模擬電子技術實驗裝置研制與應用

何東鋼， 繆新穎， 吳曉雪， 姜國興， 李 響

(大連海洋大學 信息工程學院，遼寧 大連，116023)

模擬電子技術實驗裝置研制與應用

何東鋼， 繆新穎， 吳曉雪， 姜國興， 李 響

(大連海洋大學 信息工程學院，遼寧 大連，116023)

為了提高學生基礎知識的綜合運用能力、實踐能力及實驗教學的需要，研制了一種模擬電子技術實驗裝置，介紹了該裝置的結構、所能做的實驗項目。在實驗箱的使用過程中，進行了實驗教學模式、考核方式和實驗教學資源建設的改革。通過兩年多的教學實踐，取得了較好的教學效果。

模擬電子技術實驗；實驗裝置；實踐能力

模擬電子技術課程是高等院校工科電類專業的重要專業基礎課程，具有很強的實踐性，這門課程學習的好壞直接影響后續專業課程學習[1]。實驗是本課程的重要組成部分，是幫助學生理解理論的重要手段，是培養學生實踐能力的重要環節。全國大學生電子設計競賽，每年的出題方向和競賽過程引導著高校電類專業的基礎課程教學改革，同時學生參加電子設計競賽過程就是培養學生基礎知識的綜合運用能力和實踐能力[2]。從我校和對其他兄弟學校的調查中發現，凡是在電賽中取得較好成績的學生，實踐能力都較強，就業質量也相對較高。基于以上原因，為了提高學生的綜合能力和實踐能力，我校在新的培養方案設置中增加了模擬電子技術實驗課的學時數并進一步增加綜合性、設計性實驗比重。但目前我校采用的THM-6型模擬實驗裝置已不能滿足實驗教學的需要，為了將理論知識和實踐環節相結合，培養學生的動手能力和創新能力，研制了模擬電子技術實驗裝置，作為現有實驗設備的擴充。根據社會需求，更新實驗教學內容，有助于學生向社會所需的應用型、實踐型、創新型人才的轉變[3]。

1 模擬電子技術實驗裝置的結構

模擬電子技術實驗裝置是大連海洋大學省級電信實驗教學示范中心與科教儀器廠聯合研制的一種多功能模擬電子技術實驗裝置。裝置內提供了多組直流穩壓電源和交流穩壓電源，具有自動過流保護和短路保護功能及報警功能，電路一旦發生短路故障，電源輸出電壓自動降為零，同時立即發出連續報警聲音，提醒用戶及時關掉電源開關并排除故障。

模擬電子技術實驗裝置(見圖1)根據多年的實驗教學經驗設計而成。本裝置全部元器件按功能進行分區，主要包括電源、電子元器件、傳感器接口電路、自定義擴充4部分。整個裝置上所有元器件都是獨立的，之間沒有任何連線。因此，學生做實驗時按照設計要求，先求出元器件參數值，然后設計電路并仿真，最后到本實驗裝置上學生自己動手搭建實驗電路，改變了以往一個實驗項目對應一個實驗模塊，模塊上的實驗線路已經連接好，實驗器件不能更換的模塊化設計結構[4]。

圖1 模擬電子技術實驗裝置圖

(1) 電源：輸入交流電壓為AC220 V±10%；輸出電壓為能同時提供6組直流穩壓電源，各組輸出電壓和電流指標為：±5 V電壓、0.5 A電流各1組；±12 V電壓、0.5 A的電流各1組；+1.25 V～+15 V連續可調電壓、0.5 A電流1組；-1.25 V～-15 V連續可調電壓、0.5 A電流1組；實驗設備還提供3組輸出電壓為14、16、18 V，電流為0.5 A的交流電壓。

(2) 電子元器件：所有元器件都采用分立元器件設計，包括電阻、電容、電位器組、二極管、三極管、穩壓管、發光二極管、場效應管、單刀雙擲開關、8 Ω揚聲器、電平指示燈等多種類型和規格的常用電子元器件165件[5]。

(3) 傳感器接口電路：增加了常用的傳感器接口電路，如溫度傳感器，進行實驗室溫度變化的檢測實驗；壓力傳感器，進行不同壓力下傳感器信號的檢測與放大實驗。通過這些與日常生活相結合的實驗增加學生的學習興趣。

(4) 自定義擴充：由于目前的元器件更新換代非常快，因此在實驗裝置設計中增加了電阻、電容、二極管等自定義元件插孔，并增加了4個8腳、4個14腳、1個24腳和1個40腳集成電路插座，以備擴充之用[6-7]。

2 實驗項目

本次設計的實驗裝置由于元器件都是分立布置，因此將原有的教學儀器生產廠家以驗證性實驗為主的內容轉為以設計性、綜合性實驗為主的內容，并大大提高了實驗項目的范圍和內容，可以完成模擬電子技術課程的大部分實驗，這些實驗涵蓋了相關理論課程的主要內容[8]。具體的實驗項目如下：

(1) 半導體器件認知能力基本訓練。針對半導體器件進行基本檢測，具體包括普通二極管、發光二極管、穩壓二極管、雙向穩壓管以及基本三極管的類型及工作檢測、管腳辨別實驗，單相整流濾波電路實驗及晶體管穩壓電源實驗等。主要訓練學生對于半導體相關器件的基本學習，掌握其測試方法、管腳識別、使用規范等應用電路必須的基本知識。

(2) 電路應用及設計能力提高訓練。單管應用電路包括共射級單管放大器設計、射極跟隨器、兩級放大電路設計、差動放大器實驗和場效應管放大器等；主要應用半導體器件構成特定功能的放大電路，根據所需特性和主要參數，合理選擇和正確應用電路特性設計電路。

集成運放應用電路包括集成運放放大器指標測試實驗、集成運放的模擬運算電路實驗(反相放大器，同相放大器，積分電路，微分電路)和加減運算電路設計等。在電路設計中應用數學邏輯，掌握各種運算電路的輸出與輸入電壓的函數關系、波形圖及其電路設計。

波形發生器電路包括電壓比較器、滯回比較器、文氏電橋振蕩電路、三角波和方波發生器等。根據原理設計及相應指標，設計簡單的波形發生器，能夠根據參數設計符合要求的電路。

(3) 綜合電路設計能力訓練。本實驗裝置箱為分立開放式實驗元件，各元件間可以任意組合，可以根據項目需要設計20多個綜合設計性實驗項目，同時該裝置也能作為模擬電子技術課程設計的實驗設備使用。

3 模擬電子技術實驗教學改革

模擬電子技術課程實踐教學的目的是提高學生的綜合開發能力。課程實踐教學改革的重點是全面加強學生電路設計及調試能力方面的訓練。而實驗設備則幫助學生真實地搭建和分析電路。在新實驗箱的研制與使用中，我們對實驗課的教學模式和實驗教學資源的建設和考試方式進行了改革。

(1) 采用翻轉課堂教學模式。傳統的實驗教學模式是課堂上先是教師理論講解，然后學生做實驗。而使用新研制的實驗設備后，采用課外(理論、設計、仿真)[9]與課內(實踐驗證)相結合的全新的教學模式，即把時空分離的知識通過觀看微視頻資源采用翻轉課堂[10]的教學模式，實現理論課程、虛擬實驗和實際操作實驗各個知識點的有效銜接，實驗以項目需求為引導，以仿真為紐帶，采取理論設計、仿真、實施教學的全過程，打破了傳統的電子線路設計方法。

(2) 實驗教學資源的建設。將實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗注意事項等內容[10]用錄播軟件或手機錄制成微視頻資源，供學生自學。通過學生提前對本次實驗相關的知識的預習，保證了學生在課堂上有充足的時間搭建電路，進行測試、修改和分析問題，提高學生做實驗的成功率和效率，增加了學生的自信心，提高了學生的動手能力。制作的電子教學資源主要包括實驗操作視頻、教師授課視頻、多媒體實驗教學課件、儀器設備使用說明及注意事項、元器件使用手冊、電子版實驗教材和網上題庫等。

(3) 采用過程化考核方式。傳統的實驗課考核成績只包括課內部分，即實驗課上的表現、實驗報告、課堂提問等。采用新的實驗設備后，考試成績包括課內和課外兩大部分(見圖2)：課外利用我校網絡教學平臺實現網上理論知識回顧，完成預習報告和網上答題，此部分占總成績的30%；理論成績通過后，根據理論知識完成實驗電路的設計和仿真，完成實際操作時的知識儲備，此部分占總成績的30%；設計和仿真電路通過后，進入到課內環節，進行實操實驗，通過實操各個評價指標給出實操成績，此部分占總成績的40%[11]。采用過程化考核方式后，不僅突出實踐技能與理論基礎的有效銜接，虛擬實驗和實操實驗一一對應，而且學生的成績也更公平、合理，全面提高了學生的綜合素質和實踐能力。

圖2 過程化考核方式

4 結語

我校開設模擬電子技術課程的專業每年有通信、電子、計算機、自動化和海洋技術等5個專業、10多個班級。實踐表明，這套自行設計的模擬電子技術實驗裝置符合教學大綱要求，設備的應用極大地促進了學生進入到實驗室學習的積極性和自主性[12]，培養了學生發現問題和解決問題的能力。學生近兩年獲各類競賽獎項，其中大學生創新創業訓練項目國家級獎項4項，省級獎項10項，校級7項，實用新型專利1項。該實驗裝置為學生在創新能力和實踐能力培養方面提供了良好的實驗環境，同時為我校省級示范中心科普基地建設提供硬件支持。

References)

[1] 史雪飛,李江昀,李擎,等. 研究型教學在“模擬電子技術”中的應用[J]. 電氣電子教學學報,2012(6):90-92，96.

[2] 郝國法，梁柏華，王濤．DZJS-1型電子技術實驗平臺的研制[J]．實驗室研究與探索，2005，24(2)：48-49 ，61．

[3] 王革思,趙坦峰，張朝柱，等.《模擬電子技術》實驗課程體系的研究與實踐[J].實驗科學與技術,2012，10(5):99-102.

[4] 程春雨,吳振宇，吳雅楠，等.適于層次化教學模擬電子技術實驗平臺的研制[J].實驗室科學,2014，17(5):34-37.

[5] 閆永亮,韓萬祥，閻俊，等.電子技術設計性實驗裝置研制[J].實驗技術與管理,2015，32(11):73-74.

[6] 許雪瑩.模擬電子技術教學實驗裝置的研制[J].實驗技術與管理,2000，17(3):50-51.

[7] 樓建明，傅越千，安鵬，等.基于能力培養自制實驗儀器設備[J].實驗技術與管理,2014，31(9):81-86.

[8] 應安明，王桂玲，劉桂濤，等.自制實驗儀器設備在教學中的應用[J]. 實驗室研究與探索,2003.22(1):20-21.

[9] 李昕欣,李響. 面向學生學習效果反饋機制的模擬電子技術層次化翻轉課堂研究[J]. 赤峰學院學報(自然科學版),2016，32(6):238-240.

[10] 李響,李擎,曹立杰，等. 基于仿真設計的電子線路體系課程實踐新思路[J]. 中國管理信息化,2013(19):102-103.

[11] 何東鋼,谷軍,李響,等. 電信實驗教學示范中心綜合實驗平臺的構建與實踐[J]. 實驗技術與管理,2015,32(11):163-165，268.

[12] 李琳,陳璨,劉復玉，等.模塊化電子技術課程設計實驗平臺研制[J].實驗技術與管理,2015，32(12):103-106.

Development and application of experimental device of analog electronic technology

He Donggang, Miao Xinying, Wu Xiaoxue, Jiang Guoxing, Li Xiang

(School of Information Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

In order to improve the comprehensive ability of the students’ basic knowledge and their practical ability, and meet the needs of experimental teaching, an experimental device of analog electronic technology is developed. Its structure and experimental items are introduced. In the course of the use of the experimental box, the reform on the experimental teaching mode, the examination method and the construction of the experimental teaching resources is carried out. Through more than two years of teaching practice, good teaching results are achieved.

experiment with analog electronic technology; experimental device；practical ability

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.021

2017-01-04 修改日期：2017-03-03

遼寧省國際教育“十三五”科研規劃課題立項課題(16LNGJ030，16LNGJ033，16LNGJ045)的階段研究成果；2016年遼寧省科協科技創新智庫項目(LNKX2016B04)；遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目(UPRP20160333)；大連海洋大學2016年度校級教育教學改革研究項目

何東鋼(1972—)，女(滿)，遼寧大連，碩士，高級實驗師，遼寧省電信實驗教學示范中心副主任，主要從事計算機控制方面研究

E-mail：hdg@dlou.edu.cn

李響(1983—)，男，遼寧沈陽，碩士，講師，主要從事電子儀器設計研究.

E-mail：lixiang@dlou.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0087-03