（4）尝试利用统一的抽象化方法，将基本电路、电子学乃至计算机科学等基本理论的内容进行融合。例如，集中电路抽象作为从电磁场理论的元件“离散化”，与数字逻辑系统中将信号数值的“离散化”二进制状态，二者相提并论。
（三）突出MOSFET 电路的分析
MOSFET 电路是构成现代数字系统的基本单元。课程中特别强调对MOSFET 基本电路单元的研究，分别讨论其模拟与数字应用。电路分析的直流、动态、正弦稳态、频率响应及功率和能量分析等，都以MOSFET 的特性及其应用为对象或背景来进行。包括以下内容。
（1）线性电阻电路分析：MOSFET 的开关电阻模型。
（2）非线性电阻电路分析：MOSFET 放大器的大信号和小信号分析方法。
（3）动态元件和动态电路：MOSFET 的极间电容，引脚电感，波形边沿、延迟、寄生振荡等内容，元件储能与DRAM原理。
（4）正弦稳态：MOSFET 电路振荡，频率响应。
（5）能量和功率：MOS 输出电路驱动，数字电路速度与功耗。
（四）线性与非线性分析并重
在“MIT电路与电子学”课程中非线性电路与线性电路的比重相同。非线性内容紧跟在基本线性电阻电路之后引入。同时强调两种电路的不同性质和相应的分析方法，区分各种分析方法的适用范围。
通常的电路分析课程中，关于非线性电阻电路的讨论偏重理论，内容比较抽象。由于不涉及具体的、实际的电子电路，问题的应用背景不强。在“MIT电路与电子学”课程中，非线性分析的各种大信号分析和小信号分析方法直接用来分析MOSFET放大器电路，在电路单元分析和设计中综合使用这些方法。学生在了解了应用电路单元的同时，自然掌握了适当的非线性分析方法。
另一方面，与普通模拟电路课程中侧重放大器等单元电路本身的分析设计不同，MIT电路与电子学课程中更注重从电路分析方法的角度引入和讨论问题，强调统一的抽象模型与分析方法。
此外，由于引入了小信号电路的概念，教学中对于受控源模型和理想运放模型的引入更为自然，学生更容易理解和接受。
（五）注重实践环节、应用和能力培养
由于打破了基础电路理论与模拟和数字电子学的界限，教学内容得以加入更多的实际背景和应用问题，体现应用前沿问题。教学内容中涉及许多有实际意义的问题，如电路的噪声容限、高速数字系统串扰、静态和动态功耗等。知识点问题的引入、分析或设计实例讲解，很多都有很强的应用背景。
课程具有很强的实践性，体现在其课程内丰富的实验内容和相当数量的设计性作业。每个知识单元均有分析和设计题目，作业和实验也有设计问题。课程的实验内容与理论教学内容同步，穿插进行。最后一次实验内容与理论课最后一次作业的内容相衔接，内容为数字音频播放系统的设计、硬件搭建和测量，由学生独立完成，相当于一个完整的课程设计。在这样一门基础课程中，让学生用两周时间完成包含模拟和数字混合电路的系统设计和实验，显示本课程对学生设计和动手能力培养的重视。
为确保本科项目中的学生有合理的设计工作量，MIT电气工程与计算机科学系要求学生总共完成48工程设计学分（EDP）。具有较多设计内容的那些课程被指定了一定数量的EDP。电路与电子学课包含了4个EDP，说明该课程有相当的实践教学含量。
三、教学方法和手段
（一）讲授课和复习课
理论教学内容分为讲授课（Lecture）和复习课（Recitation），两种课交替进行。课程中主要概念、理论和方法在讲授课讲解；而主干内容的扩展，更多的例题和讨论等则放在复习课中进行。例如，戴维南等效方法的引入和推导放在讲授课中，而与之相关联的诺顿等效方法和更多的实例放在复习课中讲解。
（二）探究性教学
在课程讲授中，引导学生对发现和解决问题过程的重视。例如，在引入和讲解增量分析方法时，以光耦器件传输音乐的电路为例子，采用了如下的探究和抽象过程。
步骤1：在应用中发现问题和解决问题的思路。
动机：用光电二极管的光线传递音乐是否可行？
问题：LED 是非线性的，观察表明产生了波形失真。
探究：曲线的小部分看起来是线性的。
技巧：直流电源与小变化电源的叠加。
结果：小信号变化为线性的。波形演示出来。
步骤2：增量分析（小信号分析）的概念。在DC 偏置点工作，在DC 点上叠加小信号，对小信号的响应近似为线性的。
步骤3：数学推导。用级数展开来解释增量法，数学推导的曲线解释。
步骤4：总结。小信号电路：图形→数学→电路。
（三）课上电路实物和实验演示
在讲授课上穿插进行的电路实物与实验演示（demo）是本课程教学的一大特色。演示内容事先经过精心设计。预先准备每个演示单元的方案脚本，其中规定了演示内容、演示目的、演示装置和电路的设定与调整，演示步骤，与学生的互动方式等。演示内容对于关键概念的引入和讲解、感受电路模型与真实问题的联系，激发学习兴趣，促进师生互动和活跃课堂气氛起到了重要作用。
（四）丰富的多媒体教学手段
内容展示采用黑板加投影银幕的方式。3个投影银幕可供显示教案、测试波形和实验装置画面。做课上演示时，有助手协助操作仪器，控制演示过程。演示过程中充分利用画面和声音，给听讲者造成很强的视觉和听觉冲击。
主讲教师充分利用9块黑板手写板书。这种方式的好处是显而易见的：学生容易被教师调动，跟上教师的思路，特别是对于复杂结论推导过程，讲稿上注明“follow my finger”，提示学生注意黑板上的书写过程。
（五）有效利用网络教学辅助环境
课堂教学之外，在教学网站上公布了与各教学环节相关的材料，供学生自学的Web 在线学习辅导工具，包括基于浏览器的Java 电路仿真环境，可以对典型的电路单元进行互动式仿真，输出波形和声音等多媒体形式的结果。
四、结论与建议
“MIT电路与电子学”课程具有独特和创新的教学内容与知识体系，将基础电路分析与模拟和数字电路的基础内容有机结合，为电子信息类专业提供一个宽口径的电路与电子学方面的基础课程。该课程内容及其相关的课程设置都值得借鉴。
考虑到我校的教学实际情况，对于该课程的借鉴可以从以下几个方面着手。
1.更新教学内容和知识体系
我们现有的电路教学内容遵循比较完整的经典理论体系，近年来在更新知识体系与内容方面做了一些工作，但是在反映新技术新方法、紧密联系快速发展的电子技术方面仍显得不足。在教材的修订中，可以适当加入应用性更强、反映最新工程领域问题和成果的内容，淡化传统电路理论中不常用的内容，不过分强调与经典理论体系的一致和完整，按照知识更新和工程应用的需要，大胆改变内容和体系。
2.增加设计问题，培养学生能力
结合实验内容，适当增加综合性和设计性的作业，有利于学生能力的培养。将理论和实验课程更紧密结合，更新实验内容。
3.增加课上演示
课上实验演示可以达到单纯讲解不能实现的效果，在MIT课程中已经作为知识引入、论述和验证的必要组成部分。我们在这方面几乎是空白，只有个别主讲尝试用计算机仿真软件进行虚拟电路实验演示，来辅助理论的讲解。
在现有条件下，可以考虑尽可能增加课上实物展示、小型电路演示或利用电路仿真软件的演示，帮助学生理解他们不熟悉的知识难点，感受工程应用背景，增加他们的学习兴趣，增加互动机会。此项内容要求教师要充分准备，精心设计，需要一定物质条件支持和教师更多的投入。
4.改进教学方式
在以下几方面学习MIT的做法：①将一部分理论授课时间作为复习和讨论课，侧重知识的扩展和应用，有助于通过重复帮助同学理解内容，提供更多学生参与的机会；②手写板书与多媒体演示内容结合，不要完全电子讲稿播放式的讲解，发挥黑板和投影两者各自的优势；③对学生作业和实验及助教辅导提出更加严格和具体的要求，培养学生诚实和严谨的学风；④丰富课程网站内容，利用网络平台提供在线辅导内容。这方面我们也做了工作，但是对于在线内容的维护，对于学生提供在线辅导的实效性方面仍有欠缺。
5.试行课程体系改革
考虑到所属课程体系的差异，在短期内，可借鉴MIT电路课程的教学内容和教学方式部分内容。可以在教学试点班中尝试MIT电路与电子学的内容。如果以双语教学为目的，可以采用MIT的教材，这需要有后续课程的类似的方式与教学内容的配合。
作为长期目标，可以在未来调整电子信息类专业的课程体系时，设置适合通信、控制、计算机和微电子等专业的宽口径的电路与电子学必修课程，打破原有的基础电路、模拟电路和数字电路各自封闭的体系，在核心电路电子学课程之后，提供可由学生选择的多种后续电子学系列课程，以适应不同专业的不同需求，适应学生兴趣、工程实际需求的多样和变化，也有利于保持核心课程的稳定和相关课程内容的更新。
“信号抗干扰技术”课程的教材建设实践──兼谈研究性教学与专业特色教材
杨世武，王海峰，黄赞武
（北京交通大学电子信息工程学院，100044）
摘要：本文介绍了铁道信号技术发展和专业教材现状，分析了研究性教学的要求，以培养学生创新意识和自主能力为指导思想，以信号抗干扰技术教材建设为例，提出了专业教材应突出相关基础学科的融合和应用、引入本领域的新成果、注重内容的开放性和前瞻性。
关键词：铁道信号 抗干扰 研究性教学 教材
研究性教学面向学生创新意识和自主能力的培养，教材建设是其中的重要环节。信号抗干扰技术是自动化专业限选课，也是2005年增设的自动化（铁道信号）方向的特色课程，在拥有信号专业的各铁路高校中，仅本校开设，具有鲜明的专业特点和优势。本课程自2002学年在自动化专业设置，教材从自编讲义开始，不断补充和修订，逐步完善。在此过程中，编者努力把握研究性教学的要求，注重基本理论和实际工程的紧密结合，依托学科优势和科研积累，面向当前铁路大发展中的新技术和发展带来的新问题，力求将本领域中的新成果有机地融合在教材中。这里把教材建设方面的一点探索和体会总结如下。
一、专业发展背景和教材现状
铁道信号是保证运输安全和效率的基础设施，传统的信号是调度、联锁、闭塞、信号控制等设备构成的相对简单的组合，现有的专业教材内容主要由以上技术及设备来构成。2002年，在铁路向高速度、高密度、电气化、重载发展的背景下，中国列车运行控制系统（CTCS）开始起步。随着第六次提速的实施和京津城际高速的即将开通，GSM-R 数字移动通信系统、GPS 全球定位系统、应答器、列控中心、新型车载ATP 设备等大量新技术和设备得到广泛应用，现代铁道信号系统正演变为集调度指挥、运行控制为一体的综合自动化系统，向车地一体化、通信信号一体化的方向发展，称为基于通信的列车控制系统（CBTC）。
传统的信号技术已难以适应新的要求，比如，200km/h 以上高速铁路已不能依赖传统的区间地面信号；更高安全要求的车载控制系统需要处理更多信息，实现超速防护并优化列车控制；计算机联锁系统从双机热备发展到2乘2取2结构，采用全电子化和区域联锁技术；大秦线重载运输牵引重量从1万吨跃升至2万吨，正向4万吨进军；电气化铁路里程已超过2.5×104km。按照铁道部“十一五”规划，将建设铁路新线19800公里，其中客运专线9800公里；到2020年，区域客运专线网和城际客运专线网的线路长度可达1.6×104km。
我们注意到，在产业技术取得巨大进步的背后，是计算机、通信、网络及控制等新技术与信号控制系统相融合的结果。一方面，新技术和新成果与学科研究和发展是相互促进的；另一方面，在此背景下，急需培养综合性的高素质人才去充实这个市场。这也契合了学校面向市场、服务铁路和社会的要求。
根据建设研究型大学的要求，本科教学中的教材建设应注重学生创新意识的培养，反映与本学科领域的发展密切相关的新思维和新成果。但是，目前铁道信号专业的主要特色课程主要沿用以传统技术和设备为核心的教材，如区间信号自动控制、车站信号自动控制等，其中有些设备在现场已淘汰。尽管许多教师在教学中以校内讲义等形式补充了一些新的内容，但尚未形成适应新形势要求的系列教材。
