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1目前模擬電子技術實驗平臺存在問題
我校模擬電子技術實驗室一直使用的是用世行貸款購買的THM－6型模擬電路實驗平臺。該產品比較適合非電類學生使用，對于電類的學生，其測試驗證性實驗模塊就稍顯簡單。并且，隨著實驗教學內容的不斷改進和完善，原廠所提供的實驗教學模塊越來越不適應現在的實驗教學需求。在實驗過程中，幾乎所有的實驗內容都需要學生在面包板上搭接實驗電路。在實驗平臺上，用到的只有電源、直流信號源和手調電位器。并且，由于使用時間過長，實驗平臺已經老化，電源部分損壞率較高，手調電位器接觸不良的問題頻繁出現，已經嚴重影響到學生做實驗的情緒和進度，現急需更換一種新的實驗教學平臺。在模擬電子技術實驗課上，大多數學生第一次接觸到面包板，認識和熟悉使用面包板的過程會相對較慢，頭幾次實驗，學生在面包板上搭錯實驗電路的問題普遍存在。再加上配套的實驗儀器也都是剛剛接觸，學生還沒有達到熟練使用的程度，讓學生自己用實驗儀器在面包板上糾錯非常困難。很多學生因找不到出錯原因，就重新搭接實驗電路，結果造成一部分學生整個實驗過程就是不停地搭電路、拆電路、再搭電路，再拆電路……這部分學生做完實驗，除了知道自己實驗電路搭錯了，其他幾乎沒有任何收獲，實驗效率極低。這種完全靠學生自己在面包板上搭接實驗電路的教學方式需要改變。尤其是頭幾次實驗，應該用一些相對簡便的實驗教學方式，引導學生認識并熟悉使用實驗儀器和面包板，教會學生基本的電路糾錯方法，激發出學生喜歡做實驗的熱情，在實驗過程中逐步引導學生，幫助學生逐步過渡到自己在面包板上實現相對復雜的實驗電路。
2市場上模擬電子技術實驗平臺的現狀
由于教學儀器和設備的生產廠家對高校學生的學習狀況、實驗教學過程、實驗教學需求等并不十分了解，在生產制造實驗用教學平臺時，只注重傳統的實驗教學內容和教學方法，對近幾年的教改內容并不十分熟悉。目前市場上各儀器設備廠家所提供的模擬電子技術實驗平臺不能完全滿足當今實驗教學的要求。并且，隨著教學改革的不斷深入，市場現有模擬電子技術實驗平臺的使用率會逐年降低，花費大量的資金購買現有模擬電子技術實驗平臺勢必會造成某種程度上的資源浪費。市場上現有模擬電子技術實驗平臺普遍存在的問題是:以測試驗證性實驗為主，實驗項目比較固定，大多是傳統的實驗項目。實驗用器件比較單一，出廠前都已經設定好，不允許學生自己做元器件的增減或替換，一塊實驗模板對應一個實驗項目。實驗內容單一，實驗方式的靈活性不夠，直接導致某些能引起學生實驗興趣的實驗項目無法開設。并且市場上所能買到的模擬電子技術實驗平臺，實驗器件大多封裝在實驗箱里。在完成實驗的過程中，學生看不到真正實現實驗功能的器件實物，造成實驗過程與實踐訓練脫節。學生在實驗過程中所能看到的大多是電路符號和電路圖形，做實驗的感覺就好像在圖紙上測試實驗數據，學生不能真正體會到用真實的電子元器件設計、安裝實驗電路的興奮和刺激。并且，為了能讓學生對實驗器件有感性認識，學校還必須另外安排時間給學生做電子元器件的辨識培訓，這既占用了學生有限的學習時間，同時又因為學生沒有真正在實驗過程中見過并使用過這些電子元器件，器件辨識培訓的效果并不理想，很多學生很快就會忘掉培訓內容。
3開發思路和設計準則
在實驗平臺開始設計之初，課題組成員專門到兄弟院校做了實地考察，將各種實驗平臺進行了比較，對在不同實驗平臺上的實驗過程進行了觀摩，同時和一線實驗教師進行了現場交流，重點討論實驗教學過程中遇到的問題，一起探討了對未來實驗平臺的設想，整理出第一手實驗教學資料。課題組成員將帶回來的產品圖片和產品資料進行了匯總，對實驗平臺樣品進行了剖析，對比分析了各知名廠家生產的實驗平臺，重點討論現有實驗平臺在設計中存在的缺陷。從可靠性、耐用性、可擴展性、產品成本和使用效率等多個角度出發，經多次集體討論修改，最終確定了模擬電子技術實驗平臺的研發方案。實驗平臺的設計，必須將安全性和可靠性放在首位。為了增強學生對電子元器件的感性認識，課題組決定，在此次設計的實驗平臺上，所有電子元器件都安裝在外面，保證學生在實驗的過程中能直觀地看到自己是用哪些電子元器件完成設計任務的。這種產品設計方案對電路設計的安全性提出了更高的要求。在設計電路時，必須將安全問題滲透到每個實驗項目、每個實驗細節。設想學生在實驗過程中可能出現的操作失誤，設想這些失誤會造成哪些過流或過壓的安全隱患，在適當的位置，加上電路保護器件，這樣可以大大減少學生在實驗過程中所浪費的無效實驗時間，同時安全可靠性的提高，也簡化了實驗教師對實驗平臺的維修維護工作。在安全可靠的基礎上，實驗平臺還應具有一定的靈活性。其靈活性表現在實驗內容的多樣性和實驗器件的可替換性。此次實驗平臺的設計原則之一是保證每一個實驗項目可以提供多種不同的實驗電路供學生選擇，方便學生在相同的實驗時間里完成不同的實驗內容，這樣不僅有利于提高實驗平臺的利用率，同時也減輕了實驗教師的課前準備時間。實驗內容的多樣性，也符合層次化教學培養目標的要求，改進了實驗教學方法，提高了學生做實驗的效率。創新應從細微處開始，在實驗內容設置上，保留了經典的實驗項目，擴展了設計性實驗內容，注重單元電路與系統的融合，重視各模塊之間的銜接和匹配。把實驗過程中一些小的細節滲透到每個實驗電路中。在經典實驗項目基礎上，增設了設計提高性實驗項目。在實驗內容中，強化電路的原理，讓學生根據實驗電路原理設計擴展功能和細化功能，設定除主要元器件之外其他各元件的電路參數，制定符合電路要求的實驗方法并測試。給學生在實驗過程中提供了更加靈活方便的實驗條件，讓學生把時間和精力都用在電路設計、實驗過程、實驗方法、儀器儀表的使用、實驗數據的測試、對比和分析上，以提高學生的實踐技能。
4實驗平臺的研究成果
4．1電源部分
出于安全考慮，市場上所能購買到的模擬電路實驗平臺的電源電路:變壓、整流、濾波、保護、去耦等都封裝在機箱里面，學生所能看到的只有交流220V輸入電源線、直流輸出電源接口、電源指示燈和電源開關。學生對電源電路的設計沒有感性認識，甚至很多學生認為電源電路很簡單，用電阻分壓就可以實現。本次教改設計實驗平臺時，將整個電源電路全都暴露給學生，讓學生清楚的看到自己在實驗過程中所用的電源是怎么實現的，讓學生直觀地認識到使用電源應該注意哪些問題，幫助學生理解在設計電源電路時保護電路的重要性，同時也教會學生在使用電源的過程中，通過指示燈和表頭發現并判斷問題所在，幫助學生在實驗過程中學習維護實驗設備的基本常識，從細微處學習，積累實踐經驗。為了能做到電源變壓器外置，讓學生能直觀地看到整個電源電路的設計，前提是必須保證學生在用電方面的安全。在設計電源電路的過程中，課題組成員花費了大量的時間在市場上調研，最后確定選用北京新創四方電子有限公司生產的兵字牌全封閉環氧灌封板載電源變壓器，該系列電源變壓器采用絕緣灌封的方式，采用雙層絕緣，PPT外殼的絕緣電壓符合外置變壓器的用電安全要求，同時解決了電源變壓器外置和保證學生用電安全的問題。
4．2基礎實驗部分
在市場上所能購買到的實驗平臺上，基礎實驗部分大多采用模塊化設計結構，即一個實驗模塊對應一個實驗項目，模塊上的實驗器件不可以更換，除了可以用電位器調節靜態工作點外，學生在實驗過程中可以自由選擇的實驗器件幾乎沒有，這勢必會造成在同一次實驗課上，所有學生使用的是一種實驗模塊，做的是相同的實驗內容，測試出來的實驗數據也基本一樣。對學生來說，這種實驗方式，缺乏新鮮感，更沒有挑戰性，很難激發出學生做實驗的熱情，更難以實現層次化培養的教學目標。新設計的實驗平臺，在實驗內容的一致性方面做了重大調整。在實驗平臺上，只提供給學生最基本的實驗器件，學生需要自己補充選擇一部分實驗器件才能完成實驗。比如單管放大實驗，實驗臺上只給學生提供一個晶體管和四個固定電阻，學生需要另外選擇一個電位器才能完成最基本的基極分壓式單管放大電路靜態工作點的設置實驗，同時還需要學生另外選擇交流器件，設計不同的交流放大通路:共發射極放大電路、共基極放大電路、共集電極放大電路，最后完成全部實驗內容。這樣設計實驗的好處是:在一個實驗環節里，給學生設置了多個不同的實驗內容，實現了實驗內容的多樣性。同時也保證了實驗技能相對較好的學生可以利用剩余的實驗時間，完成擴展的實驗內容，以實現層次化培養的教學目標。
4．3設計提高實驗
本次設計的實驗平臺，注重采用傳統實驗平臺上很難見到、并且學生平時也很少有機會使用的貼片封裝器件，如貼片封裝的電阻、二極管、MOS管，讓學生有機會認識這些器件。各單元模塊都采用開放式設計結構，增加接口電路，注重各模塊之間的級聯和匹配，提高設計性實驗內容的比重。讓學生進到實驗室，一下子見到很多以前沒有見過的實驗器件，首先會異常興奮，充滿好奇心，帶著新鮮感去完成實驗。為了能更好地貼近實際應用，激發學生學習的熱情，在本次設計的實驗平臺上，還增設了多個傳感器接口電路，如稱重傳感器小信號的檢測與放大，室內光強變化的檢測與控制，環境溫度變化的檢測與控制，障礙物的檢測與判斷等多種模擬傳感器檢測電路，讓學生在實驗室里就能直觀地體驗到在學校所學到的理論知識與實際應用有著緊密的聯系，以激發學生做實驗的熱情，同時幫助學生初步建立起系統設計的觀念。
5結語
經過一年兩個學期多組學生的實驗測試，本次教改所開發的實驗平臺符合教學大綱的要求，性能穩定，檢修方便，大大減少了實驗教師維修維護實驗設備的時間，其功能和實用性達到了設計要求。尤其是實驗內容的增加，受到多數學生的歡迎。參加測試的學生對模擬電子技術實驗課的態度有了明顯的改變，做實驗的熱情顯著提高。當然，新研制的模擬電子技術實驗平臺還存在一些小的缺陷和不足，在后續的產品化過程中，課題組將以學生為中心，以設計制作滿足教學要求的實驗平臺是教師的職責和義務為準則，投入更多的時間和精力，將實驗平臺盡快完善并推廣，以使更多的學生和老師受益。
作者：程春雨 吳振宇 吳雅楠 馬馳 郭學滿 王林 單位：大連理工大學
