电路虚拟实验教学系统的研究与应用 - 图文(8)

北京邮ＩＵ入学ｆ彤！Ｉｊ论义模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的研究，ｏ，脚用也可通过通道选择，观测单路信号波形，ＣＨｌＶｅｒｔｉｃａｌ和ＣＨ２Ｖｅｒｔｉｃａｌ分别调整两路信号的垂直位置，Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ用来调整信号的水平位置，ＶＯＬＴＳ／ＤＩＶ和ＳＥＣ／ＤＩＶ分别调整信号的显示幅度和周期。通过按钮ＣＨｌ、ＣＨ２、ＣＨｌ．ＣＨ２来选择所需要显示的通道的信号。２、函数信号发牛器：能够持续产牛频率从０．０１Ｈｚ至１０ＭＨｚ的正弦波、方波、三角波三种波形。３、万用表：能够实现对电阻阻值的测量、交流或直流信号的电压和电流的测量。４、直流稳挺电源：可以提供Ｏ．３６．９Ｖ的稳定的直流电源。可以通过调节三个旋钮（分别标记水３，木ｌ，母０．１）设置所需要的电压。５、电压表：有直流电胜表和交流电压表两种，分别可以实现根据电路情况，选择合适的量程，将电压表并联入电路中相应的位置，得到相应的电压值。６、电流表：与电压表类似，分为直流电流表和交流电流表两种，可以分别实现根据电路类型，选择合适量程，将电流表串联入电路中，得到电流表当前位置的电流值。一’．３．４．３虚拟器材根据实验内容的需要，将实验器剌‘按照类别进行划分，以树形结构存放于实验器材栏中，目前器材栏中所列的实验器材有以下几种：１、电阻：电路的基本元件之一，具有一定的功率。电阻是线性元件，无论直流还是交流信号都可以通过电阻，它与其它电子元器件一起可以构成功能电路。电阻在电路中卓要实现了限流，分流，降胜，分压，充当负载以及与电容配合作滤波器及阻抗匹配等功能。可利用参数设置页面改变电阻的名称和阻值。分为定值电阻和可调电阻，其中定值电阻阻值不可调。２、电容：电子电路中常用的器件，具自‘隔直流，通交流的特性，主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。可利用参数设置页面来改变屯容的名称和电容值。分为定值电容和可变电容两类，在定值电容中按照容值的不同列有不同容值的电容。３、电感：又称电感线圈，是一种储能器件。其作用是阻碍电流的变化，０ｉ饕参数是电感值，可利用参数设置页来改变电感的名称和电感值。４、■极管：＿极管具有阳极（ａｎｏｄｅ）并Ｈ阴极（ｃａｔｈｏｄｅ）两个端子，左端为刚极，右端为阴极。按照种类ｊ分为稳压＿：极管、发光＿檄管等类型，各种类型依据参数具有不同的型号，仅能通过参数设置页面更改该类器材的名称。５、双极型晶体管：分为ＮＰＮ和ＰＮＰ两类，每一类依据参数不同有不同型号，本系统仅列出了模拟电路虚拟实验中常用的几种型号，如：Ｑ２Ｎ３９０４，Ｑ２Ｎ３９０５北京邮ｌ乜人学ｆｆ！ｊ！ｈ仑义模拟ＩＵ路虚拟实验敦学系统的｜｜１）｝究‘ｊＪ知用等。６、场效应管：是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件，有３个极性，栅极，漏极，源极，属于电压控制型器件。主要选取了结场效应晶体管和ＭＯＳ场效应晶体管两类，每一类根据偏置的不同而划分有不同种类和型号，比如：ＪＦＥＴ－ＮＪＦ，ＪＦＥＴ－ＰＪＦ等。系统中场效应管的引脚从左至右排列依次为；ｄ，ｇ，Ｓ。７、运算放大器：简称集成运放，实现了由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路模块。该器材有八个引脚，从下至上，从左到右依次标有引脚号１——８，各个引脚的连线顺序和功能与实际模块一致。系统中丰要给出了常用的ｕＡ７４１型号的运算放大器模块。８、桥堆：该器材是一个内部由多个二极管组成主要作用是整流，调整电流方向的电子元器件模块。模块共有四个引脚按照从左至右的顺序分别为：Ｖ＋，ＡＣｌ，ＡＣ２，Ｖｏ，，其中ＡＣｌ与ＡＣ２两端为交流输入端，Ｖ＋与Ｖ．是输出端。系统中的桥堆模拟现实桥堆地功能和样式实现了整流功能，并且在使用方法和引脚连线上与实际桥堆。一致。９、接地保护端：接地端是为了保护人员和设备不受损害或保障设备的正常运行，一系统模拟实际模拟电路的需要，设计的一个接线点，用大地作电流回路，除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地。接地点的电压为零。ｌＯ、开关：分为单刀单掷开关和单刀双掷开关两种，用于实现电路的断开和连接功能。ｌｌ、此外系统还实现有其它一些模拟器材，比如灯泡、变压器、三端稳压器等器利‘。北京邮Ｉ也人学坝ｌｊ论文模拟ＩＵ路虚拟实验敦学系统的Ｍ究’ｊ心川第四章模拟电路虚拟实验课程的教学设计４．１实验内容的需求分析模拟电路虚拟实验系统丰要是为了教学使用，所有电子元器件和实验设备都需要符合实验课程教学使用。虽然各高校模拟电路课程使用教材版本不一１样，但是教学内容相对一致，实验课程内容基本一致。我们找了几个国内比较有名的高一校使用的教材和相应实验教材，通过对比，并且请从事模拟电路教学的教师指导，选取了以下典型的模拟电路实验作为模拟电路实验教学的基本内容：（１）典型单管放大电路（２）共射极单管交流放大电路（３）场效应管放大电路（４）差分放大电路（５）负反馈放大电路（６）集成运算放大器的应用——模拟运算电路（包括加法电路、积分电路）（７）集成运算放大器的应用——波形发．牛器根据这些实验，从中找出模拟电路虚拟实验需要的基本实验器材和设备，其中实验器材有电阻、电容、电感、发光■极管、稳雉管、双极性晶体管、场效应管、集成运算放大器（ｕＡ７４１）等电子元器件；实验仪器有：信号发牛器、万用表、稳压电源、电压表、示波器、万用表，等设备。对于实验设备，在实验中丰要是用于测量或显示电路各个节点的电路信息，比如电压，电流等。对于这些测量设备需要获得的电路节点的数据信息，应该是通过算法内核计算后返回的电路结果。４．２实验教学目标的设计教学同标是完成教学任务后所要达到的教学要求。针对一门课程，教学目标丰要指学牛必须掌握韵知识体系或形成的技能、策略、方法等。目前模拟电路课程实验丰要分为验证性实验、设计性实验和综合性实验。验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的＋‘种实验。它注重探究的结果（事实、’北京邮Ｉ也人学坝Ｉｊ论义模拟ｌＵ路虚拟实验教学系统的研究。ＪＪ衄用概念、理论），而不是探究的过程。设计性实验是指为验证按照某～理论或理想设计的某个对象能否达到设计的目的而进行的实验。这种实验一般都具有试探的性质。综合性实验是指实践内容涉及本课程综合知识与相关课程知识的实验，要求学牛能够处理多方面知识，多学科内容、多因素的较复杂的系统，它着重培养学牛系统化分析问题与解决问题的能力。对于模拟电路实验课程的学习，既是一种知识型的学习，同时也是一种操作。性的学习，在教学过程中，不仅需要学生掌握相关的电子电路知识，认识各种电子元器件的设备，还要求学牛学会这些设备和仪器的使用方法，并且能够通过做实验的环节，加深相关知识点的理解和认识，是一种知识技能和操作技能相结合的学习内容。通过实验，帮助学牛学习新的知识，巩固旧的知识，同时培养学牛的动手实践能力和科研能力，在理论和实践两方面获取知识。使学牛同时在认知领域和动作技能领域逐步上升。一按照布卢姆教育目标分类系统划分，认知领域的教学目标，可以分为知识，领会，应用，分析，综合，评价六个层次；动作技能领域的教学目标可分为反射性动作、基础性的基本动作、知觉能力、生理能力、技能动作、有意活动六级。在实验目标的设计上要根据实验内容和知识点，将每个知识点划分为单元知识与相应的实验内容对应，根据知识点，提出实验要求，既要利于学牛巩固知识点，又要利于学生发挥创造性思维能力。本文将结合认知领域和动作技能领域两个纬度来为每个知识点确定教学目标。如图３．１所示：本文将模拟电路虚拟实验的教学目标按照认知领域划分为记忆、理解、应用、创新四个层次；按照实验操作水平（动作技能领域）划分为在指导下的操作水平、熟练操作水平、独立操作水平三个阶段。每一个实验内容需要学牛同时发展认知水平和操作水平；两个水平维度的能力。北京邮ＩＵ人：学ｆＩ！；ｌＩｊ论文模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的研究’ｊｆｆ、ｉ．用｛实验操。Ｉ－ｉ作水平ｆ１．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．一一——．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．＿Ｊ图４－１教学目标设计４．３教学媒体的设计教学媒体１３５ｊ是承载和传递教学信息的载体或工具，包括现代化教学手段、传统教学工具、教学资料和教学传媒等。比如文本、光盘、广播、影像、特定的软件等。现代教学媒体１３５Ｊ指利用现代技术承载和传递教学信息的工具，它由两个相为：联系的要素构成：一是硬件或现代教学设备，即用以储存和传递教学信息的多种教学机器；＿是软件。建构＿丰义心理学家认为，信息的多种编码对于信息意义的理解和记忆是有帮助的【３酬。因此，通过建立多媒体的教学环境，帮助学牛迅速理解和掌握需要学习的知识。教学环境是指通过将学习资源与教学工具整合，以完成特定学习活动的一种环境。媒体的形式和种类多种多样，盲目的采用媒体建立教学环境会为学牛的认知造成不必要的负担，因此，要从学牛的认知水平和实际教学内容出发慎重选择媒体。要根据学习目标、学习内容、以及教学方’法等依据选择合适的教学媒体。．－．’，＿．，传统的实验教学是在由实物构成的实验室环境，包括实验窒，实验台，各种相应的实验设备和器材等ｉ实验在教学中有两种形式：一种是演示实验，即教师在授课过程中讲述相关知识点的时候通过实验及其现象，以加深学牛理解；一种是实验教学，学牛在教师的指导下独立操作实验器材和设备，以验证某个知识点或某个设想的结论。模拟电路虚拟实验系统可以作为一种实验教学的媒体运用于实验教学之中，借助丁系统所提供的实验平台，教师‘－叮以借助在该系统中的实２６