孫亞飛 潘學(xué)偉 吳屏

摘 要：“模擬電子技術(shù)實驗”課程是電類專業(yè)的基礎(chǔ)類實驗課程，該課程的開展是十分必要的。文章針對模擬電子技術(shù)線上實驗課程的開展，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）電工與電子教學(xué)中心對該課程的教學(xué)模式進行了深入的探索，與深圳易星標技術(shù)有限公司展開合作，利用他們提供的在線真實驗管理系統(tǒng)，對現(xiàn)有的實驗課程進行整合和優(yōu)化。對于單管交流放大電路、射極跟隨器、集成運放的線性和非線性應(yīng)用、波形發(fā)生電路等驗證性和設(shè)計性電路，學(xué)生利用在線遠程實驗系統(tǒng)進行實驗的預(yù)習(xí)、電路的搭建，數(shù)據(jù)調(diào)試以及實驗報告的處理，讓學(xué)生的動手能力在疫情期間也能得到很大的提高。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù);在線真實驗管理系統(tǒng);在線教學(xué)設(shè)計

0? ? 引言

“模擬電子技術(shù)”是電類專業(yè)最為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，“模擬電子技術(shù)”實驗是“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”的配套課程，該課程對實踐環(huán)境的要求相對較高，不能用軟件仿真實驗代替[1]。為了實現(xiàn)線上實驗教學(xué)的改革，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）和深圳易星標技術(shù)有限公司開展合作，利用易星標提供的在線真實驗管理系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的“模擬電子技術(shù)實驗”進行改革，讓學(xué)生足不出戶就可以感受“模擬電子技術(shù)實驗”帶給他們的動手之樂[2]。

1? ? 在線真實驗管理系統(tǒng)

在線真實驗管理系統(tǒng)（Elf-LAB）是深圳易星標技術(shù)有限公司基于產(chǎn)出導(dǎo)向教學(xué)理念，為改進教學(xué)質(zhì)量提供大數(shù)據(jù)支撐而開發(fā)的實踐管理閉環(huán)系統(tǒng)。在線真實驗管理系統(tǒng)如圖1所示。

1.1? 在線真實驗管理系統(tǒng)的優(yōu)點

在線真實驗管理系統(tǒng)可以打破時域限制，實現(xiàn)資源的共享，同時也可以提高教學(xué)效率，讓學(xué)有余力的同學(xué)可以將更多的時間投入實驗創(chuàng)新設(shè)計[1，3-4]。同時Elf-LAB系統(tǒng)可以感知物理器件、真實電路布線引入的偏差，學(xué)生可以通過調(diào)參數(shù)、改走線，體驗真實物理器件引入的偏差，利用工程思維思考問題。這個過程可以讓學(xué)生對理論知識有更加深入的認識和理解。尤為重要的是這個系統(tǒng)比仿真更能接近真實研發(fā)環(huán)境，工程人員通過該系統(tǒng)的仿真更容易發(fā)掘工程實際問題。最后，老師可以通過該系統(tǒng)實時關(guān)注學(xué)生的完成情況，根據(jù)后臺的數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計學(xué)生的薄弱點，課下老師根據(jù)統(tǒng)計的情況再針對性的進行教學(xué)質(zhì)量的改進[1，5]，在線真實驗遠程系統(tǒng)的具體構(gòu)成如圖2所示。

1.2? 系統(tǒng)的核心功能

（1）可以打破僵化的電路設(shè)計，不同于簡單的固定連線，給學(xué)生最大的自由發(fā)揮空間，變被動為主動。

（2）開放接口，支持自主設(shè)計模塊，根據(jù)教學(xué)計劃完成實驗項目的設(shè)計。系統(tǒng)的核心功能介紹如圖3所示。

1.3? 最全實驗數(shù)據(jù)采集、分析

實驗數(shù)據(jù)采集和分析界面包括16項過程數(shù)據(jù)采集和? ? ? ?15個維度學(xué)情分析，其中，16項過程數(shù)據(jù)采集包括：每個監(jiān)測點第一次上傳數(shù)據(jù)錯誤數(shù)量（個人及班級）、錯誤率、監(jiān)測點試錯次數(shù)、提交時間、最后一次提交正確數(shù)量、正確率等;15個維度學(xué)情分析包括：全部監(jiān)測點第一次上傳數(shù)據(jù)錯誤率分布、全部監(jiān)測點最后一次上傳數(shù)據(jù)正確率分布、試錯因素分布、速度因素分布、操作成績評價等。

1.4? 個性化學(xué)習(xí)建議

個性化學(xué)習(xí)建議流程如圖4所示。在流程圖中主要涉及兩個核心關(guān)聯(lián)，其中，關(guān)聯(lián)1是監(jiān)測點的設(shè)置;關(guān)聯(lián)2是內(nèi)容推送。

2? ? 基于在線真實驗管理系統(tǒng)進行的模電實驗教學(xué)方式探索

目前，許多高校針對模電實驗都采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，即老師發(fā)布相關(guān)實驗內(nèi)容，學(xué)生按照實驗內(nèi)容的要求完成預(yù)習(xí)報告，老師課上講解相關(guān)實驗的內(nèi)容并檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報告，學(xué)生按照實驗步驟完成實驗，課上檢查學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)，有問題的學(xué)生還需重新做。學(xué)生根據(jù)課上獲得實驗數(shù)據(jù)進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理并完成實驗報告。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式，模電實驗都需要在線下完成。針對驗證性實驗，學(xué)生按照實驗步驟獲得數(shù)據(jù)大同小異，老師并不能真實獲得學(xué)生對課程的反饋[4-5]。而通過在線真實驗管理系統(tǒng)，老師可以在后臺查看學(xué)生的數(shù)據(jù)，真實掌握學(xué)生對實驗預(yù)習(xí)的情況，以及學(xué)生易發(fā)生錯誤的點，這些信息都有利于老師今后對教學(xué)質(zhì)量進行針對性的改進。在線真實驗管理系統(tǒng)支持線上完成實驗報告，不需學(xué)生再手寫實驗報告，節(jié)省了學(xué)生大量的時間，可以讓學(xué)有余力的同學(xué)把更多的時間投入創(chuàng)新型設(shè)計實驗[6]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）利用在線真實驗管理系統(tǒng)進行“模擬電子技術(shù)實驗”線上教學(xué)的過程如圖5所示。

老師需要在在線真實驗管理系統(tǒng)發(fā)布實驗任務(wù)，學(xué)生根據(jù)實驗任務(wù)進行實驗的預(yù)習(xí)，實驗電路的搭建、數(shù)據(jù)采集和分析以及實驗報告的處理和線上提交，老師根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告以及后臺相關(guān)的操作數(shù)據(jù)進行學(xué)情分析，結(jié)合學(xué)生實驗的狀況、內(nèi)容、方法和效果的統(tǒng)計，針對性地進行教學(xué)質(zhì)量的完善，進而進一步優(yōu)化相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，使之形成一個正向的反饋環(huán)。以上的過程都是可以線上進行，老師和學(xué)生的交互不再受時空約束[1，4]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）“模擬電子技術(shù)實驗”共? ? ? ? ?24學(xué)時，實驗項目主要有二極管和三極管的功能測試、單管交流放大電路、射極跟隨器、帶負反饋的兩級交流電壓放大電路、有源濾波電路的研究、集成運放的線性和非線性應(yīng)用、波形發(fā)生電路、直流穩(wěn)壓電路等。其中帶負反饋的兩級交流電壓放大電路、有源濾波電路的研究、直流穩(wěn)壓電路都是通過軟件仿真進行，占12學(xué)時[6]。二極管和三極管的功能測試是第一個實驗，主要是讓大家掌握在線真實驗管理平臺的使用。單管交流放大電路、射極跟隨器、集成運放的線性和非線性實驗都為驗證性實驗，學(xué)生可以根據(jù)實驗電路圖并結(jié)合在線真實驗系統(tǒng)上現(xiàn)有的實驗器材進行搭建，獲取相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，并保存相關(guān)的截圖。學(xué)生可以直接在在線真實驗管理系統(tǒng)上處理實驗報告。由于波形發(fā)生電路是一個設(shè)計性實驗，需要同學(xué)結(jié)合理論知識進行相關(guān)電路圖的設(shè)計。電路圖設(shè)計的過程中，相關(guān)器件參數(shù)的設(shè)置要考慮在線真實驗管理系統(tǒng)有的實驗器材進行。除此之外，學(xué)生還可以通過此平臺進行數(shù)字電子技術(shù)實驗、電路實驗、信號與系統(tǒng)實驗、電子競賽以及綜合性電路設(shè)計及創(chuàng)新實驗。

2.1? 在線真實驗系統(tǒng)在模電驗證性實驗中的應(yīng)用

2020春季學(xué)期，利用在線真實驗管理系統(tǒng)共發(fā)布5個實驗，分別為二極管和三極管的功能測試、單管交流放大電路、射極跟隨器、集成運放的線性和非線性應(yīng)用、波形發(fā)生電路。其中二極管功能測試、單管交流放大電路、射極跟隨器實驗是驗證性實驗，波形發(fā)生電路是設(shè)計性實驗，三極管的功能測試和集成運放的線性和非線性應(yīng)用是綜合性實驗。

驗證性實驗就以單管交流放大電路為例，單管交流放大電路是模電實驗中比較經(jīng)典的實驗項目，非常具有代表性，是學(xué)好模電必備的基礎(chǔ)知識[4]。要想做好單管交流放大電路實驗，學(xué)生們需要掌握放大器的靜態(tài)工作點以及調(diào)整方法，掌握放大器放大倍數(shù)的測量方法，深入理解放大器靜態(tài)工作點對放大器工作狀態(tài)的影響，同時也要對示波器、低頻信號發(fā)生器的使用非常熟悉。利用在線真實驗管理系統(tǒng)，學(xué)生可以在實驗室外具備網(wǎng)絡(luò)條件的任何地方，通過計算機遠程遠程控制智能實驗平臺上的實物電路和測量儀表，實現(xiàn)如同在現(xiàn)場操作一樣的電路元件調(diào)整效果和測量結(jié)果。完整的實驗流程如下：學(xué)生登錄在線真實驗遠程系統(tǒng)，選擇空閑的實驗臺，進入選定的實驗臺，選擇需要做的實驗項目，點擊“掃描”按鈕，將放置在在線真實驗管理系統(tǒng)硬件平臺的模塊掃描到客戶端軟件上，點擊“找儀器”，尋找與在線真實驗管理系統(tǒng)連接的測量儀器，并點擊“攝像頭”，實時觀察在線真試驗管理系統(tǒng)的平臺實際情況。準備工作就緒后，按照實驗指導(dǎo)書中的原理圖進行電路的搭建，下發(fā)電路。下發(fā)成功后，調(diào)節(jié)信號源、示波器、數(shù)字電位器，保證最終的測量結(jié)果。學(xué)生在實驗的過程中，所有的數(shù)據(jù)都會自動上傳后臺，老師可以真實了解每個學(xué)生的完成情況。

2.2? 在線真實驗系統(tǒng)在模電綜合性實驗中的應(yīng)用

對于綜合性實驗，包括驗證和設(shè)計，也有創(chuàng)新部分。以波形發(fā)生電路實驗為例，老師只給出實驗題目以及要求的相關(guān)參數(shù)。對于電路圖的繪制以及參數(shù)的選取由學(xué)生自己定義。電路是有兩級電路組合而成，前級電路為方波發(fā)生器，要求產(chǎn)生的幅值，占空比以及信號的頻率固定，后級電路是一個積分電路，將方波電壓轉(zhuǎn)換成三角波，后級電路的參數(shù)要求幅值是一定的。學(xué)生自行選擇自己所需要的參數(shù)，繪制電路圖，利用仿真軟件先進行仿真，得出仿真結(jié)果，最后在在線真實驗遠程管理系統(tǒng)上搭建電路，進行電路的調(diào)試，得到較為理想的實驗結(jié)果[4]。完成整個實驗需要學(xué)生對理論知識既要有一定的掌握，又要求學(xué)生有一定的仿真能力，最重要的是要求學(xué)生有動手實踐能力。整個實驗讓學(xué)生全方位得到鍛煉[7]。

3? ? 結(jié)語

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法中，教師在實驗課前審閱預(yù)習(xí)報告的時間和強度壓力比較大。學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中只做文字抄錄，不做深入思考的淺預(yù)習(xí)。尤為嚴重的是，學(xué)生無論準備是否充分都可以做實驗。很多學(xué)生按照實驗步驟進行操作，獲得數(shù)據(jù)大同小異，對于每個學(xué)生的真實實驗狀態(tài)無法跟蹤，因此對每個學(xué)生的實際操作水平?jīng)]辦法做出客觀評價。對于一些班級人數(shù)較多的情況，每個人的掌握情況不盡相同，無法因材施教。實驗課程缺乏閉環(huán)評價機制，課程質(zhì)量無法得到持續(xù)改進。從課堂上學(xué)生的反饋以及課下課程的評價來看，在線實驗管理系統(tǒng)可以有效促使學(xué)生進行預(yù)習(xí)。老師可以在線進行預(yù)習(xí)檢測，對學(xué)生實驗準備以及預(yù)習(xí)情況有非常全面的了解。同時也能跟蹤每個學(xué)生的具體操作過程以及實驗報告的完成情況。老師也可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況制定個性化學(xué)習(xí)方案，學(xué)生也可以對老師的教學(xué)情況進行客觀的評價，雙向的互動切切實實提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性也得到了很大的提高。

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（編輯 傅金睿）

Design and exploration of online teaching of “Analog

Rlectronic Technology Experiment” course

Sun Yafei， Pan Xuewei， Wu Ping

（Experiment and Innovation Education Center， Harbin Institute of Technology （Shenzhen）， Shenzhen 518055， China）

Abstract：The course of “Analog Electronic Technology Experiment” is the basic professional experimental course of electrical specialty， the development of this course is very necessary. The development of the online experiment for “Analog Electronic Technology Experiment” course， the Harbin Institute of Technology （Shenzhen） center for electrical and electronic teaching of the course teaching mode has carried on the thorough exploration， and Easing Standard Technology （Shenzhen） Co.， Ltd.， use the online experiment management system， they provide the existing experimental curriculum integration and optimization. For single pipe ac amplifying circuit， emitter follower， linear and nonlinear application of integrated operational amplifier， waveform generating circuit and the verification and design circuit， students use online remote experiment system for the experiment of preparation， the construction of the circuit， debugging and test report data processing， lets the student beginning ability during the outbreak could be greatly improved.

Key words：analog electronic technology; online real experiment management system; online teaching design