电子技术实验教学研究

1、电子技术实验教学研究1 传统的电子技术实验概况 目前高校开设的电子技术实验，主要包括模拟和数字实 验两部分， 各高校根据自己的实际情况， 开设的实验一般在十个 左右， 模拟和数字实验的比例也不尽相同。 传统的实验教学方法 是学生在规定的时间内， 完成教师规定的实验内容。 它是一种在 教师指导下， 学生亲自实践的教学方法。 这种方法在学生实验的 初级阶段进行基础实验训练时， 是十分必要的， 它可以培养学生 掌握基本的实验方法， 学会正确使用仪器和操作技能， 训练学生 记录与处理数据、分析误差、绘制图表的能力，并养成细心观察 的习惯。传统的实验教学方法有一个重要的特点， 即“验证性”。 教 师指导

2、学生做实验，主要是为了验证某一定理或结论。就拿电 子技术 课程的第一个基础实验 - 基本放大电路的研究来讲， 首 先，学生根据给定的电路图，给定的元器件和给定的电路板，了 解电路结构；其次，将元器件焊接到电路板上，组成一个具有特 定功能的实际电路，学生根据实验教材给定的电路图（ 包括相应的参数 ） ，在实验板上设计好三极管，偏置电阻，负载电阻等元 器件的位置， 然后进行焊接 （练习基本功 ） 和必要的连接。 实际电 路完成以后，再进行检查，当确信没有错误之后，就可以研究其 性能了。基本放大电路的性能研究，主要包括静态和动态性能研究， 静态性能研究主要指偏置电阻对放大器性能的影响， 传统实验很

3、少照顾到它 （ 因为参数已经给定， 若从电路板上更换新的元器件， 就会很麻烦 ） ，而主要侧重于对动态性能研究，即输入信号的变 化对放大电路的影响， 具体在实验中， 用信号发生器在放大器输 入端加入不同频率、不同电平的信号 （同时用示波器观察波形 ） ， 用示波器观察放大器的输出波形。学生能够画出输入输出端波 形，即算实验成功。这样做实验的优点是针对性较强，指导较方 便，进行比较顺利，实验基本能够按期完成。但这种实验方法， 很容易使学生产生依赖性， 不利于学生创 造性的发挥。至于实验为什么要这样做，效果如何，还有没有更 好的方案，学生很少去想，也很少去问，这样是很难取得较好的 教学效果的。笔者

4、认为，传统实验中，学生只是机械地操作，在实验过程 中一直处于被动地位，这对提高学生学习兴趣，扩展思维能力， 真正掌握实验原理， 都造成很大影响， 严重制约着学生创新意识 的培养， 阻碍学生主动探索的积极性， 改革传统实验教学方法刻 不容缓。因此，笔者试图用计算机媒体，利用EDA技术，结合相关软件（如 Protel 等）对实验课程重新进行设计。2 EDA 技术及其特点EDA （电子设计自动化）是在计算机辅助设计（CAD）技术的基 础上发展起来的计算机软件系统。在EDA技术中，人们可以利用计算机进行关于电路的各种功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试，甚至还包括印制电路板的自动设计等。如果利用ED

5、A技术进行电子技术实验教学，主要采取的是电子工作台(Electronic Workbench ，简称EWB电路分析和设计软件。 EWB提供了元器件的理想模型和实际模型，可以对它设置不同的故 障，所使用的测试仪器模型其外形和操作方法与实际仪器很相 似，非常适合电子类课程的教学与实验。在电子技术高速发展的今天，新电路、新器件不断涌现，由 于实验室条件的限制，无法及时满足各种电路的设计和调试要 求。采用元件仿真的方法，用计算机虚拟出一个测试仪器先进、 元器件品种齐全的电子工作台， 一方面克服了实验室在元器件品 种规格和数量上不足的限制， 避免了仪器损坏等不利因素； 另一 方面又可以进行设计型、 纠错

6、型和创新型等不同形式的针对性训 练，培养学生的分析、应用和创新能力。同时，也可以通过计算机完成电路的功能设计、性能分析、 时序测试以及印制电路板的自动布线，使学生了解EDA技术进行产品设计的基本过程。 与传统的实验方式相比较， 采用计算机虚 拟技术进行电子线路的分析和设计， 突出了实验教学以学生为中 心的开放性和综合性的特点， 不仅实验的效率得到提高， 而且通 过训练， 学生在掌握正确的测量方法和熟练使用仪器、 综合分析 电路和培养创新能力等方面都有较明显的改善和提高。3应用EDA技术进行电子技术实验教学改革的探讨EDA技术在电子技术实验教学领域的适用范围很广，可以进 行多种教学改革的尝试，

7、不仅可以进行设计型实验教学， 还可以 进行纠错型、创新型等实验。在传统的实验中，只有在某一元器 件被损坏的情况下，学生才可能在该状态下进行障碍排除的实 验，而利用EWB件，我们就可以对电路中的元器件进行故障设 置，要求学生在实验中予以排除， 通过这种方式来培养学生分析 问题、解决问题的能力。学生在掌握了相关的电路模拟软件后，可进行实验：3.1 学生应根据实验目标， 以人机交互的方式将确定的电路 设计方案以电路原理图形式送入计算机。只要调出相应的元件， 绘制好电路图即可。在此过程中，学生在明确实验目标后，应当 对设计软件中的相应元器件的基本性能、 基本参数有一个清晰的 认识，对电路图的结构、形式

8、有总体上的把握。就拿基本放大电 路的研究来讲，三极管型号的选择，偏置电阻、负载电阻的参数 以及偏置电路的形式都要做到心中有数， 同时，对计算机的最终 模拟结果也应该有所了解， 如当改变偏置电阻时， 放大器的性能 有何变化，放大器在什么条件下就会工作于饱和状态或截止状 态。了解了这些内容后，在实验过程中就会得心应手。3.2 检查输入计算机的电路无误后，就可以设置分析类型和 分析参数，应根据不同的实验，不同的实验要求，设置不同的分 析类型和分析参数， 还是以基本放大电路为例， 我们可以对放大 器进行静态和动态分析。3.3 设置完成以后， 就可以调用仿真程序对电路进行模拟分 析，显示和分析模拟结果。

9、完成电路模拟分析后，可以确定电路 是否满足预定要求，如果波形符合要求，即可以进行实际实验； 如果波形不符合预定要求， 再回到前面重新进行设计， 直到波形 符合设计要求为止。 在对放大器的静态分析中， 即使波形符合要 求，还可以观察在不同偏置下放大器输出波形， 即不断改变设置 参数，通过比较波形的不同来分析其性能。 在分析放大器的动态 性能时， 也可以通过改变设置参数， 观察在不同输入信号下的模 拟波形， 我们就可以确定放大器的一系列参数， 如电流电压放大 倍数，动态范围等。通过模拟实验，对放大电路的结构、性能就 会有一个全面的认识，为以后自己设计电路奠定良好的基础。在实验过程中，不同学生的设计

10、方法、设计步骤、设计参数 以及模拟的结果可能会有很大的不同，同学之间可以互相探讨、 互相学习， 互相解决在实验中出现的问题。 教师也应在必要的时 候给予适当的指导和引导。3.4 对实验效果的评价 新型实验教学中的教学评价比传统的教学更容易、更方面、 更快捷。在多媒体环境下建立多种教学评价系统，客观、公正地 对教学质量进行跟踪、 监测和考核， 同时系统还应具有相应的分 析和评估能力， 再根据老师对每个学生的实验给与的评价， 从而 对教学质量给出正确的评价。当然，我们也应认识到，EDA技术仅仅为我们的实验提 供了一个便利的工具，利用EDA设计的电路仅仅是一个虚拟的电 路，与实际电路还有本质的区别。

11、 在对培养学生的实际操作能力， 对元器件、仪器设备等的感性认识方面暴露出不可避免的缺点。 根据这种情况， 我们认为必须在充分利用现有教学条件和设备前 提下，开发新型的教学资源， 将两种实验教学方法紧密结合起来， 形成一种传统硬件实验教学与计算机仿真软件教学相结合的模 块式实验教学新模式。软件模拟实验主要培养学生应用最新的计算机技术分析与 设计电路的能力； 基本仪器仪表使用实验和硬件实验主要培养学 生基本实验技能。 这样， 既培养了学生的基本实验技能与实验能 力，又让学生了解了当前电子设计领域的先进技术。4 用建构主义理论指导实验课程的设计4.1 学生的主体性地位 建构主义的一个基本观点是确认学

12、生在学习活动中的主体 地位， 即由知识的被动接受者成为主动建构者。 这意味着在获得 知识的过程中学生的主动性和创造性更能得以有效发挥。 从哲学 的角度来考察， 这正好抓住了矛盾的主要方面， 或者说看到了内 因是事物发展变化的根本原因所在。 学生要成为意义的主动建构 者，就要在学习过程中从以下几个方面发挥作用：（1）借助已有认知结构主动探索，不断发现；（ 2）充分利用信息资源库获 取必要的概念， 原理， 事实等对意义建构有关的信息。 （3）“学 会思考”， 仅有积极性， 主动性及信息还不够， 学生要善于联想， 把这几方面统一起来， 思考如何靠近所要建构的意义。 因此在实 验中，学生由被动地接受知

13、识，转变为主动地学习知识，通过计 算机技术，利用各种学习资源，去主动建构知识。学生不仅要学 习知识，还要掌握“如何学”的能力。 学生必须有独立学习能力、 创造能力、 创新能力、 自主学习能力、 自我管理能力、 协作能力、 协调能力等。 学生将成为知识的探索者和学习过程中真正的认知 主体。4.2 教师角色的变化教师由传统的知识讲解者、 传递者、 灌输者变成了学生学习 的指导者、帮助者、促进者。在实验教学环境中，教师不再是唯 一的知识源，教师不能再把传递知识作为自己的主要任务和目 的，而是要把精力放在如何教学生“学”的方法上， 为建构学生 的知识体系创设有利的情境， 使学生“学会学习”。 指导学生

14、懂 得“从哪里”和“怎么样”获取自己所需要的知识， 掌握获得知 识的工具和根据认识的需要处理信息的方法。 学习者不论个人或 协作地进行意义建构， 通常并不能清楚地意识到所要建构的知识 对象或已有经验的局限性， 也不能形成更为合理的思维方法或建 构起系统的理论知识，从这一点来考虑，教师应该有效地、恰当 地去指导学生的实验，使其快速，正确地形成一个建构框架，从 而对新的知识信息完成意义的建构。 教师应力求帮助学生认识意 义建构的可能性和正确性， 对新知识的建构是建立在已有认知结 构的基础之上，当这两者的交叉范围甚少或者趋向性不合理时， 建构就会出现困难， 教师要不失时机地帮助学生获得必要的经验 和

15、预备知识， 并潜移默化地引导学生知识结构的建构， 在学生实 验的过程中， 教师要不断激发和培养他们的积极性， 增强学习动 机。这其中要特别注意对学生错误的及时诊断和纠正， 教师要正 确认识学生发生错误的必然性， 正面引导， 促使其向合理的方向 发展。4.3 学生的协作学习问题 建构主义不仅重视教师和学生之间的协作， 更重视每个学生 之间的协作、互相补充和交流。在实验教学中，协作学习已成为 学生学习的主要和有效的方式。 协作学习是一种通过小组或团队 的形式组织学生进行学习的一种策略。 在协作学习中， 教师既要 考虑如何传授知识， 又要指导协作小组借助于计算机媒体对学习 问题进行合作、探讨。协作学习模式对于培养学生的创造能力、 创新能力、探索精神、合作精神非常重要。协作学习需要大量的 信息资源供学习者查阅。 教师可以事先将学生可能用到的信息资 源存入计算机， 协作学习的学习者在协作学习过程中根据知识掌 握的需要， 直接从资源库中查询所需的信息资源。 协作学习