引言：實(shí)踐教學(xué)是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，“新工科”建設(shè)也對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力提出了更高的要求。模擬電路課程是電子信息類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用性較強(qiáng)的必修課程，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是其不可或缺的教學(xué)手段。然而該課程受眾廣、內(nèi)容多，教學(xué)實(shí)施難度較大。在當(dāng)前“新工科”建設(shè)大背景要求下，以及新型冠狀病毒肺炎疫情的不斷侵?jǐn)_下，必須對(duì)實(shí)踐教學(xué)模式做出調(diào)整，以適應(yīng)新形勢(shì)的需要。

1傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方式：傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)是依托硬件實(shí)驗(yàn)室完成的。模擬電路實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)儀器比較多，至少包括直流穩(wěn)壓電源、示波器、信號(hào)源、萬(wàn)用表、計(jì)算機(jī)等，學(xué)?；ㄙM(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)采購(gòu)相應(yīng)設(shè)備建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，然后每年再投入不菲經(jīng)費(fèi)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。學(xué)生按照教學(xué)安排在限定的時(shí)間、空間和已有設(shè)備的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容依次完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教師在完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講授、實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改的教學(xué)工作內(nèi)容以外，還需要花大量時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，工作負(fù)擔(dān)重、工作效率低。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教育模式是各大高校常規(guī)采用的方式。雖然該方式簡(jiǎn)明、直接，有助于學(xué)生迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，但其學(xué)習(xí)效率低，受時(shí)空影響大，尤其是當(dāng)前嚴(yán)峻的疫情形勢(shì)下，線下實(shí)驗(yàn)的實(shí)施異常困難，急需有與時(shí)代相適應(yīng)的新的模式來(lái)替代。

2 新興的基于EDA工具的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，近年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可借助計(jì)算機(jī)營(yíng)造一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，特別是與電子信息類(lèi)相關(guān)課程，有多款成熟的仿真軟件可供選擇，如Proteus、Multisim等。相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，基于EDA工具的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方式有諸多優(yōu)點(diǎn)。首先，該方式比較便捷，無(wú)需硬件儀器設(shè)備支持，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可完成實(shí)驗(yàn)，包括設(shè)計(jì)和測(cè)試。其次，該方式比較靈活，可以突破硬件實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空限制。在學(xué)生已經(jīng)掌握仿真軟件使用方式的情況下，無(wú)需集中實(shí)驗(yàn)。另外該方式比較高效，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)電路搭建比較便捷，單位時(shí)間內(nèi)學(xué)生可以完成更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。然而，虛擬仿真環(huán)境也帶著天生的劣勢(shì)。比如，虛擬仿真的電路環(huán)境是理想環(huán)境，和真實(shí)的工作環(huán)境還是有很大差異。特別是模擬電路實(shí)驗(yàn)，真實(shí)電路受實(shí)際輸入信號(hào)、元器件誤差、芯片輸出誤差以及線路損耗等影響，產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差相對(duì)較大且隨機(jī)變化。虛擬仿真環(huán)境不可能無(wú)差別的再現(xiàn)真實(shí)環(huán)境。其次，學(xué)生理論課上學(xué)習(xí)的都是抽象概念，本可以在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，然而，虛擬仿真環(huán)境無(wú)法提供電路及相關(guān)器件的真實(shí)感受。能否有另外一種模式既可以保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降恼鎸?shí)、即視的特點(diǎn)，又能兼顧虛擬仿真實(shí)驗(yàn)便捷、高效的優(yōu)勢(shì)。

3軟硬結(jié)合的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑簜鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街孕实?、損耗大，關(guān)鍵在于眾多實(shí)驗(yàn)儀器的維護(hù)保障工作難度大。硬木課堂推出的模數(shù)混合綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完美解決了這個(gè)問(wèn)題。該平臺(tái)提供了模擬電路、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)必須的硬件模塊，如電源模組、示波器模組、信號(hào)源模組、數(shù)字萬(wàn)用表模組、多功能數(shù)字I/O模組，以及面包板和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以基于面包板任意構(gòu)建電路，也可以直接采用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和上位機(jī)連接后，所有實(shí)驗(yàn)儀器都由上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方式不同的是，實(shí)驗(yàn)電路是真實(shí)存在、實(shí)時(shí)搭建的。實(shí)驗(yàn)信號(hào)也是真實(shí)的，只是信號(hào)的發(fā)生和測(cè)量由上位機(jī)軟件控制，在上位機(jī)上顯示。如此，該模式既保留了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降恼鎸?shí)、即視的特點(diǎn)，又能像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)菢颖憬?。甚至該模式可以支持遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和本地上位機(jī)連接，遠(yuǎn)程主機(jī)再和本地上位機(jī)建立連接。這樣，遠(yuǎn)程主機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制、測(cè)量和信號(hào)觀察。

以模擬電路單管放大電路為例。傳統(tǒng)方式肯定是基于各種實(shí)驗(yàn)箱完成的，如圖1所示。學(xué)生需要連線構(gòu)建電路、調(diào)整信號(hào)、測(cè)量信號(hào)，效率低。

虛擬仿真方式如圖2所示。仿真軟件不但可以完成電路構(gòu)建，也可以完成信號(hào)測(cè)量。

本方案的實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示。被測(cè)電路是真實(shí)的單管放大電路，該電路板依托綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與上位機(jī)連接，信號(hào)的生成和測(cè)量則由Electronics Pioneer虛擬儀器完成。

4下一步探索的方向：2020年底，距離新冠疫情爆發(fā)已經(jīng)2年，西安又爆發(fā)了嚴(yán)重疫情，高校所有課程全部改為線上實(shí)施。有了前兩年抗擊疫情的經(jīng)驗(yàn)，理論課程線上教學(xué)比較容易實(shí)施，但對(duì)實(shí)踐課程來(lái)說(shuō)，難度較大。即使我們提出的軟硬結(jié)合遠(yuǎn)程在線實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇梢詫?shí)施，也無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模的并發(fā)在線訪問(wèn)，只適合個(gè)別學(xué)生遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。所以，我們下一步探索的一個(gè)方向就是如何支持多主機(jī)并發(fā)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模軟硬結(jié)合在線實(shí)驗(yàn)。其次，結(jié)合當(dāng)前比較主流的理論課SPOC教學(xué)模式，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)班級(jí)管理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交等課程過(guò)程自動(dòng)化管理，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。

結(jié)語(yǔ)：綜上，我們?cè)趯?duì)比了傳統(tǒng)模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降幕A(chǔ)上，提出了軟硬結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式既保留了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ交谡鎸?shí)電路的特點(diǎn)，又兼容了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方便快捷，便于操作的特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：陳勉（1981—），男，陜西周至人，講師、碩士、西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教師。研究方向：分布式計(jì)算、移動(dòng)智能計(jì)算。