韋忠善　明鑫　李顯圣

【摘 要】分析傳統(tǒng)模擬電子技術練習題的不足，應用信息技術，創(chuàng)新設計模擬電子技術練習題，開發(fā)模擬電子技術練習系統(tǒng)；實踐表明，新設計的練習題和練習系統(tǒng)能調(diào)動學生的學習積極性，提高學生學習模擬電子技術的成效。

【關鍵詞】模擬電子技術 練習題 高職

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）07C-0142-03

模擬電子技術是高職電子信息、通信和電氣類專業(yè)重要的技術基礎課程，是進行后續(xù)高頻電子技術、單片機技術等專業(yè)課程學習的基礎，其具有知識涉及面廣、概念抽象和實踐性強等特點，因而學生普遍覺得學習模擬電子技術存在較大困難。

通過做練習題，鞏固、加深對理論知識的理解，是學好模擬電子技術的重要方法。但教材上的練習題主要包括填空、選擇和計算題，題目形式和內(nèi)容比較單調(diào)，難以吸引學生的興趣。在電腦和智能手機普及的時代，利用信息技術，創(chuàng)新練習題型，已成為當前教育界的一個研究熱點。

針對以紙為載體的傳統(tǒng)練習題的不足，項目組應用信息技術和電子技術計算機仿真技術，對傳統(tǒng)的練習題型進行了改進，新設計了幾種練習題型，開發(fā)了一個模擬電子技術練習系統(tǒng)。推廣應用表明，所開發(fā)的練習系統(tǒng)，從題目的形式和內(nèi)容上，能提升學生的興趣，調(diào)動了學生學習積極性，進而提高學生學習模擬電子技術的成效。

一、題目由靜變動，推動學生以理解而非記憶方式學習

傳統(tǒng)練習題為靜態(tài)題型，即每道題目的內(nèi)容和答案都是固定的，易使學生養(yǎng)成背答案，而非真正理解題目的不良習慣。為此，利用軟件技術，將靜態(tài)題型改為動態(tài)題型，即同一題目，其部分已知條件可隨機變化。同時，用以檢驗學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。實踐表明，動態(tài)題目的應用，可以引導學生以理解而非記憶方式學習。

模擬電子技術的題目，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。模擬電子技術題目的動態(tài)變化，指電路（拓樸關系或參數(shù)）能在限定范圍內(nèi)隨機變化，同時參考答案能自動跟隨電路的變化而變化。實現(xiàn)模擬電子技術動態(tài)題目開發(fā)，涉及元器件建模和電路圖形編輯、存儲、重現(xiàn)技術，應用到了計算機建立電路方程組和解電路方程組技術。

以一個二極管練習電路為例，介紹動態(tài)題型的特點。當用戶打開題目后，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)，右下為用戶練習選擇區(qū)。當打開一題目時，在限定范圍內(nèi)，系統(tǒng)對擺放方向可變元件V1、V2和D1隨機選擇擺放方向，對參數(shù)可變元件V1、V2和R1隨機選擇參數(shù)，再繪畫電路圖，同時通過自動建電路方程和解方程，獲知全部節(jié)點電位和支路電流，從而得到參考答案。用戶練習時，在答題區(qū)的對應括號內(nèi)輸入答案，然后點擊“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)自動提取用戶答案與參考答案進行對比，并給出比較結果，某比較結果如圖2所示。若用戶點擊“改變參數(shù)”按鈕，系統(tǒng)會產(chǎn)生另一組隨機參數(shù)，并更新電路，更新電路如圖3所示；若用戶點擊“正確答案”按鈕，系統(tǒng)將直接顯示參考答案。

圖1 二極管練習電路顯示界面

圖2 答題結果顯示界面

圖3 另一組隨機數(shù)參數(shù)的電路

由上例可知，對于動態(tài)題目，由于電路的元器件擺放方向、元器件參數(shù)值可隨機變化，同一題目可呈現(xiàn)多態(tài)，從而推動學生只能以理解而非記憶方式學習，有助于學生真正理解電路。

二、增加電路設計題型，培養(yǎng)學生電路設計能力

模擬電子技術旨在培養(yǎng)學生對典型模擬電路的分析能力和設計能力，但傳統(tǒng)練習題多是電路分析題型，幾乎沒有電路設計題型，學生獲得電路設計訓練的機會較少，影響電路設計能力的提高。

為此，項目組設計了電路設計題型。當用戶選擇、打開一電路設計題目后，系統(tǒng)讀出參考電路，但把所有元件間的連接線全部刪除，同時把所有元件隨機擺放。練習時，用戶根據(jù)設計要求，利用題目提供的元器件，進行電路設計練習，包括重新擺放元件、增添電路連接線。當用戶點擊“答案提交”按鈕后，系統(tǒng)自動調(diào)出參考電路與用戶設計的電路進行比較，比較兩電路的拓樸關系是否完全一致。若一致，判定電路設計正確；若有差異，判定電路設計錯誤，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系是否一致的算法。

以橋式整流電路設計為例，介紹電路設計題型的特點。圖4是剛打開題目后的界面，圖5是用戶1完成設計后提交的電路，圖6是用戶2完成設計后提交的電路。對兩用戶所設計的電路，盡管圖形有較大差異，但系統(tǒng)能識別出兩電路拓樸與參考電路拓樸完全相同，從而判斷兩用戶設計電路都正確。

三、增加電路故障診斷題型，培養(yǎng)學生的模擬電路故障診斷技能

現(xiàn)代電子系統(tǒng)常常同時包含模擬電路和數(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，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)成為制約電子技術應用的瓶頸之一，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，項目組設計了電路故障診斷題型，用以培養(yǎng)學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，用戶可以進行電路故障診斷練習，如練習調(diào)用合適儀表，練習把儀表正確接入電路，以測量相關節(jié)點電位或支路電流，或練習設置不同的輸入電壓值，以觀察不同輸入電壓激勵下的電路響應，最重要的練習是依據(jù)對電路功能、電路原理的理解，結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。圖7為題目打開時顯示的界面，左為電路圖，右為答案選擇區(qū)。系統(tǒng)打開電路時，系統(tǒng)隨機選擇了一元器件，改變其參數(shù)設置，模擬電路故障。如本例，系統(tǒng)設置Q1的C、E極間短路。圖8為1用戶設置輸入信號為低電平，接入電壓表測量Q1基極電位和集電極電位，然后運行仿真的結果，圖9為將輸入信號變換為高電平后的結果。若用戶能理解電路，就可以綜合輸入信號電平、仿真顯示電壓、D1的狀態(tài)等相關信息，做出Q1的C、E極間短路的判斷。

圖4 設計橋式整流電路題目

圖5 用戶1設計的橋式整流電路

圖6 用戶2設計的橋式整流電路

圖7 輸入電平狀態(tài)指示電路題目界面

圖8 輸入低電平仿真結果

圖9 輸入高電平仿真結果

針對傳統(tǒng)以紙為載體的模擬電子技術練習題的不足，提出了幾種新式練習題型，并借助計算機仿真等技術，開發(fā)了一個模擬電子技術練習系統(tǒng)。經(jīng)過小范圍推廣應用，練習系統(tǒng)深受用戶好評，是一個較好的輔助學習系統(tǒng)。

【參考文獻】

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

[3]楊華中，羅嶸. 電子電路的計算機輔助分析與設計方法[M].北京：清華大學出版社，2008

【基金項目】廣西教育廳科學研究基金項目（YB2014486）

【作者簡介】韋忠善（1972- ），男，碩士，廣西職業(yè)技術學院副教授，研究方向：電子技術和計算機仿真技術。

（責編 丁 夢）