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简单、片面、分析的电子课------我怎么就读了一个假南航?(3)

已有 3515 次阅读 2022-7-27 13:43 |个人分类:本科教育|系统分类:教学心得

      

简单、片面、分析的电子课------我怎么就读了一个假南航?(3)

    

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            本文作者的本科毕业证书

我读的系科与专业,根据毕业证书的提法是:电子工程与计算机系电子计算机专业,现在南航已经将该系一分为二,分别是电子信息工程学院与计算机科学与技术学院 1978年春,电子工程与计算机系第一次招收四年本科生,文革前是五年制,文革中是三年制。可以这么说,我们是电子计算机专业首届毕业生,真正意义上的“黄埔一期”。

南航电子工程与计算机系是1959年下半年创办,以航空特设系(四系)无线电教研室为主筹建遥控遥测、无线电定位、无线电导航、无线电通讯与测量等4个专业,学制5年。19598月,自动控制系(五系)成立,下设飞机自动驾驶仪、导弹控制和解算装置(计算装置)等3个专业,学制5年。196212月,经国防科委批准,学校对系和专业作了调整,将原自动控制系(五系)和无线电系(六系)合并为航空无线电及自动控制系(一系),下设无线电遥控遥测、航空无线电定位及导航、航空无线电通讯、导弹控制及稳定系统、航空自动器、计算装置等6个专业。19637月,学院又将原航空无线电及自动控制系分为两个系:航空无线电系(一系)和航空仪表特设与自动控制系(四系)。航空无线电系下设无线电遥控遥测、航空无线电定位及导航、航空无线电通讯和计算装置等4个专业。计算装置就是电子计算机专业的前身。196412月,根据国防科委关于专业调整的意见,学院撤消了4个新技术专业及其名称,改为或并入其他专业。无线电遥控遥测专业改为无线电测量技术及设备专业。计算装置专业于1962年停止招生。(本段文字是根据南航四系网站的历史叙述编写)

后来成为东南大学校长的顾冠群院士,因此转入南京工学院。顾校长戏称自己读了两个学校(南航与南工)、三个专业(计算装置、动力工程及自动化与解算装置及技术)一共六年。1982年秋天,为设计产品的需要,在我们常州无线电二厂计算机研究所书记华海清的介绍,向他的中学同学顾冠群老师求教有线网络的通讯协议的原理与使用。当时正处于人生低谷的顾老师,戏称“他的课题组只有一个半人,在一个杂物间里做研究”,仍然欣然热情地接待了我,对我这个学弟关爱有加,给予了极大的支持与帮助,顺利地完了设计任务。

1980年上半年,全校对原有专业进行了调整和改造。经过调整后,航空无线电系(我们在校期间一直用的这个系名,不知为什么毕业证书上却标明“电子工程与计算机系”)下设航空雷达、航空无线电通讯、电子计算机、电子计算机软件等4个专业。我们在校四年,实际只有航空雷达、电子计算机两个专业的本科生。我们相当于两个主修(major):电子工程与计算机,没有形成专修。航空雷达专业应该是专修(Specialist)。当然,这不是我们的选择,而是当时学科建设条件的限制。

有关电子工程的课程是电子工程与计算机系全系个专业的共同的技术基础课,是我大学学习中难度最大、学得最费力、最有收获的课程,从根本上奠基了我的技术意识,即从技术的视角分析与解决问题的一种理念与方法,有等效、匹配、互补、同步、满意等原则与价值取向,如影随形了我的一生,融化在血液中,落实在行动中。

电子工程的课程主要有电工原理,电子线路,信号分析、数字电路、数模转换等,可以借助以前一本很有名的教材《无线电技术基础》的名称来概括。无线电是一个通俗的说法,现在学科名称是电子信息工程。但是,这个无线电基础不包括电波与天线、数字通信原理、无线电收发设备、电视原理与接收机、微波技术与器件、无线移动通信设备等,所以,我们与航空雷达专业的同学基本在一起上课有二年。

1.建立等效变换概念的电工原理

教课的老师讲课风趣干练,艰难地帮助我们建立起最基本的技术意识的核心理念----等效概念。在保持电路的效果不变的情况下,为简化电路分析,将复杂的电路或概念用简单电路或已知概念来代替或转化,这种物分析方法称为等效变换。等效变换是【对外】等效,也就是说一部分变换后,对其他电路无影响。表现在变换后外部电路任一点的电压和电流均不变。等效概念其中有两个要点,第一是等效电路,如多个串联的电阻,可以合并成一个10Ω的电阻,这样就让电路分析更加简洁;第二是等效变换,将电路中某一部分进行变换,变换后该部分外部端口的电压电流值都保持不变或者说外部端口的电压电流关系都保持不变。等效电路与等效变换几乎构成了整个技术意思的最主要的内容与方法。

有次,老师穿了一件西装上衣,有点像乡镇企业家穿西装的样子,标牌还在袖口没拆,应该是不知道要拆。看上一点都不合身,但改变了以往衣衫褴褛的模样,引得哄堂大笑。

该老师是浙江大学的毕业生,据说大学期间还代表浙大,参加过大学生围棋竞赛,我觉得十分了不起。几十年后,我的内侄在大学四年参加了三次全国大学生围棋比赛,拿了冠军、亚军、季军各一项,他毕竟是体育特长生。

2.从时域向频域转换的信号分析

信号课程用的教材是管致中(1921-2007)等编写的新教材《电路信号与系统》,该教材是他最著名的教材《无线电技术基础》的基础上,吸收了新的内容应当时教学需要提炼修改补充而成。管致中在中央大学接受过欧美模式教育,又经历了院系调整、学习苏联等改革经过比较、分析、探索,形成了自己的教育思想。编著的《无线电技术基础》、《电路、信号与系统》、《信号与线性系统》等教材,先后被全国各院校的无线电技术类和电子信息类专业广泛采用。严格说,我们学习这门课的主要内容是信号与线性系统。管致中的教材写得极其精炼,逻辑线索明晰。在序言中高屋建瓴地阐明课程的宗旨“信号通过系统”,依据信号的不同,模拟的、数字的,有电话、广播、电视等各种信号,通过离散、连续、线性、非线性的系统,在通过各种系统时如何安全、不失真、且有效地通过。这样的概括,不仅抓住了课程的主线,也揭示了通信工程的要义,在工科教材中属于上乘之作。

信号分析最重要的手段是傅里叶分析,不仅仅是一个数学工具,更是一种可以彻底颠覆一个人以前世界观的思维模式。1822年,法国数学家傅立叶(J.Fourier) 在研究热传导理论时首次证明了将周期函数展开为傅立叶级数的理论,并进而不断发展成为一个有力的科研分析工具。傅里叶分析的公式看起来太复杂了,所以我们一上来就懵圈,成为大学电子工程各专业的杀手课程。记得第一次期中考试,从下午两点一直考到晚上十点,一共四道题,学生可以自由上厕所,吃饭,休息,老师也默许学生在教室外查书与讨论,只要不在考场引起喧哗与骚动。我们苦思冥想了很多办法,就是不能完整做出四道题,即使有人做出其中的一道试题,也很难得到一致的认同。

经过非常困难的学习,我们终于可以了解时域-频域分析与转换的方法,掌握信号分析的真谛。我们看到的世界都以时间贯穿,都会随着时间发生改变。这种以时间作为参照来观察动态世界的方法我们称其为时域分析。用另一种方法来观察世界的话,你会发现世界是永恒不变的,这个静止的世界就叫做频域。而贯穿时域与频域的方法之一,就是傅里叶分析。傅里叶分析可分为傅里叶级数(Fourier Serie)和傅里叶变换(Fourier Transformation)

在生活中,始终不曾停息地将那些刻骨铭心的往昔连续的标记在时间点上。但是这些事情往往又成为了我们格外宝贵的回忆,在我们大脑里隔一段时间就会周期性的蹦出来一下,可惜这些回忆都是零散的片段,往往只有最幸福的回忆,而平淡的回忆则逐渐被我们忘却。因为,往昔是一个连续的非周期信号,而回忆是一个周期离散信号。傅里叶级数在时域是一个周期且连续的函数,而在频域是一个非周期离散的函数。

傅里叶变换是将一个时域非周期的连续信号,转换为一个在频域非周期的离散信号。傅里叶变换可以让微分和积分在频域中变为乘法和除法,大学数学瞬间变小学算术。很多在时域看似不可能做到的数学操作,在频域相反很容易。这就是需要傅里叶变换的用武之地。尤其是从某条曲线中去除一些特定的频率成分,这在工程上称为滤波,是信号处理最重要的概念之一,只有在频域才能轻松的做到。

选择性忽略不计“的电子线路

《电子线路》的授课老师是一位副教授,精神矍烁,老当益壮,可能是我们大学四年遇到唯二的副教授(另一位是教普通化学的李老师)。讲课风格朴实,但是很有吸引力,也许那就是技术的魅力,是他为我们呈现的技术科学独特特征的魅力。

在南航大学四年,我们的老师绝大部分是讲师,以红卫兵大学生为主 ,文革中毕业后从事劳动锻炼,以后在企业学点技术,再回到学校走上讲台,不仅基础不扎实,而且基本没有讲课经验;少数文革前毕业的大学生,80年代以后逐步成为副教授、教授;极少数还有文革中的工农兵大学生,还是助教,以后逐步退出教学领域,从事行政工作。这些老师基本没有做过科学研究,主要是受到当时南航学校定位的制约,而且自身的学养与南航主流的飞机设计与制造等学科老师相比差的太远。

《电子线路》给我最深的印象是,在分析过程中随时根据概率的要求,忽略那些小概率的参数,在不追求绝对精确的“满意”情况下,做简单计算,从而从整体上把握公式计算的基本要求。

4.严格推理与演算的数字电路

《数字电路》主要研究对象是电路的输出与输入之间的逻辑关系,数字电路是进行算术和逻辑运算的电路,采用的分析工具主要是逻辑代数,用功能表、真值表、逻辑表达式、波形图等来表达电路的主要功能。数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成,在时间脉冲的驱动下,控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。

数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础,既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等)。数字电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路,通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

《数字电路》授课老师是沈嗣昌,治学勤谨、精益求精,待人亲切,课讲得清晰、有条理,极具启发性,通常是写满一黑板,一步一步推导,选择关键环节解释,条理说明十分清晰,数学语言简明扼要,让我们能够体会到数字逻辑的奥妙,为我们打下坚实的技术基础。《数字电路》是我在大学里听到的最精彩的课程,没有之一。

5.实现单边双语教学的数模转换 

通过模拟数字转换器、数字模拟转换器,数字电路可以和模拟电路互相连接。《数模转换》用的是英文原版教材(复制),老师用中文讲课与解释教材,在学习过程中强迫学生英文专业文献的阅读理解能力,减少因理工科教材翻译的语焉不详、晦涩难懂的通病。当年,懂外语的人,新科技知识缺乏;专业好的人,不屑于从事翻译工作。所以,工科教材的英译本,基本不堪卒读,艰涩难懂。南航外语教学中比较注重专业英语的教学,很好地开展了单边双语教学。

我在学习上有一个严重的问题,就是惯性比较大,一个新的领域,新的理论初学时没有完全弄懂弄通,就难以接受,更谈不上消化吸收。特别是那些主要体现工科特色的课程如《电工原理》《电路信号与系统》《电子线路》等,学起来十分困难与吃力。这种疑的路线,在紧张的大学学习中很不利,不像很多同学,尤其是女生,学到新知识,全盘接受,逐步消化理解,也可以及时反应,做好习题。这种信的路线,通常可以取得好成绩。不过,学完考完,以后大概就忘记还给老师。我自认为,我肯定不是同学中学的最好、考的最好的学生,但一定最理解与掌握这种基于知性分析的电子工程课程的学生。大学的毕业设计以及以后的走上工作岗位,这种体现知性分析的能力以及其中蕴含的技术意识对我参与设计,都有很大的帮助。技术意识,主要是与科学意识与工程意识相区别的。它特征是如何能动地改造自然,寻找各种可能的途径。有效性是技术意识的核心价值观。

我的技术意识是就是在学习电子工程课程中缓慢孕育,在应用电子工程课程进行工程设计的中不断成长与成熟。从开始的抵制到半推半再到全盘接受(工作中才真正体会到),以后做其他学科领域的研究工作过程中,自觉不自觉显现出来技术意识。虽然早已不做技术工作,但大学四年里培养出来的技术意识还是深深刻划在脑子里,成为我个人风格的底色。





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