基于计算机仿真技术的模拟电子技术考试系统的研发

【摘要】在本文当中，介绍了一种基于计算机仿真技术的模拟电子技术考试系统的研发。在该系统当中，包含了试题开发、试卷编辑等多个功能，该系统不仅能够作为平时练习的工具，同时在实际的模拟考试中也有着重要的作用。

【关键词】计算机仿真 模拟电子技术 考试系统 研发

一、“模拟电子技术”考试系统的基本特征

在实际的教学与考试过程当中，采用教學与考试分离的模式不仅能对教学的质量进行客观与公平的检验，同时对教学质量的提高也有着重要的推动作用。而利用计算机进行考试则可以很好的实现教学与考试的分离，在现阶段的各种考试当中都有着广泛的运用，也受到了人们的热烈欢迎。但是利用计算机进行考试，相应的系统则是必不可少的。但是当前阶段的计算机考试系统存在着严重的不足，制约了计算机考试在大范围内的全面推广。计算机考试系统的主要特征包括以下几个方面的内容：第一，计算机考试系统内部所有的试题都是静态试题，其内容和答案都是唯一的，这尚不能完全达到高水平考试的要求。第二，计算机考试系统内部所包含的试题的数量明显偏低，同时由于这种系统并不是一种开放性的系统，如果学生在平时的模拟考试或者练习过程当中，将所有的题目都做完，而后再去参加考试，必然能获得较高的分数。因此，这种考试系统在运用的过程当中就失去了当初的目的，成为单纯评价教师工作与学生学习质量的一种工具，失去了其“以考助学”的初衷。在许多领域的考试当中，由于担心学生做完所有的题目并强行记录，计算机考试系统还不能完全对学生开放，从而限制了其应用。

“模拟电子技术”在多个专业都是重要的基础课程，“模拟电子技术”课程对学生的电路分析能力有着一定的要求，其中不仅涉及到大量的电路图，同时 也需要对相关的电路图进行编辑与重现，这就使得这门课程的计算机考试系统的研发难度加大许多。在项目的研究过程中，笔者通过查阅相关资料等方式对“模拟电子技术”计算机考试系统的研发进行了分析与研究，认为“模拟电子技术”计算机考试系统应该包含以下几个方面的特征：第一，该系统应该包含有电路图编辑功能，学生可以在该系统中实现电路图的编辑与重现。第二，应该设计出动态试题模块，例如，在试题当中，电路的连接方向、电压、电流、电阻等都可以产生一定的变化，而并非是一成不变的。第三，系统内含电路仿真模块，运行仿真模块即可计算电路节点电位和支路电流，从而获得不同参数条件下的试题标准答案，并实现考试自动评分。对于一题多变的动态类型题目，学生只有通过理解而非记忆的方式才能正确答题，因此，所开发的考试系统完全可以，且应该开放给学生练习。实践表明，“模拟电子技术”考试系统，极大地提高了学生练习的积极性，也提高了学生的学习成绩。

二、系统设计

“模拟电子技术”计算机考试系统主要包括题目开发模块、试卷编辑模块、考试模块、题库和试卷库。题目开发模块的主要功能是实现电路图的编辑功能，有了这个功能之后，既可以增加试题库当中的试题数量，也能够对试题库当中现有的试题进行编辑与修改。试卷编辑功能的主要作用是组建新的试卷或者修改已经存在的试卷。考试模块用来从试卷库选择试卷、调出试题、重现试题、仿真电路和自动评分，是考试系统的核心模块。

在考试模块当中可以实现从试题库选择试题组成试卷并分析试卷中所包含的信息等。从原始信息提取电路拓扑数据、随机参数代码和题目文本。随机参数代码和随机数种子送至随机数发生器，确定相关随机参数；电路图重绘单元利用电路拓扑数据和相关随机参数，重新绘制电路；电路仿真单元对电路仿真，获取电路的各节点电位和各支路电流；标准答案提取单元从仿真数据中提取出标准答案。题目文本在被从原始信息提取出来之后，可以由考试者输入相关的答案，考试者所输入的相关数据会被提取并送至答案比较单元，答案比较单元会将考试者所输入的答案与标准答案进行比较，最后完成相关的评分工作。

学生在进行练习的过程当中，系统时钟会随机产生对应题目的随机数种子，这就使得题目不再是静止不变的。而学生在参加考试的过程当中，随机数种子则是由教师指定的，这就使得每个学生的考试题目都是完全一样的，从而使得考试是公平与公正的。

三、电路仿真

在“模拟电子技术”计算机考试系统当中，由于题目是动态变化的，电路图的相关参数并不是一成不变的，而是会发生一定的变化，同时题目所对应的答案也会发生一定的变化。电路仿真单元的研发可以实现系统能够自动获取标准答案与自动评分功能。在电路仿真单元当中，可以实现对电路直流工作点的模拟，从而形成对应的标准答案。

电路直流工作点的仿真需要解电路方程组，由于电路方程组大部分都是一些非线性的元器件，从而使得方程的建立与解方程都较为困难。解决这一问题的思路是用元器件的直流伴随模型，将非线性元件进行线性化，再建线性电路方程组和解电路方程组。通过反复迭代运算，最后获得电路方程组的数值解。

四、结语

基于计算机仿真技术的模拟电子技术考试系统的研发对当前高校关于模拟电子技术课程的教学与考试都有着重要的意义。由于模拟电子电路的虚拟性，通过该系统的使用能够使得整个学习的过程更加的生动，避免了当前高校采用的“PPT+教科书”的教学模式。

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基金项目：湖南省教育厅科学研究项目（项目编号：16C0941）

作者简介：周博沙（1984-），男，讲师，工学硕士。