韋忠善　明鑫　李顯圣

【摘 要】分析傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)練習(xí)題的不足，應(yīng)用信息技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)練習(xí)題，開發(fā)模擬電子技術(shù)練習(xí)系統(tǒng)；實(shí)踐表明，新設(shè)計(jì)的練習(xí)題和練習(xí)系統(tǒng)能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的成效。

【關(guān)鍵詞】模擬電子技術(shù) 練習(xí)題 高職

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）07C-0142-03

模擬電子技術(shù)是高職電子信息、通信和電氣類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是進(jìn)行后續(xù)高頻電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，其具有知識(shí)涉及面廣、概念抽象和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而學(xué)生普遍覺得學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)存在較大困難。

通過做練習(xí)題，鞏固、加深對(duì)理論知識(shí)的理解，是學(xué)好模擬電子技術(shù)的重要方法。但教材上的練習(xí)題主要包括填空、選擇和計(jì)算題，題目形式和內(nèi)容比較單調(diào)，難以吸引學(xué)生的興趣。在電腦和智能手機(jī)普及的時(shí)代，利用信息技術(shù)，創(chuàng)新練習(xí)題型，已成為當(dāng)前教育界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

針對(duì)以紙為載體的傳統(tǒng)練習(xí)題的不足，項(xiàng)目組應(yīng)用信息技術(shù)和電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的練習(xí)題型進(jìn)行了改進(jìn)，新設(shè)計(jì)了幾種練習(xí)題型，開發(fā)了一個(gè)模擬電子技術(shù)練習(xí)系統(tǒng)。推廣應(yīng)用表明，所開發(fā)的練習(xí)系統(tǒng)，從題目的形式和內(nèi)容上，能提升學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的成效。

一、題目由靜變動(dòng)，推動(dòng)學(xué)生以理解而非記憶方式學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)練習(xí)題為靜態(tài)題型，即每道題目的內(nèi)容和答案都是固定的，易使學(xué)生養(yǎng)成背答案，而非真正理解題目的不良習(xí)慣。為此，利用軟件技術(shù)，將靜態(tài)題型改為動(dòng)態(tài)題型，即同一題目，其部分已知條件可隨機(jī)變化。同時(shí)，用以檢驗(yàn)學(xué)生答案是否正確的參考答案，能同步題目已知條件的變化而變化。實(shí)踐表明，動(dòng)態(tài)題目的應(yīng)用，可以引導(dǎo)學(xué)生以理解而非記憶方式學(xué)習(xí)。

模擬電子技術(shù)的題目，常配有電路圖，電路圖上有參數(shù)，參數(shù)包括元器件值、電源電壓值和輸入電壓值。模擬電子技術(shù)題目的動(dòng)態(tài)變化，指電路（拓樸關(guān)系或參數(shù)）能在限定范圍內(nèi)隨機(jī)變化，同時(shí)參考答案能自動(dòng)跟隨電路的變化而變化。實(shí)現(xiàn)模擬電子技術(shù)動(dòng)態(tài)題目開發(fā)，涉及元器件建模和電路圖形編輯、存儲(chǔ)、重現(xiàn)技術(shù)，應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)建立電路方程組和解電路方程組技術(shù)。

以一個(gè)二極管練習(xí)電路為例，介紹動(dòng)態(tài)題型的特點(diǎn)。當(dāng)用戶打開題目后，顯示界面如圖1所示。圖1左為題目的電路圖，右為題目介紹和答題區(qū)，右下為用戶練習(xí)選擇區(qū)。當(dāng)打開一題目時(shí)，在限定范圍內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)擺放方向可變?cè)1、V2和D1隨機(jī)選擇擺放方向，對(duì)參數(shù)可變?cè)1、V2和R1隨機(jī)選擇參數(shù)，再繪畫電路圖，同時(shí)通過自動(dòng)建電路方程和解方程，獲知全部節(jié)點(diǎn)電位和支路電流，從而得到參考答案。用戶練習(xí)時(shí)，在答題區(qū)的對(duì)應(yīng)括號(hào)內(nèi)輸入答案，然后點(diǎn)擊“答案提交”按鈕提交答案。收到用戶提交答案的信息后，系統(tǒng)自動(dòng)提取用戶答案與參考答案進(jìn)行對(duì)比，并給出比較結(jié)果，某比較結(jié)果如圖2所示。若用戶點(diǎn)擊“改變參數(shù)”按鈕，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生另一組隨機(jī)參數(shù)，并更新電路，更新電路如圖3所示；若用戶點(diǎn)擊“正確答案”按鈕，系統(tǒng)將直接顯示參考答案。

圖1 二極管練習(xí)電路顯示界面

圖2 答題結(jié)果顯示界面

圖3 另一組隨機(jī)數(shù)參數(shù)的電路

由上例可知，對(duì)于動(dòng)態(tài)題目，由于電路的元器件擺放方向、元器件參數(shù)值可隨機(jī)變化，同一題目可呈現(xiàn)多態(tài)，從而推動(dòng)學(xué)生只能以理解而非記憶方式學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生真正理解電路。

二、增加電路設(shè)計(jì)題型，培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計(jì)能力

模擬電子技術(shù)旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)典型模擬電路的分析能力和設(shè)計(jì)能力，但傳統(tǒng)練習(xí)題多是電路分析題型，幾乎沒有電路設(shè)計(jì)題型，學(xué)生獲得電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練的機(jī)會(huì)較少，影響電路設(shè)計(jì)能力的提高。

為此，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了電路設(shè)計(jì)題型。當(dāng)用戶選擇、打開一電路設(shè)計(jì)題目后，系統(tǒng)讀出參考電路，但把所有元件間的連接線全部刪除，同時(shí)把所有元件隨機(jī)擺放。練習(xí)時(shí)，用戶根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用題目提供的元器件，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)練習(xí)，包括重新擺放元件、增添電路連接線。當(dāng)用戶點(diǎn)擊“答案提交”按鈕后，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)出參考電路與用戶設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行比較，比較兩電路的拓樸關(guān)系是否完全一致。若一致，判定電路設(shè)計(jì)正確；若有差異，判定電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，然后給出參考電路。限于篇幅，這里不介紹比較兩電路的拓樸關(guān)系是否一致的算法。

以橋式整流電路設(shè)計(jì)為例，介紹電路設(shè)計(jì)題型的特點(diǎn)。圖4是剛打開題目后的界面，圖5是用戶1完成設(shè)計(jì)后提交的電路，圖6是用戶2完成設(shè)計(jì)后提交的電路。對(duì)兩用戶所設(shè)計(jì)的電路，盡管圖形有較大差異，但系統(tǒng)能識(shí)別出兩電路拓樸與參考電路拓樸完全相同，從而判斷兩用戶設(shè)計(jì)電路都正確。

三、增加電路故障診斷題型，培養(yǎng)學(xué)生的模擬電路故障診斷技能

現(xiàn)代電子系統(tǒng)常常同時(shí)包含模擬電路和數(shù)字電路，前者所占比重常不到20%，但其發(fā)生故障率卻占到全部故障的80%以上，同時(shí)，相比于診斷數(shù)字元器件故障，診斷模擬元器件故障的難度更大。因此，模擬電路的故障診斷問題已經(jīng)成為制約電子技術(shù)應(yīng)用的瓶頸之一，需要高職院校培養(yǎng)更多的掌握模擬電路故障診斷技能的人才，以滿足市場之需。

為此，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了電路故障診斷題型，用以培養(yǎng)學(xué)生的模擬電路故障診斷技能。電路故障診斷題型可以零成本、快速地仿真電路故障。利用此題型，用戶可以進(jìn)行電路故障診斷練習(xí)，如練習(xí)調(diào)用合適儀表，練習(xí)把儀表正確接入電路，以測量相關(guān)節(jié)點(diǎn)電位或支路電流，或練習(xí)設(shè)置不同的輸入電壓值，以觀察不同輸入電壓激勵(lì)下的電路響應(yīng)，最重要的練習(xí)是依據(jù)對(duì)電路功能、電路原理的理解，結(jié)合仿真所獲電壓和電流信息，做出故障判斷。

以輸入電平狀態(tài)指示電路為例，介紹故障診斷題型的特點(diǎn)。圖7為題目打開時(shí)顯示的界面，左為電路圖，右為答案選擇區(qū)。系統(tǒng)打開電路時(shí)，系統(tǒng)隨機(jī)選擇了一元器件，改變其參數(shù)設(shè)置，模擬電路故障。如本例，系統(tǒng)設(shè)置Q1的C、E極間短路。圖8為1用戶設(shè)置輸入信號(hào)為低電平，接入電壓表測量Q1基極電位和集電極電位，然后運(yùn)行仿真的結(jié)果，圖9為將輸入信號(hào)變換為高電平后的結(jié)果。若用戶能理解電路，就可以綜合輸入信號(hào)電平、仿真顯示電壓、D1的狀態(tài)等相關(guān)信息，做出Q1的C、E極間短路的判斷。

圖4 設(shè)計(jì)橋式整流電路題目

圖5 用戶1設(shè)計(jì)的橋式整流電路

圖6 用戶2設(shè)計(jì)的橋式整流電路

圖7 輸入電平狀態(tài)指示電路題目界面

圖8 輸入低電平仿真結(jié)果

圖9 輸入高電平仿真結(jié)果

針對(duì)傳統(tǒng)以紙為載體的模擬電子技術(shù)練習(xí)題的不足，提出了幾種新式練習(xí)題型，并借助計(jì)算機(jī)仿真等技術(shù)，開發(fā)了一個(gè)模擬電子技術(shù)練習(xí)系統(tǒng)。經(jīng)過小范圍推廣應(yīng)用，練習(xí)系統(tǒng)深受用戶好評(píng)，是一個(gè)較好的輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王波，張巖，王美玲等.“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課程的改革[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（4）

[2]李朝海，吳援明.“模擬電路”教學(xué)效果的調(diào)查分析及其對(duì)策研究[J]. 理工高教研究，2009，28（1）

[3]楊華中，羅嶸. 電子電路的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008

【基金項(xiàng)目】廣西教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目（YB2014486）

【作者簡介】韋忠善（1972- ），男，碩士，廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。

（責(zé)編 丁 夢）