电子技术实验教学研究

电子技术实验教学研究

摘要：电子技术作为一门非常重要的专业技术基础课程，在通信、电子类专业中占有举足轻重的地位。传统的实验教学存在很多弊端，为了提高学生的创新能力，全面提高学生的综合素质，笔者在多年从事该实验教学的基础上，提出了改进实验的一些想法和思路。

关键词：电子技术实验；课程改革；EDA技术；建构主义理论

1 传统的《电子技术》实验概况

目前高校开设的《电子技术》实验，主要包括模拟和数字实验两部分，各高校根据自己的实际情况，开设的实验一般在十个左右，模拟和数字实验的比例也不尽相同。传统的实验教学方法是学生在规定的时间内，完成教师规定的实验内容。它是一种在教师指导下，学生亲自实践的教学方法。这种方法在学生实验的初级阶段进行基础实验训练时，是十分必要的，它可以培养学生掌握基本的实验方法，学会正确使用仪器和操作技能，训练学生记录与处理数据、分析误差、绘制图表的能力，并养成细心观察的习惯。

传统的实验教学方法有一个重要的特点，即“验证性”。教师指导学生做实验，主要是为了验证某一定理或结论。就拿《电子技术》课程的第一个基础实验--基本放大电路的研究来讲，首先，学生根据给定的电路图，给定的元器件和给定的电路板，了解电路结构；其次，将元器件焊接到电路板上，组成一个具有特定功能的实际电路，学生根据实验教材给定的电路图(包括相应的参数)，在实验板上设计好三极管，偏置电阻，负载电阻等元器件的位置，然后进行焊接(练习基本功)和必要的连接。实际电路完成以后，再进行检查，当确信没有错误之后，就可以研究其性能了。

基本放大电路的性能研究，主要包括静态和动态性能研究，静态性能研究主要指偏置电阻对

放大器性能的影响，传统实验很少照顾到它(因为参数已经给定，若从电路板上更换新的元器件，就会很麻烦)，而主要侧重于对动态性能研究，即输入信号的变化对放大电路的影响，具体在实验中，用信号发生器在放大器输入端加入不同频率、不同电平的信号(同时用示波器观察波形)，用示波器观察放大器的输出波形。学生能够画出输入输出端波形，即算实验成功。这样做实验的优点是针对性较强，指导较方便，进行比较顺利，实验基本能够按期完成。

但这种实验方法，很容易使学生产生依赖性，不利于学生创造性的发挥。至于实验为什么要这样做，效果如何，还有没有更好的方案，学生很少去想，也很少去问，这样是很难取得较好的教学效果的。

笔者认为，传统实验中，学生只是机械地操作，在实验过程中一直处于被动地位，这对提高学生学习兴趣，扩展思维能力，真正掌握实验原理，都造成很大影响，严重制约着学生创新意识的培养，阻碍学生主动探索的积极性，改革传统实验教学方法刻不容缓。因此，笔者试图用计算机媒体，利用EDA技术，结合相关软件（如Protel等）对实验课程重新进行设计。

2 EDA技术及其特点

EDA (电子设计自动化)是在计算机辅助设计(CAD)技术的基础上发展起来的计算机软件系统。在EDA技术中，人们可以利用计算机进行关于电路的各种功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试，甚至还包括印制电路板的自动设计等。如果利用EDA技术进行电子技术实验教学，主要采取的是电子工作台(Electronic Workbench，简称EWB)电路分析和设计软件。EWB提供了元器件的理想模型和实际模型，可以对它设置不同的故障，所使用的测试仪器模型其外形和操作方法与实际仪器很相似，非常适合电子类课程的教学与实验。

在电子技术高速发展的今天，新电路、新器件不断涌现，由于实验室条件的限制，无法及时满足各种电路的设计和调试要求。采用元件仿真的方法，用计算机虚拟出一个测试仪器先进、

元器件品种齐全的电子工作台，一方面克服了实验室在元器件品种规格和数量上不足的限制，避免了仪器损坏等不利因素；另一方面又可以进行设计型、纠错型和创新型等不同形式的针对性训练，培养学生的分析、应用和创新能力。

同时，也可以通过计算机完成电路的功能设计、性能分析、时序测试以及印制电路板的自动布线，使学生了解EDA技术进行产品设计的基本过程。与传统的实验方式相比较，采用计算机虚拟技术进行电子线路的分析和设计，突出了实验教学以学生为中心的开放性和综合性的特点，不仅实验的效率得到提高，而且通过训练，学生在掌握正确的测量方法和熟练使用仪器、综合分析电路和培养创新能力等方面都有较明显的改善和提高。

3 应用EDA技术进行电子技术实验教学改革的探讨

EDA技术在电子技术实验教学领域的适用范围很广，可以进行多种教学改革的尝试，不仅可以进行设计型实验教学，还可以进行纠错型、创新型等实验。在传统的实验中，只有在某一元器件被损坏的情况下，学生才可能在该状态下进行障碍排除的实验，而利用EWB软件，我们就可以对电路中的元器件进行故障设置，要求学生在实验中予以排除，通过这种方式来培养学生分析问题、解决问题的能力。

学生在掌握了相关的电路模拟软件后，可进行实验：

3.1 学生应根据实验目标，以人机交互的方式将确定的电路设计方案以电路原理图形式送入计算机。只要调出相应的元件，绘制好电路图即可。在此过程中，学生在明确实验目标后，应当对设计软件中的相应元器件的基本性能、基本参数有一个清晰的认识，对电路图的结构、形式有总体上的把握。就拿基本放大电路的研究来讲，三极管型号的选择，偏置电阻、负载电阻的参数以及偏置电路的形式都要做到心中有数，同时，对计算机的最终模拟结果也应该有所了解，如当改变偏置电阻时，放大器的性能有何变化，放大器在什么条件下就会工作于饱和状态或截止状态。了解了这些内容后，在实验过程中就会得心应手。

3.2检查输入计算机的电路无误后，就可以设置分析类型和分析参数，应根据不同的实验，不同的实验要求，设置不同的分析类型和分析参数，还是以基本放大电路为例，我们可以对放大器进行静态和动态分析。

3.3 设置完成以后，就可以调用仿真程序对电路进行模拟分析，显示和分析模拟结果。完成电路模拟分析后，可以确定电路是否满足预定要求，如果波形符合要求，即可以进行实际实验；如果波形不符合预定要求，再回到前面重新进行设计，直到波形符合设计要求为止。在对放大器的静态分析中，即使波形符合要求，还可以观察在不同偏置下放大器输出波形，即不断改变设置参数，通过比较波形的不同来分析其性能。在分析放大器的动态性能时，也可以通过改变设置参数，观察在不同输入信号下的模拟波形，我们就可以确定放大器的一系列参数，如电流电压放大倍数，动态范围等。通过模拟实验，对放大电路的结构、性能就会有一个全面的认识，为以后自己设计电路奠定良好的基础。

在实验过程中，不同学生的设计方法、设计步骤、设计参数以及模拟的结果可能会有很大的不同，同学之间可以互相探讨、互相学习，互相解决在实验中出现的问题。教师也应在必要的时候给予适当的指导和引导。

3.4对实验效果的评价

新型实验教学中的教学评价比传统的教学更容易、更方面、更快捷。在多媒体环境下建立多种教学评价系统，客观、公正地对教学质量进行跟踪、监测和考核，同时系统还应具有相应的分析和评估能力，再根据老师对每个学生的实验给与的评价，从而对教学质量给出正确的评价。

当然，我们也应认识到，EDA技术仅仅为我们的实验提供了一个便利的工具，利用EDA设计的电路仅仅是一个虚拟的电路，与实际电路还有本质的区别。在对培养学生的实际操作能