新式模拟电子技术练习题的设计

韦忠善　明鑫　李显圣

【摘 要】分析传统模拟电子技术练习题的不足，应用信息技术，创新设计模拟电子技术练习题，开发模拟电子技术练习系统；实践表明，新设计的练习题和练习系统能调动学生的学习积极性，提高学生学习模拟电子技术的成效。

【关键词】模拟电子技术 练习题 高职

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）07C-0142-03

模拟电子技术是高职电子信息、通信和电气类专业重要的技术基础课程，是进行后续高频电子技术、单片机技术等专业课程学习的基础，其具有知识涉及面广、概念抽象和实践性强等特点，因而学生普遍觉得学习模拟电子技术存在较大困难。

通过做练习题，巩固、加深对理论知识的理解，是学好模拟电子技术的重要方法。但教材上的练习题主要包括填空、选择和计算题，题目形式和内容比较单调，难以吸引学生的兴趣。在电脑和智能手机普及的时代，利用信息技术，创新练习题型，已成为当前教育界的一个研究热点。

针对以纸为载体的传统练习题的不足，项目组应用信息技术和电子技术计算机仿真技术，对传统的练习题型进行了改进，新设计了几种练习题型，开发了一个模拟电子技术练习系统。推广应用表明，所开发的练习系统，从题目的形式和内容上，能提升学生的兴趣，调动了学生学习积极性，进而提高学生学习模拟电子技术的成效。

一、题目由静变动，推动学生以理解而非记忆方式学习

传统练习题为静态题型，即每道题目的内容和答案都是固定的，易使学生养成背答案，而非真正理解题目的不良习惯。为此，利用软件技术，将静态题型改为动态题型，即同一题目，其部分已知条件可随机变化。同时，用以检验学生答案是否正确的参考答案，能同步题目已知条件的变化而变化。实践表明，动态题目的应用，可以引导学生以理解而非记忆方式学习。

模拟电子技术的题目，常配有电路图，电路图上有参数，参数包括元器件值、电源电压值和输入电压值。模拟电子技术题目的动态变化，指电路（拓朴关系或参数）能在限定范围内随机变化，同时参考答案能自动跟随电路的变化而变化。实现模拟电子技术动态题目开发，涉及元器件建模和电路图形编辑、存储、重现技术，应用到了计算机建立电路方程组和解电路方程组技术。

以一个二极管练习电路为例，介绍动态题型的特点。当用户打开题目后，显示界面如图1所示。图1左为题目的电路图，右为题目介绍和答题区，右下为用户练习选择区。当打开一题目时，在限定范围内，系统对摆放方向可变元件V1、V2和D1随机选择摆放方向，对参数可变元件V1、V2和R1随机选择参数，再绘画电路图，同时通过自动建电路方程和解方程，获知全部节点电位和支路电流，从而得到参考答案。用户练习时，在答题区的对应括号内输入答案，然后点击“答案提交”按钮提交答案。收到用户提交答案的信息后，系统自动提取用户答案与参考答案进行对比，并给出比较结果，某比较结果如图2所示。若用户点击“改变参数”按钮，系统会产生另一组随机参数，并更新电路，更新电路如图3所示；若用户点击“正确答案”按钮，系统将直接显示参考答案。

图1 二极管练习电路显示界面

图2 答题结果显示界面

图3 另一组随机数参数的电路

由上例可知，对于动态题目，由于电路的元器件摆放方向、元器件参数值可随机变化，同一题目可呈现多态，从而推动学生只能以理解而非记忆方式学习，有助于学生真正理解电路。

二、增加电路设计题型，培养学生电路设计能力

模拟电子技术旨在培养学生对典型模拟电路的分析能力和设计能力，但传统练习题多是电路分析题型，几乎没有电路设计题型，学生获得电路设计训练的机会较少，影响电路设计能力的提高。

为此，项目组设计了电路设计题型。当用户选择、打开一电路设计题目后，系统读出参考电路，但把所有元件间的连接线全部删除，同时把所有元件随机摆放。练习时，用户根据设计要求，利用题目提供的元器件，进行电路设计练习，包括重新摆放元件、增添电路连接线。当用户点击“答案提交”按钮后，系统自动调出参考电路与用户设计的电路进行比较，比较两电路的拓朴关系是否完全一致。若一致，判定电路设计正确；若有差异，判定电路设计错误，然后给出参考电路。限于篇幅，这里不介绍比较两电路的拓朴关系是否一致的算法。

以桥式整流电路设计为例，介绍电路设计题型的特点。图4是刚打开题目后的界面，图5是用户1完成设计后提交的电路，图6是用户2完成设计后提交的电路。对两用户所设计的电路，尽管图形有较大差异，但系统能识别出两电路拓朴与参考电路拓朴完全相同，从而判断两用户设计电路都正确。

三、增加电路故障诊断题型，培养学生的模拟电路故障诊断技能

现代电子系统常常同时包含模拟电路和数字电路，前者所占比重常不到20%，但其发生故障率却占到全部故障的80%以上，同时，相比于诊断数字元器件故障，诊断模拟元器件故障的难度更大。因此，模拟电路的故障诊断问题已经成为制约电子技术应用的瓶颈之一，需要高职院校培养更多的掌握模拟电路故障诊断技能的人才，以满足市场之需。

为此，项目组设计了电路故障诊断题型，用以培养学生的模拟电路故障诊断技能。电路故障诊断题型可以零成本、快速地仿真电路故障。利用此题型，用户可以进行电路故障诊断练习，如练习调用合适仪表，练习把仪表正确接入电路，以测量相关节点电位或支路电流，或练习设置不同的输入电压值，以观察不同输入电压激励下的电路响应，最重要的练习是依据对电路功能、电路原理的理解，结合仿真所获电压和电流信息，做出故障判断。

以输入电平状态指示电路为例，介绍故障诊断题型的特点。图7为题目打开时显示的界面，左为电路图，右为答案选择区。系统打开电路时，系统随机选择了一元器件，改变其参数设置，模拟电路故障。如本例，系统设置Q1的C、E极间短路。图8为1用户设置输入信号为低电平，接入电压表测量Q1基极电位和集电极电位，然后运行仿真的结果，图9为将输入信号变换为高电平后的结果。若用户能理解电路，就可以综合输入信号电平、仿真显示电压、D1的状态等相关信息，做出Q1的C、E极间短路的判断。

图4 设计桥式整流电路题目

图5 用户1设计的桥式整流电路

图6 用户2设计的桥式整流电路

图7 输入电平状态指示电路题目界面

图8 输入低电平仿真结果

图9 输入高电平仿真结果

针对传统以纸为载体的模拟电子技术练习题的不足，提出了几种新式练习题型，并借助计算机仿真等技术，开发了一个模拟电子技术练习系统。经过小范围推广应用，练习系统深受用户好评，是一个较好的辅助学习系统。

【参考文献】

[1]王波，张岩，王美玲等.“模拟电子技术实验”课程的改革[J]. 实验室研究与探索，2013（4）

[2]李朝海，吴援明.“模拟电路”教学效果的调查分析及其对策研究[J]. 理工高教研究，2009，28（1）

[3]杨华中，罗嵘. 电子电路的计算机辅助分析与设计方法[M].北京：清华大学出版社，2008

【基金项目】广西教育厅科学研究基金项目（YB2014486）

【作者简介】韦忠善（1972- ），男，硕士，广西职业技术学院副教授，研究方向：电子技术和计算机仿真技术。

（责编 丁 梦）