会通过课程改革方案 修正：把原定的一学期课程划分为两个学期：修正：把原定的一学期课程划分为两个学期： 4+22*(2+1) 2010年年10月月30日，电子系青年教师学术论坛报日，电子系青年教师学术论坛报 告，正式把课程内容一分为二告，正式把课程内容一分为二 基础基础I：电阻电路：电阻电路 大一下学期大一下学期 基础基础II：动态电路：动态电路 大二上学期大二上学期 根据对麦克斯韦方程的理解根据对麦克斯韦方程的理解 8 电阻电路和动态电路的划分是自然的电阻电路和动态电路的划分是自然的 t B E t D EH 0 1 N k k I KCL 0 1 M k k V KVL 基 尔 霍 夫 定 律 基 尔 霍 夫 定 律 R V I 电阻 电阻电路：电阻、晶体管、开关、电源电阻电路：电阻、晶体管、开关、电源 放大器、乘法器、与或非门放大器、乘法器、与或非门 dt dV CI 电容 dt dI LV 电感 动态电路：电容、电感、传输线动态电路：电容、电感、传输线 滤波器滤波器、振荡器、触发器振荡器、触发器 麦克斯韦方程麦克斯韦方程 9 电路原理电路原理 模拟电路模拟电路 通信电路通信电路 数字电路数字电路 的的 内部结构内部结构 基本分析思路基本分析思路 先电阻后动态先电阻后动态 先代数后微分先代数后微分 先线性后非线性先线性后非线性 五个基本：整合与划分五个基本：整合与划分 电磁场 物质：价电子，自由电子，载流子 基本原理基本原理 相互作用 基本元件基本元件 电阻电阻 电源电源 电容电容 电感电感 开关开关 传输线传输线 独立源 受控源受控源 晶体管 二极管 放大器放大器 乘法器乘法器 电能转换电路电能转换电路 数字电路数字电路 滤波器滤波器 振荡器振荡器 模拟电路模拟电路 高速高速 高频高频 电路电路 基本单元电路基本单元电路 模拟信号处理模拟信号处理 数字信号处理数字信号处理 射频、高速信号处理射频、高速信号处理 ADC、DAC 基本分析方法基本分析方法：KVL，KCL，OL：支路电压电流法；变换域法，等效法，图解法、近似法 基本应用系统基本应用系统 信息处理系统 信号时频域描述 系统级概念：线性/非线性 时变/时不变，正/负反馈， 电阻电路电阻电路 动态电路动态电路 10 2011年：小班试讲年：小班试讲 如何实施，才能达到预期目标？如何实施，才能达到预期目标？ 自定的实施预案：以自定的实施预案：以电路原理电路原理为核心，融和为核心，融和 模拟电路模拟电路、通信电路通信电路、数字电路数字电路、 信号与系统信号与系统、半导体器件半导体器件、电磁学电磁学等等 课程与电路核心概念相关的内容，整合为一个课程与电路核心概念相关的内容，整合为一个电电 路基础路基础课程课程 预案假设大部分同学只学这一门电路必修课预案假设大部分同学只学这一门电路必修课 课程覆盖面就必须足够宽广课程覆盖面就必须足够宽广 课时限制：熟练度降低，但整体的结构性认识提高课时限制：熟练度降低，但整体的结构性认识提高 我自己必须做到全面把握体悟电路类课程内部关联结构我自己必须做到全面把握体悟电路类课程内部关联结构 老师认识深刻，学生才能有足够深的认识老师认识深刻，学生才能有足够深的认识 课程内容取舍整合必须有一个说法课程内容取舍整合必须有一个说法 十年后看，仍然可以说，没有走错路十年后看，仍然可以说，没有走错路 2011年：小班试讲年：小班试讲 国防班无国防班无01班班27人小班试讲人小班试讲 具体授课用大串讲方法把相关课程内容按具体授课用大串讲方法把相关课程内容按电阻电路电阻电路和和动态电动态电 路路的架构，先线性后非线性的次序，全过一遍，做到心中有数的架构，先线性后非线性的次序，全过一遍，做到心中有数 偷课时：每周偷课时：每周2课时理论课实际上课课时理论课实际上课3课时；实验课时上理论课，实验另抽课时；实验课时上理论课，实验另抽 时间做；同学要求增加习题课，习题课上讲习题，增补内容时间做；同学要求增加习题课，习题课上讲习题，增补内容 课程内容分布课程内容分布 内容广泛内容广泛 原课程学分原课程学分 本课程涉及其中的大约学分本课程涉及其中的大约学分 电路原理电路原理 4 3 模拟电路模拟电路 3+1 2 通信电路通信电路 3 1.5 数字电路数字电路 3 0.5 信号与系统信号与系统 4 0.5 电磁学电磁学半导体半导体其他其他 0.5 12 8学分学分 同学充分理解支持同学充分理解支持 小班试讲春季学期评价小班试讲春季学期评价 2011年下半年年下半年 2011.8.6-7 雁栖湖，电路组各位教师对电路类课程改革进雁栖湖，电路组各位教师对电路类课程改革进 行了全面研讨行了全面研讨 争论激烈：框架，融合方式，知识点理解，争论激烈：框架，融合方式，知识点理解， 2011.10 确定大班推广确定大班推广 开始写讲义开始写讲义，为大班推广做准备为大班推广做准备 小班试讲同学最急切的要求是提供教材小班试讲同学最急切的要求是提供教材 讲义讲义 讲义上中下上册：讲义上中下上册：1426页页 对小班试讲录音资料的整理、修订、增删对小班试讲录音资料的整理、修订、增删 2012春季：大班推广春季：大班推广 无无1年级年级260人大班推广人大班推广 刚试讲完，边整理讲义边思考完善架构，尚未形成完整的刚试讲完，边整理讲义边思考完善架构，尚未形成完整的 脉络思路，还不很清楚如何做内容上的压缩脉络思路，还不很清楚如何做内容上的压缩 春季学期：内容没来得及做大的调整，基本按小班试讲思春季学期：内容没来得及做大的调整，基本按小班试讲思 路走路走 2012.4.27，问卷调查，问卷调查 总体反应：难、快、多、乱总体反应：难、快、多、乱 2012.7.23-24 罗姆楼，电路组各位教师对电路类课程改革中出现的问题罗姆楼，电路组各位教师对电路类课程改革中出现的问题 进行了讨论进行了讨论 与会老师提出了自己的看法与会老师提出了自己的看法 教学内容，教学方法教学内容，教学方法 18 我个人认为真正的问题所在我个人认为真正的问题所在 表面现象：容量过大表面现象：容量过大 没有整理出符合新框架的细节内容没有整理出符合新框架的细节内容 内容：内容：5+1个基本个基本 基本原理，基本元件，基本单元电路，基本分析方法，基本应基本原理，基本元件，基本单元电路，基本分析方法，基本应 用，基本概念用，基本概念 框架：框架：电阻电路电阻电路+动态电路动态电路 细节细节：细节问题一展开，受惯性思维的束缚，就会牵：细节问题一展开，受惯性思维的束缚，就会牵 扯到众多概念，内容显得十分庞杂，信息量过大过杂，扯到众多概念，内容显得十分庞杂，信息量过大过杂， 大一同学无法接受大一同学无法接受 没有真正整理出符合新框架的符合初学者的细节内容没有真正整理出符合新框架的符合初学者的细节内容 19 问题解决思路问题解决思路 课程定位明确表述课程定位明确表述 电子电路与系统基础电子电路与系统基础是电子系本科生的基本电是电子系本科