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“电子技术”实验教学指导方法

时间:2022-10-24 09:35:05 来源:网友投稿

摘 要:实验是“电子技术”课程的重要教学环节。通过实验既可以验证课程的理论知识,又可以将枯燥的理论知img,体化,增加学生的学习兴致,使学生掌握一般电子电路的设计、搭接、测试技巧。本文介绍了“电子技术”课程实验教学的分类与教学方法,介绍了“电子技术”实验环节的实验指导技巧。根据各层次实验的特点,总结了实际工作中不同的教学方法。

关键词:基础型实验;设计型实验;创新型实验;开放型实验

“电子技术”是一门实践性很强的课程,与实际的科研、生产、生活密切相关。课程学习结束后,学生根据讲授的技术原理和电路知识可以掌握一般模拟与数字电路的设计与分析方法,理解、分析一般的实际电路。由于“电子技术”课程大多数原理性的东西均可实践,通过实验训练,日常接触的常用电路,如声光控走廊灯电路、实验信号(正弦波、方波、三角波等)发生电路、由555芯片构成的各种电路(秒脉冲电路、声音电路等)、电子钟电路、LED广告牌电路及一般的温度、压力、料位自动控制电路等,都可以进行电路的设计、搭接、测试。因此讲好理论知识的同时,使学生尽量多的接触认识各种电路器件和实际电路,加强实验教学的强度,使学生能在基本电路基础上有所发挥,是很重要的。实验可以加深学生对电子电路原理的理解,增加学生动手能力和实践技巧,增强学生解决实际问题的能力,使学生能掌握一般电子电路的设计分析方法,克服对电子电路的恐惧心理,对学生学习后续课程和就业都很有好处。

“电子技术”课程的实验项目可以设置很多,也有相当多的实验教材可供参考。根据多年的实践经验和对各实验性质的理解,将“电子技术”实验分成如下几类:基础型实验、设计型实验、创新型实验、开放型实验以及基于EDA的虚拟仪器实验。下面介绍—下笔者对这些实验的组织和教学方法,供同行参考。

一、基础型实验

基础型实验是用于验证元器件特性和技术理论的基本实验。包括常用仪器仪表的使用,二极管、三极管输入输出特性的测量,三极管单管放大电路指标的测量分析,集成运算放大器的特性验证,基本门和触发器组成的集成电路的性能指标的验证等实验项目。

基础型实验是直接验证元器件和电子电路理论的。因此,在实验前需要加强课堂教学中实验教学内容的引导,在理论教学中多涉及实验的内容与方法,使学生既对元器件和基本电路原理有深刻的了解和掌握,又对元器件的实验内容和实验方法有初步认识。比如讲解二极管时,结合理论和电路讲解二极管的极性判断方法及二极管的电压嵌位、整流等功能;讲解三极管时讲解三极管的极性、管型、材料的判别方法,三极管的性能指标及测量方法等实验内容;讲解运算放大器时,着重讲解深度负反馈条件下运算放大器放大倍数的计算方法,使学生可以通过反馈电路的反馈电阻基本确定运放电路的放大倍数。课堂教学中通过多媒体动画或图片及实物传阅等方式,让学生认识元器件的内部结构、外形特征、封装方式、电路连接方式,充分调动起学生的求知欲和实验积极性。讲完理论课后布置实验的预习,并及时安排相应的实验,理论与实践结合越紧密,教学效果就越好。

进行这类基础实验教学时,学生往往是刚刚接触实际的电子器件和电路,存在对新知识的神秘感和畏惧心理,合理的引导策略,合理的实验指导方法是很重要的。一般做法是,首先通过挂图等形式复习理论知识,讲解实验的具体实验步骤和实验仪器仪表的使用方法、电路技术参数的测量方法,此时要及时给出此次实验的具体实验数值范围和数值之间的关系,以使学生在进行实验时能自我纠正实验偏差,增加实验信心。讲解结束后,还要进行实验演示,详细地介绍每一步的实验步骤,让学生充分了解实验的接线方法、实验技巧、安全知识。并将实验中得出的具体数值公布给学生,让学生进行实验参考。通过演示中测量出的实验数值,讲解实验数据的测量方法和数据的分析方法以及数据与理论的吻合程度、误差存在的原因等,激发学生的实验兴趣,克服学生对实验的畏惧,带着愉悦的心情进行实验,对以后开展复杂电路的实验多有裨益。当然,在此类实验之前,指导教师必须认真进行实验准备,测量数值并进行详细分析,并以熟练的实验手法打动学生。

二、设计型实验

设计型实验是由基本电路组成的具有一定电路功能的理论验证型实验。如三极管多级放大电路、正弦波等波形产生电路、加减运算电路、门电路构成的编码译码显示电路、由触发器构成的计数器电路等。

设计型实验主要用来研究电子电路理论中电路的构成方法和电路参数对电路的影响。比如,三极管多级放大电路通过调整两级放大电路的基极偏置电阻和射极偏置电阻,可以改变电路的放大倍数、输入、输出电阻等技术指标;正弦波产生电路改变电阻R和电容C的值,改变正弦波频率,改变放大器的反馈电阻等参数,可以改变信号幅度;计数器电路通过改变JK或D触发器的连接方式,可以改变计数方式,进行加计数或减计数,也可以改变计数器的计数周期等。学生通过基础型实验打下基础后,克服了对电子电路的神秘感,对电子电路本身所具有的变化多端的电路性能,特别是实际实用电路,如抢答器电路、计数显示电路的功能和组成,有强烈的兴趣和求知欲。通过安排设计型实验,学生自己调整参数之后,电路的性能发生变化,这些变化通过声光(示波器显示或数码管显示)的变现形式表现出来,进一步激发学生的兴趣,促使其通过改变电路参数和改变电路构成来得到更加丰富的电路信息,学生对电路的基本理论有更深刻的了解和认识,增强其探索更深层次电路的兴致。

实验进行过程中,要采用教师讲解和学生自主实验相结合的办法。具体做法是,教师先进行原理讲解,特别是电路理论知识的再复习,讲解参数改变对电路性能的基本影响,然后对实验过程和步骤进行较详细的描述,特别是参数调整时各种元件的串并联方法要讲解清晰,演示操作可以只演示关键的步骤,可将电路关键点的测试参数事先给出,让学生有目的的进行参数验证,并分析误差产生的原因。

设计型实验的目的是培养学生自己分析和设计实际电路的能力,培养学生对电路参数的敏感性,培养学生的动手能力,为学生自主进行创新型实验打基础。

三、创新型实验

创新型实验是由基本电路组成的具有实用功能的电路。如走廊灯的声光控制电路、温度压力液位控制电路、白行车速度里程计、交通灯控制电路等。

创新型实验的实验自由度扩大,实验教材上该类实验一般不列入或者只在实验教材上给出该类实验的参考电路原理图,具体的使用电路学生需要通过自己的设计才能得到。该型实验由学生根据理论知识和实验经验的积累,根据实验教材的原理性电路和收集到的其他电路组合,自己设计出有一定实用功能的电路。

进行该类实验时,由教师提出指导性实验要求,比如要求该电路完成什么样的功能,具备什么样的指标。学生根据要求,进行电路设计。在设计时,提醒学生考虑电路的放大性能、抗干扰能力、稳定性、温度补偿、前后级电路的相互影响。对模拟电路,要初步测算放大倍数和频率带宽等技术参数,设计电路测试的方法、步骤和技术指标。教师和实验指导人员检查电路,认同其可行性后,由学生本人搭接电路进行实验。实验时,学生自己选取实验元器件,根据电路图纸在试验板上搭接焊接电路,可在教师指导下完成电路的测试。该型实验比较接近于电子技术的课程设计。

四、开放型实验

开放型实验是完全脱离实验教材和教师的指导,由学生自己设计组织电路,完成一定的电路功能或验证相关电路知识,具备一定的技术含量,使用目的明确的实用电路实验。电路的种类不限。该型实验立足于工科学校的实验条件,带有一定的科研性质,对一些基础知识扎实、动手能力强、对电子电路有较大兴趣的学生,可以满足其求知欲望,增加其实践动手能力。

该类实验无实验大纲的要求,无固定的实验时间限制,无固定的指导教师配合。学生遇到问题时,可由任课教师或实验指导教师单独进行辅导。学生根据自己的兴致爱好,自己设计电路并承担相关费用。在电路设计完成后,到实验室预约实验时间,实验室根据该学生的要求,提供必要的实验条件。该型实验可以结合电子类学生的课程设计甚至是毕业设计任务进行。

通过开放型实验,学生可以将多门课的知识融会贯通。比如说学习了单片机技术之后,可以使用单片机和一些集成芯片,完成复杂的电路设计。实践中,学生模拟进行了LED矩阵的字符控制(模拟广告牌),多功能电子钟的制作,抢答器电路、红绿灯控制电路的搭接。如果学生能独立地完成这些实验电路的设计、搭接、调试,基本就具备了独立完成科研工作的能力,对学生成长和就业的好处不言而喻。

另外,通过开设EDA课程,结合虚拟仪器软件,学生在实验室内还可以通过计算机完成电路的参数设置和电路调试任务,对设计电路的合理性做初步的检验,对学生更好地完成电路设计工作,提供了经济的、快捷的手段。

工科学校的主要目的是培养具有实际动手能力,能独立完成科研任务,独立设计电路硬件和软件的工程技术人员,培养能独立工作的工程师。通过这些实验方法的培养,相信学生距离这个目标会越来越近。

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