电路实验教学的改革与探索

第８卷第４期　２０１０年８月　实验科学与技术　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．８　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１０　

电路实验教学的改革与探索　

孙曼利，司轶芳　

（西安建筑科技大学信息与控制工程学院，西安７１００５５）　

摘要：电路实验课是电气类专业学生重要的基础实验课程。传统实验方法存在着诸多弊端，为了提高教学效果，将计算机　引入电路实验教学中，充分利用ＣＡＩ课件，仿真实验等现代化的教学手段，强化学生的基本实验技能，培养其创新意识、　创新能力是电路实验教学改革的方向。　关键词：电路实验；ＣＭ课件；仿真实验　中图分类号：Ｇ６４２・４２３；ＴＮ７１０　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—４５５０（２０１０）０４—００６１—０３　

Ｒｅｆｏｒｍ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　

ＳＵＮ　Ｍａｎ—ｌｉ，ＳＩ　Ｙｉ—ｆａｎｇ　

（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎ　７１００５５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｌｅｓｓｏｎ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｕｒｓｅ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ　ｓｐｅｃｉａｌｔｙ．Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ＳＯ　ｍａｎｙ　ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｉｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｃｉｍｕｉｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｍ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｅａｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ＣＡＩ　ｃｏｕｒｓｅｗａｒｅ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｅｔｃ．，ｉｎｔｅｎｓｉｆｙｉｎｇ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｂａｓｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，　ｃｕｌｔｉｖａｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ　ａｎｄ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｕｉｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ＣＡＩ　ｃｏｕｒｓｅｗａｒｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　

１　引　言　

随着计算机技术的迅猛发展，计算机已广泛地　

应用在教学领域中，但在电路实验教学中还较少应　用。如果电路实验教学仅仅依赖传统的教学模式，　已经跟不上科技发展的进步和社会对人才培养的要　

求。如何将计算机辅助教学课件和计算机仿真实验　等现代化的教学手段引人电路实验教学中，以弥补　

传统的以实物操作为单一形式、以实验指导书为唯　

一说明的教学方法的不足，提高电路实验教学水平　

是值得我们探讨的问题。　

２　电路实验改革的必要性　

２．１学生规模的增大　近年来，随着招生规模的逐年扩大，大学教育　已不再是精英教育，学生人数急剧膨胀，专业设置　

也不可同日而语。以西安建筑科技大学信息与控制　工程学院为例，设有自动化、计算机、通信、测　

控、智能等５个专业十几个班级，电路课是每个专　业必修的专业基础课，该课程内容应用面广、实践　

收稿日期：２０１０—０３—３４　作者简介：孙曼利（１９６７一），女，硕士，工程师，从事电　子基础实验教学工作。　性强。电路实验又是整个教学活动中的重要环节，　

其效果直接影响到电路教学的质量，因此教学的难　度和强度都很大，对实验设备、仪器的要求也在增　

加。另外，学生个体的学业水平、思维方式、动手　能力都存在差异，要求在同样的、规定好的时间内　

完成同样的实验操作显然是不合理的。我们应该拓　展实验方式，以计算机为媒介，以网络为平台搭建　

一个更大的实验空间。　

２．２增强学生的创新能力　今天社会对人才的需求已从知识型转变为应用　

型，更需要有较强的动手能力、综合应用能力和发　

散思维的创新型人才。如何使学生将所学的理论知　识能在实验教学中得到更深的理解和巩固，并在此　基础上，培养学生综合应用能力和独立分析问题、　解决问题的能力，培养学生的创新意识和创新能　

力，仅仅依靠传统的教学手段是不够的，我们需要　

将现代化的、信息化的教学手段引入电路实验教学　中，使学生能够随时了解和掌握实验教学内容，在　

电路实验设计中不受元器件的限制和固定实验设备　

的束缚，以达到更理想的实验效果。　

３　电路实验教学改革的探索　

我们的思路是将ＣＡＩ课件引入基础性验证实　・６２・　实验科学与技术　２０１０年８月　

验中，将仿真实验引入更高层次的综合性、设计性　

实验中。　３．１　将ＣＡＩ课件引入电路验证性实验中　ＣＡＩ是计算机技术中的一个重要应用领域，是　新型教育技术和计算机应用技术相结合的产物。多　

媒体课件是利用数字化的声音、文字、图片以及动　态画面，形象地展现学科中的可视化内容，强化形　象思维模式，使抽象的概念更易于接受。其特点　

是：（１）教学信息显示形象直观、新颖多样，学　生更加乐于接受，提高了学习的趣味性和积极性。　（２）教学资源的大容量，它能提供大量的信息和　资料，扩展了教学范畴和科学准确性。（３）能够　

实现教学信息传输的网络化，学生可以以校园网络　为平台，随时随地进行学习，提高学习效率。　在传统的电路实验教学中，一般是按照预习实　

验、课堂讲解、学生操作、完成实验报告的形式来　做。在实验预习阶段，学生一般只是将实验原理和　

实验步骤按照实验指导书的内容来抄写一遍，这样　很难达到预习的效果。预习时，实际要用的实验线　路、信号源、电压电流源、示波器等学生是看不　到、摸不着的，尤其是初次上课的学生对这些仪器　

设备没有感性认识，有些仪器如示波器、信号发生　器的使用比较复杂，学生想通过ｌ～２次的使用就　

掌握其使用方法是很困难的，只有通过事先对其功　能的了解、课堂上的反复实验才能规范地、熟练地　掌握其操作技巧。在实验的第２阶段课堂讲解过程　

中，由于每次实验课时间有限，老师讲解一遍就过　去了，有些学生能很快地明白并顺利完成实验，但　

有些学生并没有完全清楚。在实验的第３阶段学生　自己动手过程中，个别同学由于操作不当常会引起　跳闸或烧坏实验设备，电路实验中很多都是要接入　２２０Ｖ电源，相当危险。还有些学生由于没有完全　清楚实验步骤，做错了又从头再来，往往又没有时　

间了。这样实验就在一知半解中过去了。　

因此，为避免传统实验方式的弊端，提高电路　实验教学的质量，我们尝试制作了２种类型的课　件：　（１）电路实验中的设备、仪表、仪器的介绍　说明及其使用方法类的演示课件。如我们所使用的　

电路实验台的介绍，课件中可利用各种生动、形象　

的多媒体技术手法展示其电源部分（包括信号源）、　仪表仪器部分（电压表、电流表、功率表等）、实　验线路部分的功能、使用方法及其注意事项等。　

（２）各个验证性实验的操作、讲解类演示课　件。电路实验共有基尔霍夫定律、戴维南定理的验　证，一阶响应等１１个实验，其中验证性实验有１Ｏ　

个，设计陛实验有１个，我们可以将验证性实验制　成演示课件，通过演示和说明，将实验原理、实验　步骤、注意事项等详细加以说明，将制成的课件挂　

在校园网上，学生可以在任何时间上网学习和研究，　熟悉实验设备仪器的使用和实验步骤。这样不仅可　以方便地进行课前预习，而且可以通过观摩规范自　

己的实验方法，将实验课上没有做好的、做对的、　有疑问的部分，课后再来研究，真正做到融会贯通。　

总之，ＣＡＩ演示课件使实验教学在时间和空间　上得到有效的延伸，对提高教学质量起到了积极的　促进作用。　３．２　将计算机仿真实验引入综合、设计性电路实　

验中　在电路实验中，综合性、设计性实验是一个重　

要的环节，目前在整个实验中所占比例还比较小，　但随着实验教学改革的推进，其数量和要求也越来　越高。当前实验教学改革的目的就是要培养学生的　

创新思维、创新能力和综合素质。综合性、设计性　实验在这方面有着独特的优势，它让学生自己设计　

实验方案、选择仪器设备、制定实验流程、处理分　析数据、完成实验报告，充分发挥了学生的创造力。　

但是在传统综合、设计实验中，常常受到实验　元器件以及实验设备的品种、规格和数量上不足的　限制，不能满足各种新电路的设计和调试的要求且　

内容更新缓慢，学生只能在规定的时间和空间完成　老师制定的设计项目，学生有些独特的想法和设计　思路难以实现。另外，设计过程中电路的安装、调　

试、测量过程往往需要反复多次，难免出现错误连　线和器件损坏的现象，不仅使电路调试费时费力，　还可能造成错误的性能分析，使设计性实验达不到　预期的效果。　

而仿真实验为我们电路实验教学理念的更新和教　学手段的改革提供了条件。只要在计算机上安装仿真　

实验软件，其逼真的界面及人际交互使仿真电路实验　就可以像在实验室实际操作一样，元器件可随便调　

用，参数可以随意修改，一个设计方案不成功可以重　新再设计，元器件不会损坏，实验仪器不会出现故　

障，也避免了电路实验中由强电所引发的安全问题，　而且不受时间、地点、人数的限制，学生可以不受规　

定实验项目的限制，满足了不同层次学生的需要，大　大扩展了实验空间和实验范围。实验过程不仅充满乐　

趣，而且大大提高了设计工作的质量和效率，使学生　第８卷第４期　孙曼利，等：电路实验教学的改革与探索　・６３・　

充分发挥其主观能动陛和创造性。　

目前，用于电路实验仿真的软件主要有　ＰＳＰＬＣＥ，ＭＡＴＬＡＢ　ＥＷＢ、Ｍｕｌｔｉｓｉｍ　Ｓｙｓｔｅｍ．—　ｖｉｅｗ等，其中Ｍｕｌｔｉｓｉｍ由于其独特的优点和强大的　

功能被广泛应用。Ｍｕｈｉｓｉｍ是加拿大ＩＩＴＣ（Ｉｎｔｅｒａｃ—　ｔｉｖｅ　Ｉｍａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）公司推出的专门用于电路仿　

真和设计的电子设计自动化软件，与ＥＷＢ相比　较，Ｍｕｈｉｓｉｍ功能更加强大，Ｍｕｈｉｓｉｍ不仅继承了　ＥＷＢ用户界面友好和使用方便等优点，还大大的　

丰富和加强了ＥＷＢ的各类分立器件和集成芯片。　其主要特点是：　

（１）友好直观的用户界面：选用元器件和测　试仪器等均可直接从屏幕上的元件库和仪器库中选　

取，将电路原理图的创建、电路的测试分析和结果　的图表显示等全部集成到统一电路窗口，整个操作　界面就像一个电子实验工作台，与实际操作几乎相　同。　（２）强大的虚拟仪器功能和丰富的元件库。　Ｍｕｌｔｉｓｉｍ提供了数字万用表、函数信号发生器、瓦　特表、示波器、波特图仪、频率计、逻辑分析仪、　

失真分析仪等等种类齐全的虚拟电子设备，另外提　供了规模庞大的元器件库，最新版本的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ共　

有２１个元件分类库，这些都为学生了解各种期间　的性能和参数提供了可能。　

（３）完备的电路分析手段和仿真功能：Ｍｕｌｔｉ—　ｓｉｍ提供了１９种基本仿真分析方法，如直流工作　点分析、交流分析、峰态分析、失真分析等，并且　

可以分别对模拟或数字电路进行仿真。　

４应该注意的问题　

将计算机引入电路实验中是实验教学改革的尝　试，是一个系统工作，其成功与否和许多方面有着　

密切的联系，在其实施过程中应当注意以下问题。　４．１　修订完善的实验教学大纲　实验教学内容是跟着教学大纲走的，电路实验