錢 敏，陸元成，高 陽(yáng)，朱江轉(zhuǎn)

（華東理工大學(xué)a.物理學(xué)院；b.機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200237）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程基本基于傳統(tǒng)教學(xué)，具體有以下兩種方式［1-9］。第1種，在萬(wàn)能電路板上焊接電路，元器件多，學(xué)生易出錯(cuò)。由于學(xué)生初學(xué)，器件性能診斷和線路排布經(jīng)驗(yàn)不足，往往線路焊接多種多樣，教師在糾錯(cuò)時(shí)需花費(fèi)大量時(shí)間，教學(xué)效率較低。第2種，在插件板上插接封裝好的元器件，由于封裝的器件只暴露引腳并在封裝殼體上標(biāo)注，不能有效進(jìn)行元件性能診斷。同時(shí)，由于封裝的單個(gè)元件體積比較大，插件板面積有限，限制了電路規(guī)模，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容往往簡(jiǎn)單，學(xué)生往往只按照電路圖進(jìn)行插件，限制了對(duì)電路布局的鍛煉，學(xué)生受益較淺，課程質(zhì)量欠佳。另外，由于學(xué)生多，元件多，問(wèn)題多，教師很難做到客觀評(píng)價(jià)。針對(duì)這些問(wèn)題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一套電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

1 創(chuàng)新型電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

創(chuàng)新型電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生主導(dǎo)、教師輔助、線上線下的教學(xué)方式。線上部分：控制服務(wù)器對(duì)接數(shù)據(jù)庫(kù)，提供下載截圖，上傳報(bào)告及教師查詢數(shù)據(jù)；學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，提交預(yù)習(xí)報(bào)告等，控制服務(wù)器記錄預(yù)習(xí)報(bào)告提交時(shí)間。線下部分：學(xué)生在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的軟件引導(dǎo)下，根據(jù)電路圖選擇元器件，在硬件電路板上進(jìn)行焊接，通過(guò)軟件調(diào)試、檢測(cè)元器件引腳的波形和數(shù)值。軟件判斷數(shù)值是否正確，屏幕截圖保存波形。本課程采用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)新技術(shù)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)新教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄客觀嚴(yán)謹(jǐn)，突破了傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)瓶頸。

基于自主研發(fā)的創(chuàng)新型電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程面向理工科專業(yè)本科生，是在電子技術(shù)理論課基礎(chǔ)上開展的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。課程旨在實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)操作的創(chuàng)新教學(xué)方式，破除課程千校一面，以新技術(shù)引領(lǐng)一流本科課程建設(shè)，讓課程優(yōu)起來(lái)。歷時(shí)7年，全部自創(chuàng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓教師強(qiáng)起來(lái)。自我學(xué)習(xí)、操作、分析、設(shè)計(jì)的教學(xué)方式，讓學(xué)生忙起來(lái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)檢測(cè)記錄功能，讓課程管理嚴(yán)起來(lái)。學(xué)生通過(guò)課堂自我學(xué)習(xí)，操作討論，師生互動(dòng)，讓課堂活起來(lái)，效果實(shí)起來(lái)。該課程促進(jìn)知識(shí)、能力、素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合水平和高級(jí)思維，滿足理工科創(chuàng)新型專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 智能化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的思路

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程較早的教學(xué)方式是讓學(xué)生在萬(wàn)能電路板上焊接或接插電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這個(gè)方式學(xué)生容易出錯(cuò)，教學(xué)效率低。目前大多使用的模塊插件，學(xué)生感受較淺，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣哂邢蓿?0-16］。鑒于這兩點(diǎn)，本課程建設(shè)的目標(biāo)是既要讓學(xué)生直接接觸電子元件，在電路板上自由焊接，自己布局電路，也要讓學(xué)生出錯(cuò)時(shí)基本能通過(guò)提示自己解決問(wèn)題，讓學(xué)生自己去研究電路各種變化及相應(yīng)的現(xiàn)象，并且能全程記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，給予客觀的評(píng)價(jià)。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)采取的措施

為實(shí)現(xiàn)以上思路，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套完整的軟硬件相結(jié)合的智能化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)智慧教學(xué)系統(tǒng)，包含一個(gè)控制服務(wù)器，30 個(gè)受控實(shí)驗(yàn)臺(tái)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳和截圖下載終端。

2.2.1 服務(wù)器功能

服務(wù)器上顯示每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的狀態(tài)，包括實(shí)驗(yàn)者學(xué)號(hào)姓名，是否在線；所有實(shí)驗(yàn)臺(tái)的信息均實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于服務(wù)器，實(shí)驗(yàn)臺(tái)受控于服務(wù)器并通過(guò)無(wú)線相互通信，所以學(xué)生可以在任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程中斷，可以在后面任何時(shí)間任何實(shí)驗(yàn)臺(tái)上從上次中斷的步驟處繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能

實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括一個(gè)顯示屏，一塊自由焊接的電路板（含兩個(gè)集成電路卡座），實(shí)驗(yàn)臺(tái)上集成有示波器，信號(hào)發(fā)生器，實(shí)驗(yàn)供電電源，均由顯示屏顯示，可由鼠標(biāo)和軟鍵盤調(diào)節(jié)，其他還有萬(wàn)用電表，瞬熱式焊槍，攝像頭等，如圖1 所示。

圖1 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

學(xué)生首先需要登錄，之后電腦控制檢查實(shí)驗(yàn)板是否清空，以保證下一個(gè)學(xué)生不能利用上一個(gè)學(xué)生搭建的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；清空檢查通過(guò)后會(huì)顯示該學(xué)生的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，包括未完成的實(shí)驗(yàn)，已完成的實(shí)驗(yàn)，已使用的實(shí)驗(yàn)時(shí)間等；選擇所要做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就會(huì)加載到實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電腦，并按步驟顯示；學(xué)生按屏幕指導(dǎo)在電路板上排布焊接電路，并按照軟件提示將電路調(diào)整至要求的功能狀態(tài)，檢查無(wú)誤后啟動(dòng)電腦檢查；如電路狀態(tài)（節(jié)點(diǎn)電壓）與要求的狀態(tài)偏離，屏幕會(huì)顯示哪些節(jié)點(diǎn)電壓偏離了要求，學(xué)生根據(jù)提示查閱相應(yīng)資料，自己分析解決問(wèn)題；若檢查通過(guò)，說(shuō)明電路連接正常，達(dá)到了要求的功能狀態(tài)；之后進(jìn)行電路參數(shù)測(cè)量，并輸入電腦比對(duì)認(rèn)可；參數(shù)測(cè)量比對(duì)成功后，進(jìn)入電路變化的觀察研究；在以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每一步中的重要節(jié)點(diǎn)電壓波形的示波器顯示結(jié)果都要求截屏保存（含學(xué)號(hào)），實(shí)驗(yàn)后下載用于實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的攝像頭隨機(jī)攝像，以備教師檢查，杜絕代做。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳和截圖下載終端功能

本終端提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳和實(shí)驗(yàn)中的截圖下載，要求學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)開始前1 周內(nèi)遞交預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)完成后1 周內(nèi)遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以保證實(shí)驗(yàn)有效進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量。服務(wù)器記錄有預(yù)習(xí)報(bào)告遞交時(shí)間，操作實(shí)驗(yàn)用時(shí)，操作實(shí)驗(yàn)步驟完成數(shù)目，操作實(shí)驗(yàn)犯錯(cuò)次數(shù)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告遞交時(shí)間，如不符合要求，將自動(dòng)按設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)扣分，從而保證了教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了客觀評(píng)價(jià)。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)路線

智能化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)路線如圖2 所示。①線下部分建設(shè)：1 個(gè)控制服務(wù)器，30 個(gè)受控實(shí)驗(yàn)臺(tái)，1 個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳和截圖下載終端。②線上部分建設(shè)：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制服務(wù)器對(duì)接數(shù)據(jù)，提供下載截圖，上傳報(bào)告，教師查詢數(shù)據(jù)。③課程資源建設(shè)：目前建設(shè)了10 個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，8 個(gè)為常規(guī)實(shí)驗(yàn)，2 個(gè)為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。8 個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)分別是線性電路原理、信號(hào)放大電路、功率放大電路、正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、精密整流電路、模擬穩(wěn)壓電源、5555 定時(shí)器。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)廣泛適用于模擬電路和數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

圖2 智能化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線

2.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)

2.4.1 實(shí)驗(yàn)新儀器

自主研發(fā)的創(chuàng)新型電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)全部國(guó)產(chǎn)化，技術(shù)含量高，體現(xiàn)一流本科教學(xué)儀器。

2.4.2 教學(xué)新方法

“授人以魚不如授人以漁”。面向本科生自我學(xué)習(xí)、操作、分析、設(shè)計(jì)。教師引導(dǎo)、幫助、培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、探索、設(shè)計(jì)、研究能力。

2.4.3 評(píng)價(jià)新方式

中央服務(wù)器記錄實(shí)驗(yàn)所用時(shí)間，所犯錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)客觀公正。

2.4.4 課程信息化

全程電子信息化，教材和實(shí)驗(yàn)報(bào)告均電子版，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化教學(xué)。

3 教學(xué)效果和評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)想始于2012年，于2014 年建立系統(tǒng)，經(jīng)2 年試用，2016 年9 月開始由所有學(xué)生正式使用，今年已是第7年，在這過(guò)程中系統(tǒng)得到了不斷完善，目前應(yīng)用已基本成熟。

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)教學(xué)實(shí)踐體現(xiàn)出以下特色：①學(xué)生跟電腦屏幕是互動(dòng)關(guān)系，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易犯錯(cuò)誤，在提示下，通過(guò)自己分析去解決問(wèn)題，正是這個(gè)過(guò)程極大地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；②?shí)驗(yàn)過(guò)程基本不需要教師的介入，除非遇到疑難問(wèn)題，才需要教師介入討論，且這種介入可以遠(yuǎn)程進(jìn)行，這就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放性，學(xué)生可以自由擇時(shí)實(shí)驗(yàn)；③這個(gè)實(shí)驗(yàn)方式，可以保證每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練質(zhì)量，很多學(xué)生都是從開始時(shí)懵懂，害怕電路，到實(shí)驗(yàn)完成后收獲極大的成就感并真正喜歡上電子電路；④這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以隨時(shí)創(chuàng)建，可同時(shí)在線15 個(gè)實(shí)驗(yàn)（雖然現(xiàn)在只創(chuàng)立了10 個(gè)），如果需要增加或替換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也很方便，可以通過(guò)專用軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和更替實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

學(xué)生對(duì)這種課程形式反映良好。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)評(píng)價(jià)方式的客觀性，決定了每個(gè)學(xué)生必須獨(dú)立自主、真刀真槍地完成實(shí)驗(yàn)。幾乎所有同學(xué)均認(rèn)可，這個(gè)課程極有成效地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

本研究建設(shè)的智能化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，在技術(shù)上有一定創(chuàng)新。學(xué)生可在新教學(xué)方法下自主學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄客觀嚴(yán)謹(jǐn)，突破了傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)瓶頸，體現(xiàn)在：①教學(xué)儀器創(chuàng)新：電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自主研發(fā)、技術(shù)含量高，將科技發(fā)展前沿成果引入課程，體現(xiàn)時(shí)代性與前沿性。②教學(xué)內(nèi)容高階：課程包括常規(guī)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)廣度、深度、挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和能力。③教學(xué)方式示范引領(lǐng)：學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師輔助指導(dǎo)。課堂和遠(yuǎn)程互動(dòng)相結(jié)合。儀器創(chuàng)新化、內(nèi)容高階化、評(píng)價(jià)客觀化、教學(xué)信息化。④課程推廣性高：中國(guó)特色、技術(shù)領(lǐng)先的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利于學(xué)生自主創(chuàng)新型研究學(xué)習(xí)。本課程采用一流教學(xué)儀器、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理，教學(xué)成果將支撐學(xué)校理工科學(xué)科人才和世界一流大學(xué)建設(shè)。