模拟电子技术实验装置研制与应用

何东钢， 缪新颖， 吴晓雪， 姜国兴， 李 响

(大连海洋大学 信息工程学院，辽宁 大连，116023)

模拟电子技术实验装置研制与应用

何东钢， 缪新颖， 吴晓雪， 姜国兴， 李 响

(大连海洋大学 信息工程学院，辽宁 大连，116023)

为了提高学生基础知识的综合运用能力、实践能力及实验教学的需要，研制了一种模拟电子技术实验装置，介绍了该装置的结构、所能做的实验项目。在实验箱的使用过程中，进行了实验教学模式、考核方式和实验教学资源建设的改革。通过两年多的教学实践，取得了较好的教学效果。

模拟电子技术实验；实验装置；实践能力

模拟电子技术课程是高等院校工科电类专业的重要专业基础课程，具有很强的实践性，这门课程学习的好坏直接影响后续专业课程学习[1]。实验是本课程的重要组成部分，是帮助学生理解理论的重要手段，是培养学生实践能力的重要环节。全国大学生电子设计竞赛，每年的出题方向和竞赛过程引导着高校电类专业的基础课程教学改革，同时学生参加电子设计竞赛过程就是培养学生基础知识的综合运用能力和实践能力[2]。从我校和对其他兄弟学校的调查中发现，凡是在电赛中取得较好成绩的学生，实践能力都较强，就业质量也相对较高。基于以上原因，为了提高学生的综合能力和实践能力，我校在新的培养方案设置中增加了模拟电子技术实验课的学时数并进一步增加综合性、设计性实验比重。但目前我校采用的THM-6型模拟实验装置已不能满足实验教学的需要，为了将理论知识和实践环节相结合，培养学生的动手能力和创新能力，研制了模拟电子技术实验装置，作为现有实验设备的扩充。根据社会需求，更新实验教学内容，有助于学生向社会所需的应用型、实践型、创新型人才的转变[3]。

1 模拟电子技术实验装置的结构

模拟电子技术实验装置是大连海洋大学省级电信实验教学示范中心与科教仪器厂联合研制的一种多功能模拟电子技术实验装置。装置内提供了多组直流稳压电源和交流稳压电源，具有自动过流保护和短路保护功能及报警功能，电路一旦发生短路故障，电源输出电压自动降为零，同时立即发出连续报警声音，提醒用户及时关掉电源开关并排除故障。

模拟电子技术实验装置(见图1)根据多年的实验教学经验设计而成。本装置全部元器件按功能进行分区，主要包括电源、电子元器件、传感器接口电路、自定义扩充4部分。整个装置上所有元器件都是独立的，之间没有任何连线。因此，学生做实验时按照设计要求，先求出元器件参数值，然后设计电路并仿真，最后到本实验装置上学生自己动手搭建实验电路，改变了以往一个实验项目对应一个实验模块，模块上的实验线路已经连接好，实验器件不能更换的模块化设计结构[4]。

图1 模拟电子技术实验装置图

(1) 电源：输入交流电压为AC220 V±10%；输出电压为能同时提供6组直流稳压电源，各组输出电压和电流指标为：±5 V电压、0.5 A电流各1组；±12 V电压、0.5 A的电流各1组；+1.25 V～+15 V连续可调电压、0.5 A电流1组；-1.25 V～-15 V连续可调电压、0.5 A电流1组；实验设备还提供3组输出电压为14、16、18 V，电流为0.5 A的交流电压。

(2) 电子元器件：所有元器件都采用分立元器件设计，包括电阻、电容、电位器组、二极管、三极管、稳压管、发光二极管、场效应管、单刀双掷开关、8 Ω扬声器、电平指示灯等多种类型和规格的常用电子元器件165件[5]。

(3) 传感器接口电路：增加了常用的传感器接口电路，如温度传感器，进行实验室温度变化的检测实验；压力传感器，进行不同压力下传感器信号的检测与放大实验。通过这些与日常生活相结合的实验增加学生的学习兴趣。

(4) 自定义扩充：由于目前的元器件更新换代非常快，因此在实验装置设计中增加了电阻、电容、二极管等自定义元件插孔，并增加了4个8脚、4个14脚、1个24脚和1个40脚集成电路插座，以备扩充之用[6-7]。

2 实验项目

本次设计的实验装置由于元器件都是分立布置，因此将原有的教学仪器生产厂家以验证性实验为主的内容转为以设计性、综合性实验为主的内容，并大大提高了实验项目的范围和内容，可以完成模拟电子技术课程的大部分实验，这些实验涵盖了相关理论课程的主要内容[8]。具体的实验项目如下：

(1) 半导体器件认知能力基本训练。针对半导体器件进行基本检测，具体包括普通二极管、发光二极管、稳压二极管、双向稳压管以及基本三极管的类型及工作检测、管脚辨别实验，单相整流滤波电路实验及晶体管稳压电源实验等。主要训练学生对于半导体相关器件的基本学习，掌握其测试方法、管脚识别、使用规范等应用电路必须的基本知识。

(2) 电路应用及设计能力提高训练。单管应用电路包括共射级单管放大器设计、射极跟随器、两级放大电路设计、差动放大器实验和场效应管放大器等；主要应用半导体器件构成特定功能的放大电路，根据所需特性和主要参数，合理选择和正确应用电路特性设计电路。

集成运放应用电路包括集成运放放大器指标测试实验、集成运放的模拟运算电路实验(反相放大器，同相放大器，积分电路，微分电路)和加减运算电路设计等。在电路设计中应用数学逻辑，掌握各种运算电路的输出与输入电压的函数关系、波形图及其电路设计。

波形发生器电路包括电压比较器、滞回比较器、文氏电桥振荡电路、三角波和方波发生器等。根据原理设计及相应指标，设计简单的波形发生器，能够根据参数设计符合要求的电路。

(3) 综合电路设计能力训练。本实验装置箱为分立开放式实验元件，各元件间可以任意组合，可以根据项目需要设计20多个综合设计性实验项目，同时该装置也能作为模拟电子技术课程设计的实验设备使用。

3 模拟电子技术实验教学改革

模拟电子技术课程实践教学的目的是提高学生的综合开发能力。课程实践教学改革的重点是全面加强学生电路设计及调试能力方面的训练。而实验设备则帮助学生真实地搭建和分析电路。在新实验箱的研制与使用中，我们对实验课的教学模式和实验教学资源的建设和考试方式进行了改革。

(1) 采用翻转课堂教学模式。传统的实验教学模式是课堂上先是教师理论讲解，然后学生做实验。而使用新研制的实验设备后，采用课外(理论、设计、仿真)[9]与课内(实践验证)相结合的全新的教学模式，即把时空分离的知识通过观看微视频资源采用翻转课堂[10]的教学模式，实现理论课程、虚拟实验和实际操作实验各个知识点的有效衔接，实验以项目需求为引导，以仿真为纽带，采取理论设计、仿真、实施教学的全过程，打破了传统的电子线路设计方法。

(2) 实验教学资源的建设。将实验目的、实验仪器、实验原理、实验注意事项等内容[10]用录播软件或手机录制成微视频资源，供学生自学。通过学生提前对本次实验相关的知识的预习，保证了学生在课堂上有充足的时间搭建电路，进行测试、修改和分析问题，提高学生做实验的成功率和效率，增加了学生的自信心，提高了学生的动手能力。制作的电子教学资源主要包括实验操作视频、教师授课视频、多媒体实验教学课件、仪器设备使用说明及注意事项、元器件使用手册、电子版实验教材和网上题库等。

(3) 采用过程化考核方式。传统的实验课考核成绩只包括课内部分，即实验课上的表现、实验报告、课堂提问等。采用新的实验设备后，考试成绩包括课内和课外两大部分(见图2)：课外利用我校网络教学平台实现网上理论知识回顾，完成预习报告和网上答题，此部分占总成绩的30%；理论成绩通过后，根据理论知识完成实验电路的设计和仿真，完成实际操作时的知识储备，此部分占总成绩的30%；设计和仿真电路通过后，进入到课内环节，进行实操实验，通过实操各个评价指标给出实操成绩，此部分占总成绩的40%[11]。采用过程化考核方式后，不仅突出实践技能与理论基础的有效衔接，虚拟实验和实操实验一一对应，而且学生的成绩也更公平、合理，全面提高了学生的综合素质和实践能力。

图2 过程化考核方式

4 结语

我校开设模拟电子技术课程的专业每年有通信、电子、计算机、自动化和海洋技术等5个专业、10多个班级。实践表明，这套自行设计的模拟电子技术实验装置符合教学大纲要求，设备的应用极大地促进了学生进入到实验室学习的积极性和自主性[12]，培养了学生发现问题和解决问题的能力。学生近两年获各类竞赛奖项，其中大学生创新创业训练项目国家级奖项4项，省级奖项10项，校级7项，实用新型专利1项。该实验装置为学生在创新能力和实践能力培养方面提供了良好的实验环境，同时为我校省级示范中心科普基地建设提供硬件支持。

References)

[1] 史雪飞,李江昀,李擎,等. 研究型教学在“模拟电子技术”中的应用[J]. 电气电子教学学报,2012(6):90-92，96.

[2] 郝国法，梁柏华，王涛．DZJS-1型电子技术实验平台的研制[J]．实验室研究与探索，2005，24(2)：48-49 ，61．

[3] 王革思,赵坦峰，张朝柱，等.《模拟电子技术》实验课程体系的研究与实践[J].实验科学与技术,2012，10(5):99-102.

[4] 程春雨,吴振宇，吴雅楠，等.适于层次化教学模拟电子技术实验平台的研制[J].实验室科学,2014，17(5):34-37.

[5] 闫永亮,韩万祥，阎俊，等.电子技术设计性实验装置研制[J].实验技术与管理,2015，32(11):73-74.

[6] 许雪莹.模拟电子技术教学实验装置的研制[J].实验技术与管理,2000，17(3):50-51.

[7] 楼建明，傅越千，安鹏，等.基于能力培养自制实验仪器设备[J].实验技术与管理,2014，31(9):81-86.

[8] 应安明，王桂玲，刘桂涛，等.自制实验仪器设备在教学中的应用[J]. 实验室研究与探索,2003.22(1):20-21.

[9] 李昕欣,李响. 面向学生学习效果反馈机制的模拟电子技术层次化翻转课堂研究[J]. 赤峰学院学报(自然科学版),2016，32(6):238-240.

[10] 李响,李擎,曹立杰，等. 基于仿真设计的电子线路体系课程实践新思路[J]. 中国管理信息化,2013(19):102-103.

[11] 何东钢,谷军,李响,等. 电信实验教学示范中心综合实验平台的构建与实践[J]. 实验技术与管理,2015,32(11):163-165，268.

[12] 李琳,陈璨,刘复玉，等.模块化电子技术课程设计实验平台研制[J].实验技术与管理,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

辽宁省国际教育“十三五”科研规划课题立项课题(16LNGJ030，16LNGJ033，16LNGJ045)的阶段研究成果；2016年辽宁省科协科技创新智库项目(LNKX2016B04)；辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目(UPRP20160333)；大连海洋大学2016年度校级教育教学改革研究项目

何东钢(1972—)，女(满)，辽宁大连，硕士，高级实验师，辽宁省电信实验教学示范中心副主任，主要从事计算机控制方面研究

E-mail：hdg@dlou.edu.cn

李响(1983—)，男，辽宁沈阳，硕士，讲师，主要从事电子仪器设计研究.

E-mail：lixiang@dlou.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0087-03