电子电路学实验教学研究与实践

一、基础实验建设

根据国外教材的特点和教学内容进行整合，设计6学时的基础实验，帮助学生了解实验设备原理、使用方法、实验的设计原理、实验操作方法。基础性实验，包括仪器使用、电路、电子部分实验。实验的内容应该对教材的内容加以整合，将电子和电路实验融为一体，将电阻器件和网络、电路分析方法、动态电路、一阶和二阶电路的动态分析、集成运算放大器、直流电源以及模拟和数字电路及其应用等方面的关键实验内容进行整合，设计出6个学时的基础实验，实验类型分为验证性。建设的关键要考虑，第一层次基础性实验阶段，学生对理论的知识还处于被动接收阶段，通过设计思考题，让学生进行思考和实践，从而掌握知识的内涵。

二、EDA实验建设

根据课程教材的需要减少了部分验证性实验，被删减的验证性实验项目通过EDA实验进行仿真和验证，此外，实物实验无法覆盖全部内容，而EDA实验耗时少，简单易于实现，可以覆盖更多的内容，仿真及设计实验主要介绍虚拟实验项目的设计方法，帮助学生更好地理解课堂教学内容，仿真软件采用Multisim、LabVIEW、Elvis，引进EDA技术三步措施是：课堂讲一部分EDA基础知识，之后学生上机做EDA仿真实验，首先是验证性的实验，然后是思维训练型实验，最后安排EDA研究和设计实验。EDA实验建设分以下四个层次：

1.基础验证型。基础实验主要针对实物实验中被删减的验证型实验，例如实物实验无法覆盖的实验内容，可以利用EDA实验完成，因为EDA实验耗时少。在模拟电路部分，由于课程学时的限制，减少的分立元件的内容，可以利用仿真实验的方法来强化学生静态和动态分析的概念。实验主要内容有：（1）直流电路实验（具体的实验还包括基尔霍夫定律、叠加原理、戴维宁定理等实验）；（2）一阶电路瞬态响应；（3）交流电路；（4）放大电路；（5）运算放大器；（6）脉冲波型的产生与变换；（7）组合逻辑电路实验；（8）时序逻辑电路实验。

2.思维训练型。思维训练型实验的目的是逐渐培养学生的逻辑思维过程。故障排除是电子电路课程教育的重要部分之一，在学习理论知识的同时，培养学生进行故障排除和解决黑盒问题的技巧，进而提高学生解决实际问题的能力。注意问题的设计要循序渐进，由浅入深。故障排除问题主要是使用EDA创建电路，使它包含您自己定义的错误或是在程序中提供的错误。可以通过设置密码防止学生直接访问它们。通过创建并锁定子电路也可以隐藏错误。您可以使用说明框指导学生隔离错误。这样学生就可以使用提供的元器件和电源修正错误。黑盒问题要求学生们选择并适当地调整测试仪器、解释读数、应用基本理论，最重要的是进行各种思考和问题解决。可以通过创建与锁定子电路制作出新的问题。原始文件设置教师密码保护，学生可以将原始文件下载、解答问题，将他们的解答写入说明框中，再反馈给教师。教师的工作主要是编制开放性的原始文件、设计故障电路以及设计黑盒问题。

3.研究型实验。所谓研究型实验是指教师指定选题，让学生经过仿真实验，从数据分析或者现象中引出结论。研究型实验所针对的实验类型：第一，由于受实验仪器的限制，无法对组合逻辑电路的竞争冒险进行硬件实验验证，主要是逻辑门的传输延迟时间极短，现有的示波器很难观测暂短出现的冒险信号；第二，解决了触发器的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。第三，主要研究新器件的特性、元件的建模与分析过程。研究型实验的主要选题有：（1）组合逻辑电路竞争冒险仿真分析；（2）时序逻辑电路中RS触发器仿真分析；（3）变容二极管特性分析与仿真；（4）热敏电阻模型建立及仿真应用；（5）功率因数提高研究；（6）忆阻器。

4.EDA设计型实验。EDA设计型实验也可以称之为小设计，是通过选择一个具体应用电路进行设计，让学生掌握电路的设计方法，提高对所学电路理论的应用能力，从而培养学生分析和解决实际问题的能力。设计课题的注意事项：（1）要明确目的，最好是包含某个重要的知识点，而这个知识点是比较抽象或者比较难理解的；（2）课题的设计要有利于学生进行发散性思维，举一反三，灵活运用理论知识和实验技能，培养学生的创新意识；（3）教师要引导学生对实验进行总结，这部分通常被忽略。设计型实验的主要内容有如下：（1）双向流动彩灯控制器的设计；（2）电压检测电路设计与仿真；（3）八音阶电子琴的设计与仿真；（4）智能抢答器的设计与实现；（5）四人表决电路设计；（6）光控路灯自控电路或简易调光灯电路。学生可以在这些设计项目中选择一个自己感兴趣的内容进行设计，也可以经教师同意进行自选题目设计。

三、远程及创新实验建设

从2011年开始，我们设计了一个基于ELVIS的可切换的远程系统平台。该平台将相关的信号通过模拟开关技术扩展成六路信号，并通过串口与PC机通信控制六块实验板之间的切换。上位机通过LabVIEW编程制作便于人机交互的图形操作界面，该系统成功地拓展了实验资源，具有视频反馈，实现了远程实验的操作和监控。目前，需要在远程实验的系统平台上进行具体实验的设计，以满足国际班电子电路学远程实验的要求。根据国外的教材的内容，需要在系统平台上开发的相应实验有8个学时的实验：（1）半导体器件实验；（2）仪器使用实验（示波器和信号发生器）；（3）基本运算放大器实验；（4）放大器综合应用实验；（5）555电路实验；（6）瞬态响应实验；（7）交流电路实验；（8）电源实验。此外还需要开发的是课堂及课后的演示实验。创新开放性实验为综合设计实验。针对具体的设计任务，介绍电路的设计方法、基本电路单元的运用、系统参数的测试以及电路的整体调试等。拟开设的开放性实验项目有电源设计、抢答器、节日彩灯、数据采集系统、电子鸟电路、双密码电锁电路、简单的电子报警器电路、触摸开关电路等。学生可以在其中选择一个设计项目进行设计。教师可以为同学们介绍当今最先进的电子器件的应用、各类电路的设计方法和最新电路设计手段，开阔同学们的视野，强化同学们的工程概念，并给出多种设计制作的题目供同学们练习。在电子设计竞赛的启发下，我们主张在实验的实际设计制作环节中，可以仿照竞赛的要求将同学分组，共同完成实验电路设计、制作与调试，并写出详细总结报告。在制作电路的训练过程中，鼓励学生用不同的方案实现，锻炼学生的思维的广阔性，培养学生的创新能力。

四、实验教材建设

进一步研究分析相关的国外优秀教材，编写全英文的实验教材。教材的特点应突出注重动手、加强实践、培养兴趣和积极创新的理念，教材还应该增加新器件和EDA仿真软件的使用方法介绍。实验类型分为验证性、综合性和设计性等三个层次。在教学内容上，电子与电路学实验将电子和电路实验融为一体，内容按三个层次编写：（1）基础性实验，包括仪器使用、电路、电子部分实验；（2）仿真及设计实验，介绍EDA实验项目的设计方法，进行辅助实验教学，仿真软件采用Multisim、LabVIEW、Elvis等；（3）综合设计实验，针对具体的设计任务，介绍电路的设计方法、基本电路单元的运用、系统参数的测试、电路的整体调试等。

五、实验课程资源平台建设

实验资源平台建设包括：（1）实验教学文件资源，包括：实验大纲、实验内容、和实验要求等；（2）录像资源，包括：英文实验操作录像、EDA实验操作讲解、基础实验步骤、远程实验操作步骤和实验现象分析等录像资源；（3）在线实验预习检测，引入MIT自行编制的虚拟实验软件以及在线练习，学生在课前和课后可以随时通过远程实验和虚拟实验强化概念。学生在做实验的过程中，通过动手操作，很容易就掌握了相关的专业词汇，不自觉地突破了语言的障碍，实验资源贯穿于授课的全过程，为学生的全英文学习和实践提供了难得的实验环境，在学中用、在用中学，进一步提高了学生的语言的综合运用能力。通过电子电路学实验课程的学习，不仅使学生掌握电工电子技术方面的实验方法，获得电气工程技术方面的基本实验技能，了解电工电子技术的发展及其在各方面的应用。而且为后续课程的学习以及从事相关的工程技术工作打下必要的基础。同时拓宽学生的学术视野和国际视野，培养具有独立分析、综合设计以及创新应用能力的国际化人才。

作者：刘蕴红 单位：大连理工大学