电路虚拟实验教学系统的研究与应用 - 图文

密级：保密期限：姥右却童大肇硕士研究生学位论文题目：槿垫电蹬虐拯塞验塾堂丕统的亟究星座恿学号：０７６８７９姓名：趔明渲专业：塾直这盔导师：．塞望塞学院：＋圆终熬直堂院２０１０年３月７日北京１１１１．＜ＩＵ人学颂ｌｊ论义ｌＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＴＩＩＩｌ独创性（或创新性）声明Ｙ１７５９２６２本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究Ｔ作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电人学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电人学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文－Ｔ作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件利磁衙，允许学位论文被杏阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采川影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后遵守此规定）保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：导帅签名：三ｉ：至垄日期：竺？！：主！！ｌ二北京邮ＩＵ人学硕．Ｉｊ论义模拟ＩＵ路虚拟实，聆教学系统的例究’ＪＪ衄用模拟电路虚拟实验教学系统的研究与应用摘要随着信息技术的发展，网络教育所涉及的课程内容越来越多样化，越来越多用于教育教学的教育软件应运而生。人们期望能够通过网络学习所有的与传统教学内容一致的课程。由于实验教学是基于实物的，在网络上很难直观的显示和进行具体的实验操作，所以理工科在网络学习中的实验教学问题一直得不到解决。本文所涉及的“模拟电路虚拟实验教学系统”是模拟真实环境下实验的器材和原理而开发的虚拟的仿真实验平台，学生可以在平台上随时开展实验，教师可以进行批改和成绩发布。本文基于“模拟电路虚拟实验教学系统”的需求分析工作，结合模拟电路实验课程的实际情况，对模拟电路虚拟实验教学系统的应用进行了设计，并在教学设计的基础上结合模拟电路一虚拟实验教学系统在实践中的应用情况对系统做了进一步的分析，提出了后续研究展望。本文一共分为六个章节：第一章论述了课题提出的背景，国内外相关领域的研究情况以及课题研究的主要内容；第二章介绍了课题研究的相关基础，包括理论基础、技术基础两个方面的内容；第三章对模拟电路虚拟实验教学系统做了详细的介绍；第四章介绍了模拟电路虚拟实验课程的教学设计；第五章采用问卷调查法和访谈法对模拟电路虚拟实验教学系统的实际应用情况进行了相应的研究；第六章根据目前的研究情况，总结了本项目研究的主要工作及成果，并对其中的一些问题提出了反思及后续研究的展望。关键词虚拟实验实验教学模拟电路教学设计

ｌｅａｒｎｉｎｇｏｆａｌｌｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅａｃｈｉｎｇｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ．Ａｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｂｉｎｇｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌ，ｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏ－ｖｉｓｕａｌｉｚｅａｎｄｃａｒｒｙＯｕｔｓｐｅｃｉｆｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｗｈｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｕｒｓｅｓｉｓａｎｉｓｓｕｅｔｈａｔｈａｓｂｅｅｎｕｎｒｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｅｄｕｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｖｏｌｖｅｄｔｈｅ”ａｎａｌｏｇｃｉｒｃｕｉｔｓ’ｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ＂ｉｓａｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｃｏｎｄｕｃｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍａｔａｎｙｔｉｍｅ，ｔｅａｃｈｅｒｓｃａｎｂｅｒｅｌｅａｓｅｄｍａｒｋｉｎｇａｎｄｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎ¨ＡｎａｌｏｇＣｉｒｃｕｉｔｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ¨ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｒｅａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｎａｌｏｇｃｉｒｃｕｉｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｕｒｓｅ，ｄｅｓｉｇｎｈｏｗｔＯｕｓｅｔｈｅＡｎａｌｏｇＣｉｒｃｕｉｔｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｅｄｕｃａｔｉｏｎ．Ａｎｄｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｍａｋｅａｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｔｈｅａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｎａｌｏｇｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．‘Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｉｘｃｈａｐｔｅｒｓ：Ｔｈｅｆｉｒｓｔｃｈａｐｔｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｉｓｓｕｅｓｒａｉｓｅｄｂｙｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｒｅｌａｔｅｄｆｉｅｌｄｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｍａｉｎｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ；Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｃｈａｐｔｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｂａｓｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｔｗｏａｓｐｅｃｔｓ；Ｃｈａｐｔｅｒｔｈｒｅｅｍａｄｅａｄｅｔａｉｌｅｄｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；Ｔｈｅｆｏｕｒｔｈｃｈａｐｔｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅ＋ａｎａｌｏｇｃｉｒｃｕｉｔｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍｄｅｓｉｇｎ；Ｃｈａｐｔｅｒｆｉｖｅｕｓｉｎｇａｑｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅｓｕｒｖｅｙａｎｄｉｎｔｅｒｖｉｅｗｓｔｏｃｏｎｄｕｃｔａａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔｔｈｅａｎａｌｏｇｃｉｒｃｕｉｔｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎ２３

北京邮电人学顾：Ｉｊ论文模拟电路虚拟实验教学系统的研究’ＪＪ畦用目录第一章课题研究概述……………………………………．．１１．１项目背景……………………。……………．＝．………．１１．２相关领域的研究情况……………………………………１１．２．１虚拟实验系统的研究现状………………………………１１．２．２电子电路类课程虚拟实验系统的研究情况…………………．３１．３流行电路仿真软件的比较………………………………．．４１．３．１相同点……………………………………………．５１．３．２不同点……………………………………………．５１．３．３在教学中的优势与不足………………………………．．７‘１．４研究内容……………………………………………．８１．４．１研究内容的提出背景…………………………………．８１．４．２研究内容…………………………………………．．９第二章教育理论和技术基础………………………………．１０２．１理论基础……………………………………………１０２．１．１远程教育理论………………………………ｊ……．．１０２．１．２建构主义学习理论…………………………………．．１０２．１．３学习环境…………．………………………………．１ｌ２．１．４学习资源…………………………………………．１２２．１．５教育软件…………………………………………．１３２．１．６网络教育资源建设技术规范……………………………．１３，●，２．２技术基础．……………．．：．．‘…………………………．１４．２．２．１计算机仿真技术………．．。…………………．．：……．．１４Ｊ●●ｒ●２．２．２Ｓｐｉｃｅ电路描述方式…．：……………………………．．１４２．２．３系统的开发流程……………………．：．．。……………１５笫三章模拟电路虚拟实验系统……………………………．．１７４北京邮Ｉ【１人学坝。Ｉｊ论义模拟ｌＵ路懂拟实聆教学系统的研究’，胁用３．１系统的设计指导思想．ｊ……………………………．．．…１７３．１．１可用性………．………………………………．．．√１７３．１．２实时性……………………………………………１７３．２系统设计原则………………………………………．．１８３．３虚拟实验系统的丰要组成部分……………一……………１９３．４模拟电路虚拟实验系统的介绍……．．……………………．１９３．４．１模拟电路虚拟实验模块………………………………．２０３．４．２虚拟仪器…………………………………………．２１３．４．３虚拟器材…………………………………………．２２第四章模拟电路虚拟实验课程的教学设计……、………………２４４．１实验内容的需求分析…………………………………．．２４４．２实验教学目标的设计………………………………．…．２４４．３教学媒体的设计………………………………………２６４．４虚拟实验的设计………………………………………２８４．５教学策略的设计………………………………………２９４．６教学过程的设计…………．二…………………………．２９４．７教学评价的设计………………………………………３０第五章虚拟实验教学应用研究……………………………．．３３５．１典型实验的教学应用…………………………………．．３３●５．１．１实验的教学设计……………………………………．３３，５．１．２实验台的操作………………………………………３８５．１．３实验器材的操作………………………：……………３８５．２模拟电路虚拟实验系统在实际教学中的应用情况分析…………．４２．．。。５。２．１调查问卷的设计………………．…．．………．ｊ……．．４２５．’２．２问卷调查的数据统计情况……．：。……．：ｊ：：．．，．…………．．４２。５．２．３访谈情况…………．：……………………………．．４３第六章研究结论利展望…………………………………．．４７６．１目前工作的总结．．：：……………’……………………．．４７６．２尚需改进的地方………………………………………４８６北京㈣Ｕ人学坝ｌ！论文模拟ＩＵ路席拟实验教学系统的研究．’ＪＪ呕用第一章课题研究概述１．１项目背景进年来，随着信息技术飞速发展和互联网的日渐普及，知识与信息急剧膨胀，网络教育开始了蓬勃的发展起来。对网络教育的定义有广义和狭义之分，广义的网络教育指的是网．上教育（ｅ．１ｅａｒｉｎｇ），也称在线学习或网络化学习，它是指通过Ｉｍｅｍｅｔ或其他数字化内容进行学习与教学活动。它充分利用现代信息技术所提供的、具有全新交流方式与丰富资源的学习环境，实现了一种新的学习方式，这种学习方式极大的改变了传统教学中教师的作用和师牛之间的关系，从而根本改变教学结构和教育本质。网络教育具有时空自由、资源共享、系统开放。便于协作等优点，既可为学习者提供个性化的学习，同时也促进了学牛之间，师牛之间的合作学习与交流。并且越来越多的课程门类有了网络教学的相关课程，并且取得了良好的教学效果，但是对于理工科类的一些实验课程，却一直无法顺利开展。其原因是因为传统的实物实验依赖于仪器设备、配套设施、场地的实验。每一组实验都需配备大量的器件和设备。长期以来一直是实验教学的牛要形式。它具有真实、直观的优点。但在设备购置、维护、保养、管理、存放、耗材、场地和人员等方面，都需要很大的资金投入，教学成本较高。而这些条件在网络教学的环境中是不具备的，而虚拟实验系统可以帮助使学牛和教师通过操作网路虚拟实验平台上的器材和设备来完成实验，从而达到实验教学的目的。这不仅解决了网络教学中实验教学的问题，在传统教学中也解决了目前由于扩招等原因而带来的实验设备短缺，易损耗，实验室资源短缺，实验经费不足的问题。１．２相关领域的研究情况１．２．１虚拟实验系统的研究现状早在１９８９年美国弗吉尼亚大学（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＶｉｒｇｉｎｉａ）的威廉沃尔夫（ＷｉｌｌｉａｎＷｏｌｆ）提出了虚拟实验室（ＶｉｒｔｕａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）的概念，它描述了一个计算机网络化的虚拟实验环境…。联介幽科教文组织（ＵＮＥＳＣＯ）于１９９９年５

北京邮电人学顾：Ｉｊ论文模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的研究’，ＩⅣ用鬯？ｉ耋耋缓篓翳！鲮莠缓翳鍪露露蘩墓ｉｉ骖ｅ簟ｊ；ｉｉｉ§蒸ｉ、。∥矗。。一一．。』羔≤墨畿ｊ！五，敫；≥，多ｊ：ｊ：：：¨…。：ｊｚＵ厶ｈ酗Ｉｔ扛?’ｎ¨ｔｌ－对ｏｔ如ｌｃ?扣ｃ?ｌｔ”ｌ?‘珏ｈ。＾，玉ｈｄｗ珏ｄｐ一西型纛刨剑臼ｌ口ｊ≯ｌ咧害：馥！，受业，量ｉ—ｊ｜目盈Ｊ矿—————］剿童坦ｉ型ｌｉ！ｉ｜：｜舅Ｘ剧图１－２ＰＳｐｉｃｃ仿真时若电路中有悬空节点的情况（３）仿真过程和结果表现形式方面在仿真过程中，ＰＳｐｉｃｅ在仿真过程中若遇到电路连接上的错误，会给予文本提示错误信息，没有仿真结果，直到电路搭接无误后，仿真才会完成，得出结剁乃Ｊ。Ｍｕｌｔｉｓｉｍ，在仿真过程中，它不提供电路错误提示，虽然会有仿真结果，但是结果是错误的。＠ｕｃｓ不光会有文本提示电路连接上的错误信息，还会提示部分参数设置上的错误信息，虽然三种软件都能提供图形仿真分析结果，但是Ｍｕｌｔｉｓｉｍ可以通过虚拟仪表来查看仿真结果，比较直观；ＰＳｐｉｃｅ提供了文本的仿真结果和Ｓｐｉｃｅ语法描述的电路文档，对于电路各个节点的电压或电流的静态工作点可以通过文本的形式查看。Ｏｕｃｓ的仿真结果需要在仿真后在元器件组建列表中的图表组中选择查看结果的形式，比如图表或者表格之类，同时选择想要查看的结果的名称，结果就会以图表或者表格的形式表现出来。．１．３．３在教学中的优势与不足上文中三种电路仿真软件界面友好，操作方便，均可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上运行，直观的图形用户界面使用户能够很快的熟悉操作，创建电路，进行电路仿真北京邮ＩＵ人学倾Ｉｊ论义模拟｝Ｕ路Ｊ．最拟实验敦！学系统的训究’』肪川试验。不必担心凶对电路不熟悉而连接错误造成器材不必要的损耗，学牛可以利用计算机随时随地开展实验练习，较之现在很多高校实验室采用的电子屯路实验箱、电路实验板，能让学牛在电路的搭接过程中更熟悉电路的结构，并且节省时间、空间，不仅弥补了实验教学不足带来的遗憾，同时培养了学牛．的动手能力和创新能力。实验结束后，可以将所完成的实验以相应格式保存，供ｆ１后使用，或用作教师课后评分使用。以ＰＳｐｉｃｅ为例，不仅能够完成实验电路的仿真，保存实验电路图，仿真结果等，同时，电路图和实验结果可以复制粘贴在Ｗｏｒｄ文档上，方便实验结束后实验报告的完成。但是对于初学电子电路类课程的学牛而言，通过这样的仿真软件．ｆＩＪ’以补充实验室教学的不足，但是对于一些进行远程学习的学生而言，本身就没有条件进行实验学习，这三款软件中只有Ｍｕｌｔｉｓｉｍ提供了虚拟仪器，．方便查看实验结果，因而它的操作环境更接近实验窒环境，操作更简单一些。此外这些仿真软件毕竟属于专业型的工程软件，并不是专门为辅助教学而设计的。对于电子电路的初学者来说，很多地方涉及到比较专业的术语，学生不能立刻熟悉软件的功能和操作；且这样的软件功能比较强大，实际上有很多功能在实验教学中用不到的，如果在使用前未对学生进行相应的说明，会让学生在操作过程中不知所措。同时，这样的软件所提供的电子元器件绝大部分是以电路符号的形式呈现的，所谓的电路图的搭接，不过是把电路图从书本上搬到了电脑上，学牛面对的是一堆电子元件的符号，而非实物，缺乏逼真感，与实物实验存在着差别【２４ｊ，不能很好的锻炼学生在实验过程中的动手，动脑能力。１．４研究内容１．４．１研究内容的提出背景实验教学【２５Ｊ是人们利用科学仪器设备等物质条件，人为的控制和模拟自然条件，发展现有理论，培养学牛科学的实验方法和形成综合的实践能力的教学形态。实验教学是理工学科必要的一种教学形态，近年来，我幽的远程教育迅速发展，在远程教育中对实验课程的学习要求也越来越高。与面授式的教育形式有很大不同，远程教育的特点是师牛分离，虽然具有以网络为依托，具有时空自由、资源共享、‘系统开放、便于协作等优点，但是在组织实验教学上却存在许多网难。远程实验窒虽然可以获得比较精准的实验数据和结果，但是需要大量昂贵的远程控制设备，实验室的建设工程比较大，且每次实验只能由一人或一‘组人员进８北京邮Ｉ乜人学坝ｌｊ论文行操作，实验中断或完成不便丁．保存留待后续使用，不利于大面积广泛推广使用。本地虚拟实验系统可以随时利用计算机进行实验操作，节省时间、空间，极大地改善和弥补了目前实验教学所面对的资金设备缺乏所带来的问题，但是只能进行单机操作，在远程网络教学中缺乏交互性。远程虚拟实验系统结合了远程实验室和本地虚拟实验系统的优点，既可以实现远程交互，同时通过计算机软件仿真来实现实验的全部过程，实验结果精确，并且便于保存实验过程和结果等信息。＋目前远程虚拟实验系统以其强大的教育教学优势成为国内外研究的热点，但是我国在这方面的研究较之国外还有很大一部分差距。目前的研究主要集中在系统的设计和开发层面上，对于系统在教育教学领域应用情况方面的研究几乎没有。我于２００８年４月开始进入项目组中参与课题研究，在近一年半的时间里，我主要的工，乍围绕模拟电路虚拟实验系统需求分析工作而展开，涵盖了针对模拟电路虚拟实验的前期调研和文献调研，需求分析，算法分析和接口设计以及等工作。因此，本文没有描述一个完整的模拟电路虚拟实验系统的各个功能模块的设计和开发工作，而是将阐述范围仅限定于在模拟电路虚拟实验系统的介绍和该系统在教育教学的应用设计研究方面，这是本论文的论述重点。１．４．２研究内容一本文借助于研究牛阶段参与的模拟电路虚拟实验系统的开发工作，对模拟电路虚拟实验系统在教学中的应用情况进行设计和研究。在查阅了大量的国内外市｝Ｉ关文献的基础上，并且结合目前模拟电路虚拟实验系统的研究情况，本文将研究重点放在了对模拟电路虚拟实验系统在教学应用的研究上，结合我所参与的项目，对其在教学中的应用进行教学设计，并对该系统在实际应用中的情况进行分析研究，对后续研究进行展望。９：｜匕京邮ＩＵ人学坝Ｉ．论义模拟ｌＵ路虚拟实验教学系统的｜｜ｊＪ『了‘ｏｊＪ■用第二章教育理论和技术基础理论基础２．１．１远程教育理论远程教育（ＤｉｓｔａｎｃｅＥｄｕｃａｔｉｏｎ）１２６１，广义的定义是为了解决师生双方由于物理上的距离而导致的，表现在时空两个纬度上的教育学行为键的分离而采取的，重新整合教学行为的一种教育模式。狭义的定义是指教师和学生在时空上相对分离，学牛自学为主、教师助学为辅，教与学的行为通过各种教育技术和媒体资源实现联系、交－瓦和整合的各类学校或社会机构组织的教育的总称。随着信息技术的成熟和教育事业的发展，远程教育是一种必然趋势，特别是在广大发展中国家，广泛存在教学资金不足，教学资源紧缺等问题。远程教育恰能弥补这一不足。从本质上说，远程教育只是一种与学校教育不同的教育模式，它最突出的特征有：（１）在远程教育系统中的教师和学生是分离的，学生与学牛在大多数情况下也是分离的；（２）远程教育系统中有多种传播教学内容的手段；（３）教师在教学活动中的地位和作用发．牛变化，学牛成为教学活动的中心：（４）远程教学系统是一个交－瓦式的系统。本文所介绍的模拟电路虚拟实验系统也是基于远程教学中实验教学的需要而开发的。在远程教学中，由于师牛分离，以及物理条件的限制，长期以来无法‘开展实验教学活动，通过本文所研究的模拟电路虚拟实验系统，对解决远程教育中实验教学有一定帮助。．’｜，．’●●－－●‘●＾ｆ●●一一●－●－Ｊ２．１７２建构主义学习理论’，＋，＿－－．建构牛义学习理论【２７１是由行为丰义发展到认知丰义以后的进一步发展。建构丰义学习理论认为学习是学习者在与环境的交：巨作用的过程中丰动的建构内部一ＩＬ，理表征的过程。知识是学习者在一定的情境下借助其他辅助手段，利用必要的学习材料和学习资源，通过意义建构方式获得的。建构．十义学习理论强调以学习ｌＯ北京邮电人学坝ｌｊ论义模拟ｆＵ路虚拟实验教学系统的１ｉＪ『究’Ｊｌ训司者为中心，认为∽Ｉ青境”、“协作”、“会话”和“资源”是建构书义学习环境中的基本要素或基本属性。建构丰义对学习有以下几点内容：（１）以学习者为中心：（２）学习时学习者主动建构内部心理表征的过程，强调学习过程要充分发挥学．习者的丰动性：（３）学习过程同时包括两方面的建构，既包括对旧知识的改组和重构，也包括对新信息的意义建构；（４）学习既是个别化行为，又是社会化行为，学习需要交流和合作；（５）强调学习的情境性，重视教学过程对情境的创设；（６）强调资源对意义建构的重要性。模拟电路虚拟实验教学系统是以建构丰义学习理论为基础，设计和开发的适用于以学习者为中心的对现实实验环境的仿真，学生在实验操作中达到学习目的的教学系统。２．１．３学习环境建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助他人（教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得。因此，建构丰义强调以学牛为中心的学习环一境的设计，注重学习者个体或写作的知识建构的问题解决。乔纳森等人于１９９９年提出的建构丰义的学习环境模型１２研（ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｉｓｔＬｅａｒｎｉｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｍ，ＣＬＥ），该模型由以下六部分构成（如图２．１）：ｌ、问题／项目情境：指学习事件的焦点，乔纳森强调要以问题驱动学习。设计者要为学习者提供对象、符号和工具，使学习者在环境中操纵这些变量。２、相关案例：学习过程需要运用相关案例来支持学习者的相关经验。３、信息资源：信息可以使其在情境中的应用产牛相关的意义，提供相关的信息能帮助学习者理解和解决问题。４、认知工具：指能承担和促进特定认知过程的计算机工具。它能帮助学习者完。．成问题求解任务。．。．’．’５、交流与协作工具：建构年义强调学习是通过交流、共享、协作，以社会性的方式实现知识的建构，交流与协作工具可以用来支持学习者在学习过程中的对话和写作，共享知识和价值观，实现共同学习的目的。６、社会／情境支持：社会／情境支持包括物质基础设施ｊ教师和学习者的训练和准备情况，是实施学习活动的必要和重要冈素。

北京邮Ｉ【｝人学ｆＩ！ｉｆ‘ｌｊ论义模拟ＩＵ路席拟爻黔教学系统的川究’Ｊ胁用…塑匝陬’丽王翼］匿巫［夔亟亘困图２－Ｉ建构主义学习环境模型１２８Ｊ本研究所介绍的模拟电路虚拟实验教学系统，教师可以借助实验平台和相应的实验设备和器材，按照教学目标，实现了一个虚拟的实验教学环境的建构。２．１．４学习资源学习资源１２９ｊ是指在学习过程中可被学习者利用的一切要素，包括支持学习的人、财、物、信息等。按照学习资源的来源分类，教育技术的ＡＥＣＴ’７７（ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｆｏｒＥｄｕｃａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，简称ＡＥＣＴ）定义曾经把学习资源分为两大类：设计的资源和可利用的资源。所谓设计的资源指为教学目的而专门预备的资源，如教室、教科书、教学软件等。可利用的资源指那些本来并非为教学专门设计，但是被发现可用来为教学服务的资源，如软件工具等。按照学习资源的表现形态，学习资源可以分为：硬件资源、软件资源。硬件资源指学习进行过程中所需要的机器、设备、场所等物化设备。而软件资源指各种媒体化的学‘．．习材料和支持学习活动的工具性软件。其中媒体化的学习才来还可以进一步分为’内容特定的软件资源利内容相关的软件资源。内容特定的软件资源是根据具体课程内容而设计的学习材料，通常具有明确的教学目标，内容相关的软件资源知识与课程有间接关系或包含了课程之外的大量内容，如游戏类学习软件或电子百科全书等ｊ．．?．本文中所要开发的模拟电路虚拟实验教学系统不仅可以用于网络课程教学使用，同时电＿ｌＩＪ＋以用于传统实验课程的辅助教学，是～种教学软件，属于设计的北京邮ｌＵ人学坝Ｉ：ｉ２义模拟ＩＵ路席拟实验教学系统的研究‘ｊＪ啼用资源，是用于支持学习活动的内容特定的工具性软件。２．１．５教育软件教育软件是根据现代教育技术发展应运而牛的多媒体化、网络化、个性化和交．瓦性强的计算机软件。它不仅仅是一个普通计算机软件，还必须是一个能适应现代教育体制和教学模式的智能软件。教育软件的内涵丰富，不仅包括针对普通学牛达到学习目的的软件，也包括针对教师完成教育目标的教育平台，为实施教育评价而应用的教育管理工具等等。按照应用方式的不同，教育软件有“助教”与“助学”之分，即在课堂教学中＿丰要是用于静态或动态演示，还是提供给学牛进行独立操作、浏览和探索。教育软件主要包括供教学和学习使用的教学软件（如教学课件），供为教学服务功能的教学工具软件（如排课系统、阅卷系统）和教学辅助软件（如各类教学平台、实验教学平台）。根据教学对象可分为：适用于儿童学习的软件（注重于形象、牛动、趣味性）；适用于在校学牛学习的软件（注重于体现教学目的、教学规律）；适用于各类人员学习的软件（注重于继续教育、辅助教学）；适用于教师教学活动使用的各类编程软件（注重于教学工具和辅助工具，如教学平台、评分系统）等。具有交－瓦性和网络共享性等特点。模拟电路虚拟实验教学系统提供了实验教学平台，借助网络环境是教师和学牛可以随时在系统中进行实验教学活动，属于网络教育软件。２．１．６网络教育资源建设技术规范目前，人们开发了越来越多的教育资源在＿可．联网上，由于缺乏统一的规划和管理，没有科学的网络教育资源的技术规范，使得网络上的教育资源得不到充分的利用、传播和共享。目前世界上很多标准化组织都在之一路网络教育资源的标准化研究并公布了一些标准或规范。其中比较有影响的有：ＩＭＳ的ＬｅａｒｎｉｎｇＲｅｓｏｕｒｃｅＭｅｔａｄａｔａ（学习资源元数据规范）、ＡＤＬ—ＳＣＯＲＭ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＬｅａｒｎｉｎｇ—ＳｈａｒａｂｌｅＣｏｕｒｓｅｏｂｊｅｃｔＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭｏｄｅｌ，高级分布式学习——科共享课程对象参照模型）、ＩＥＥＥＬＴＳＣ（ＬｅａｒｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｔａｎｄａｒｄｓＣｏｍｍｉｔｔｅｅ，学习技术标准化委员会）的ＬＯＭ（ＬｅａｒｎｉｎｇＯｂｊｅｃｔＭｅｔａｄａｔａ：学习对眼元数据模型）、ＯＣＬ（ＯｎｌｉｎｅＣｏｍｐｕｔｅｒＬ；．ｂｒａｒｙＣｅｎｔｅｒ）的ＤｕｂｌｉｎＣｏｒｅ原数据标准等。２００１年，我国教育不组织有关专家成立了现代远程教育技术标注华委员会，启动了中国远程教育技术标准研究项目，简称ＣＥＬＴＳ（ＣｈｉｎｅｓｅＥ—ｌｅａｒｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｔａｎｄａｒｄｓ）项目。该项目专门致力于网络教育技术标准的制定和推广Ｊ：作ＣＥＬＴＳ的体系架构是在参照美国的ＬＴＳＣＩＥＥＥ１４８４．１的基础上形成的，它包括总标准、教学资源相关标准、学习石‘相关标准、教学环境．午Ｉｌ关标准利教育服北京ｌ㈣Ｕ人学坝Ｉ，论文模拟Ｉ【Ｉ路慌拟实验教学系统的例究。ＪＪ够用务质量棚关标准等内容。目前比较成熟的标准草案已经公布，比如ＣＥＬＴＳ．３学习对象元数据规范、ＣＥＬＴＳ．３ｌ教育资源建设技术规范等。其中虚拟实验的相关标准属于学习环境类标准，其相关的标准研究已列入全困信息技术标准化委员会教育技术分技术委员会的研究计划中。２．２技术基础２．２．１计算机仿真技术，计算机仿真技术（ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）ｔｓｏｊ禾Ｏ用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的－１＇７综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。仿真型实验采用计算机技术、仿真技术等构建虚拟实验环境、虚拟仪器和设备的方法，提供一种仿真的实验环境。虚拟实验是利用鼠标的点击、拖动，将计算机上虚拟的各种仪器，按实验要求、过程组装成一个完整的实验系统，同时在这个系统上完成整个实验，包括器材的添加、实验条件的改变、数据采集以及实验结果的模拟。２．２．２Ｓｐｉｃｅ电路描述方式。ＳＰＩＣＥｔ惜Ｊ足英文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓＥｍｐｈａｓｉｓ的缩写，其字面的意思是针对集成电路的电路仿真程序，但是经过不断的扩充，它己经成为一个功能强人的通用电路仿真程序。’ＳＰＩＣＥ将计算机技术、数值分析方法和晶体管建模很好的结合在一起，可以验证电路设计和预测电路的行为，三十多年以来它＿直是丰要的管级电路仿真程序，是ＥＤＡ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，电子设计自动化）技术的基础，对于电子技术和信息技术的发展起了很大作用。ＳＰＩＣＥ的前身是１９６８年出现的非线性电路仿真程序ＣＡＮＣＥＲ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ１４北京邮Ｉ【１人学硕ｌｊ论文模拟ＩＵ路懦拟实，聆教学系统的ｆｉｊ｝究‘ｊ｝Ⅳ用ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＮｏｎｌｉｎｅａｒＣｉｒｃｕｉｔｓ，ＥｘｃｌｕｄｉｎｇＲａｄｉａｔｉｏｎ），１９７１年发布的改进的ＣＡＮＣＥＲ版本将名称改为了ＳＰＩＣＥ，其研制负责人是美国们克利大学的Ｄ．Ｐｅｄｅｒｓｏｎ教授。１９７５年发布了ＳＰＩＣＥ２，１９８３年发布了用当时比较流行的ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写的ＳＰＩＣＥ２Ｇ６，１９９３年发布了用Ｃ语言编写的比较成熟的ＳＰＩＣＥ３Ｆ版本，１９９７年发布了最新的ＳＰＩＣＥ３Ｆ５版本。由于ＳＰＩＣＥ在电路仿真方面的作用和重要性，使得Ｄ．Ｐｅｄｅｒｓｏｎ教授获得了１９９８年ＩＥＥＥ荣誉金奖，被称为ＳＰＩＣＥ之父。目前，几乎所有的电路仿真应用软件都是以ＳＰＩＣＥ为内核的，或者是在ＳＰＩＣＥ基础上的扩充，ＳＰＩＣＥ己经成为事实上的工业标准。因此，Ｓｐｉｃｅ是ＥＤＡ最基本的语言基础。国际上较为通用的仿真模拟系统，包括一些商业化的电路设计软件，都是以ＳＰＩＣＥ为基础，进行功能的扩充，使其能支持各种规模的数字、模拟和数模混合的电路仿真。同时还为其提供了图形化的接口，方便用户进行电路设计。在这一系列产品中，比较著名的有ＰＳｐｉｃｅ，Ｈ．Ｓｐｉｃｅ等。这些软件系统功能极为强大，．并且提供了友好的图像界面，也是许多大学乃至研究院进行电路教学和电路设计一的首选工具，其电路仿真结果具备极高的科学性和真实性。然而，这些优秀的软件却无法成为仿真核心的最佳选择。究其原因，一是因为这些软件均为商业性的独立系统，无法有效的集成到虚拟电路实验系统中：二是其功能过于强大，在实际应用中往往被用来作为电路设计的工具，而教学实验的一般只需要支持基本的电路仿真。２．２．３系统的开发流程教育软件与其他的软件在开发过程中的区别丰要在于需要将教育理念与需求分析过程相结合，根据实际的教育需要来确定软件的功能。教育软件的开发过程一般分为以下六个阶段【３‘ｌ：（１）计划阶段确定出所要开发软件系统的总目标，给出它的功能、性能、可靠性和接口等方面的要求，结合教育软件的使用单位或教育软件开发者提出的需求，做出软件开发的可行性分析以及相关工作计划。．?．？（２）需求分析阶段．．．这个阶段是将教育理念与需求分析相融合的过程，对软件提出的需求进行分析并给出详细的定义。形成系统需求说明书及初步的系统用户手册等。（３）软件设计阶段’。设计是软件开发工作的核心，在设计阶段，需要设计人员将已确定的各项需求转换成市｜Ｉ应的体系结构，这些体系结构由Ｌｊ需求一一对应的功能模块构成。所北京邮，Ｕ人学坝Ｉｊ论义模拟Ｉ【ｌ路虚拟实验教学系统的川究’ＪＪⅣ用有的设计工作都要形成详细的设计说明书，以供后继：Ｉ：作的使用。（４）软件实现阶段根据软件需求分析以及设计文档，对每个模块编码和实现。本阶段首先的任务主要由软件开发人员来承担。（５）软件测试阶段’软件测试阶段是保证软件质量的重要环节。在设计的测试用例的基础上对软件的各个组成部分进行测试，包括单元测试、集成测试等测试内容，以确定所开发的软件是否符合规定的各项需求，是否合格，能否交付用户使用。’（６）软件运行／维护阶段已交付的软件投入正常使用就进入了运行阶段，在这个阶段软件可能会由于各种原因需要修改，或做适当变更。。～．本文所介绍的模拟电路虚拟实验系统也是遵循了软件系统的一般升发流程，结合教育理念及实际教育教学的需要来完成的。１６

北京邮Ｉ【｝人学硕：｝ｊ论义模拟ｌ乜路席拟实聆教学系统的ｆ１）｜＝究‘ｊＪⅣ用第三章模拟电路虚拟实验系统３．１系统的设计指导思想３．１．１可用性ＩＳＯ９２４１一１１国际标准对可用性１３２Ｊ作了如下定义：产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用途时所具有的有效性、效率和用户主观满意度。通俗的讲，可用性指的是产品对用户来说有效、易学、高效、好记、少错和令人满意的程度，即用户能否用产品完成他的任务，效率如何，主观感受怎样，实际上是从用户角度所看到的产品质量，是产品竞争力的核心。因此它是以用户为中心的。可用性是产品的一个基本的自然属性，在产品和用户的相互作用中体现出来。可用性的基本评价指标【３３Ｊ是效率、满意和安全（容错、无错）。可用性测试是“利用潜在用户来评估产品达到某些可用性标准的程度”的过程，它根源于传统实验方法学，是人类工效学的重要研究领域。对以教育软件而言其可用性丰要指用户在利用软件进行学习时操作的方便性，教育的有效性，它直接影响到学牛学习学习的效果。从实验操作着的角度来考虑，我们希望模拟电路虚拟实验教学系统不仅可以完成实验电路的搭建，进行各种实验操作，同时能够保证得到实验正确的实验结果。而不像过去所谓的虚拟实验教学系统仅仅提供实验的演示功能，而不能进行实际的操作。３．１．２实时性所谓“实时性”是指系统能够在有限的时问内执行完成规定的功能，并对外部的异步事件做出反应的能力。在模拟电路虚拟实验系统中，我们希望当用户在实验台上搭建好实验电路的同时，打开相应的测罩仪器的开关，’就可以得到所要测量的电路数据，看见电路的变化等情况。’而不是像ＰＳｐｉｃｅ或者Ｑｕｃｓ那样的软件一样要等待一会时问，等待电路计算完成后才可以看见实验结果。模拟ｌＵ路席拟实验教学系统的｛ｌＪＩ＝究’，ＪⅣ用３．２系统设计原则虚拟实验系统以实验为牛要内容，通过建立实验环境，仿真实验过程，实现其在教育教学中的运用。设计中要遵循科学性、开放性、交瓦性、适用性、易于扩充和维护等原则。：（１）科学性原则实验教学是理论与实践相结合的环节，其教学目标是不仅要让学生掌握相应的知识点，同时培养学牛的实践和操作技能，开拓他们的创新思维能力。所以，在系统的设计上不能像一般的教学软件一样，一定要同时兼顾实验环境、实验内容、实验方法和步骤等的科学性，从而培养学生的科学意识。要求系统中的器材设备的操作与真实器材设备的操作相似，实验过程和实验现象与实际相符。’（２）．一致性原则一致性指虚拟实验系统中所涉及的实验内容既要与实际教学所需要的实验内容一致，又要与学生的认知水平达到一致。（３）开放性原则开放性原则是希望系统能够给学牛提供最大的自由度和灵活性。系统不仅在使用时问和空间上开放，同时在内容和组织形式上开放，不仅满足远程教育教学的需要，同时满足日常教学的需要。教师可以根据实际的教学情况自由安排和组织实验内容。学牛可以在课下按照自己的实际情况和兴趣爱好，随时开展实验操作，进行学习。（４）交互性原则交互性影响着学习者对环境的感知效果，系统提供了虚拟实验的环境，使学牛在这样一个环境中进行实验学习，构建知识体系。学牛在实验学习过程中应该获得与实物实验操作过程一样的信息反馈。（５）适用性原则虚拟实验系统是为教学服务的，在开发和设计中既要对实验内容和编程技术进行合理划分，同时义要考虑系统能够支持多种计算机操作系统平台以及用户界面标准、编程和组建通信标准，建立统一的设计规范，以便系统能够提升性能，采用跨平台的设计。此外对于虚拟实验系统及其学习内容应该符合相应的教育资源建设技术规范。’’?‘’．?。?，－（６）易于扩充及维护原则．，虚拟实验系统应该提供一个用于维护与更新实验内容的界面，方便不同的教学需求和教学组织形式。教师可以根据需要自行添加实验内容或修改实验要求。同时系统在设计中垂充分考虑模块的莺用性，以便于系统的添加新的实验器材和设备或增加新的实验课程内容。１８平台通过其包含的各类教学系统实现相应的教育教学功能。其中模拟电路虚拟实。验系统是教学平台中的虚拟实验系统的子系统。教师、学生和系统管理人员在通过系统身份认证后进入系统，可进行对应各自不同身份的操作。垒夥盥１：鬟鸯，缀瀚图４－１虚拟实验系统的组成ｆ３４Ｊ●●－●●●３．４模拟电路虚拟实验系统的介绍～．．’模拟电路虚拟实验系统分为实验管理和实验模块两个部分，教师和学牛驽录后，进入模拟电路虚拟实验系统不同的界面。教师进入的是实验管理界面，在这个界面上，教师可以在实验列表上按照要求添加、修改和删除实验项目；学牛进入实验学习界面，ｊ－Ｊ．以在实验列表．卜．选择想要完成的实验、查看实验任务和已完１９北京邮ｌＵ人学坝ｌｊ论义模拟Ｉ【ｌ路虚拟实验教学系统的川究’ｏＪ，．’，ＪＮ成实验的成绩、或者进行自ｉ｛ｉ实验练＿≥＝｜。教师界而（如图４—２）：。，赣凝噍？。…：ｉ夹釜窭藿实验安捧岔；她翔袭Ｊ碍霉箍ｉ．霉羹髯●鬻挪典餮奚验餮鏊嚣器毫立着磊｛＃，善辕震援；；致辔织露歉廛彰实验虐｛＃露赣繇簧毪蒜蒉砼蔬笺箍熬燕箍繇荛移获赢笔曩掰爨劈掰￡掺譬芝爱鼍毫蓐鸯套着髂改疆鼹｝导出壹看耪改箍牌导出查看鲣敬嬲醇导出查看修改删酴导出蠢看妊数船璐导出妻看修敬删除导盘查看謦筏蛐除导出查看蟹改删除导出．嚣落案蓼射移簟譬敏大嚷虿÷｝船耜尊摩鼯幸畦｝端成缓壹诲窑箍２霉鏊３窑蛩毒窖鏊ｊ窑餮砸窑挚７，委静实验一自主实验两够簧｝§照戈峨籀舟劈虢努；基既集酶洋照矽丈器ｉ旨嚣鞠！式叠薤镇擅走器单管交淹鼹天窀路虚搏鬟虢．繇蓑臻‘盛｛０窦毅虚拯实数疆摄实强蒜黄箍蒜曩耱熬甍礁要襞耢毫援诱巴爱苟￡鬟嚣芝发耪窑辩窑鼍９实鏊１０宴验ｉ｛雾验ｌ：舞藏远；魄：锩自缓难度爵～壤摄ｌ爱自妫寨绣遥簋趣冀瓣的囊瘩葭篇一毒鳝ｉ蠡渡器玻鬻爱接￡≈辫羲劲敏戈嚣查看修改腑孽出查看修改删除导出瑶援赛鏊簸舞镗震织ｉ激繇茺毪芒爱尚已爰荀错移改膦导出煮看蟛改嬲羰导出查看修改删除导出查着蟹改删除导出查看修改册黪导出盯匿靛壤箍藩嚣：Ｃ逸劳蕺ｔ卑：ｒ正弦筘蒋￡氅潞翦露鼹辨嚣麓撵箍荔嚣摩织饔靛｝蘩薨镑；灌１３雾验ｌ《餐警１５虑叛餐醺簿萋磴￡赞枯虑樵霹砖廛般箕照际甓秘簌毳硷￡嬲￡麓帮图４－２教师登录界面学生界面（如图４－３）：ｊ麓鹅密赫霉箍任务私ｊ巍豹勰强务痹譬震祷糍舔荤蛰奠虢缬ｌ：嚏臻基关餮蒸囊拜络Ｉ量吐对胄扔徽熊藏餐罄软嘉攮律君主实验一ｌ驻撑雾虢：酲鼽ｊ０．露｝３ｌｇ：３瓮ｔ８∞，，钇ｌ￡１２伪努锨富竣穿懿餮虢密擞餮浆妊徽鬻虢茹赣串开始雾酝掌耘聋开始茹验霉翰华并赫宾强霉黪串开蠹鲁雾赣２３囊照透麓艘麓凇０菝答理粥～帝燕如鞍褥壤箍箨赣麓秽．ｊ２，荔ｉ０；９弼。毅∞鼻嚣｛ｏｉｊ。。０，勉１８：９。。囊或磊努辨ｔ辑舻嚣率露璐谬臻童搬电嚣袭魏震虢２∞９，ｉ２兹治：９鲐２。；０寨糍露麓艘笼嚣∞蕴荔驻ｊ｝ｌ一碍辔嚣穗器～张缀貔张一貔五秘辕勰瓣ｊ２．拢１８篱ｊ０麓ｔ０国，．托嚏∞鞠４一教棚Ｉ镰豪孝冀霞豪｛精筘ｊ剪矩！Ｖ贾翁嚣筘一舅磊一舞第雾图４－３学生登录界面３．４．１模拟电路虚拟实验模块实验平台模块卓要为模拟电路实验教学提供了一个仿真的实验环境，包括２０北京邮Ｉ乜人学坝ｔ！论文模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的研究‘ｊＩ一用实验台和器材栏．两部分内容（如图４．４）。在进入模拟电路虚拟实验系统后，在相应的实验条目后而选择“开始实验＂选项即可进入实验模块。这是模拟电路虚拟实验教学系统的核心。学习者可以在实验台上进行验证性实验，也可以进行综合设计性实验。通过从器材栏中选择所需要的实验仪器和器材，建立实验电路，对实验现象、数据和结果进行分析，从而达到实验教学的目的。器材栏以树形结构的方式，将实验器材和仪器设备分ｆ－］另ｌｊ类存放，所有实验器材和仪器设备均以实物的形式展现于用户，而非电路符号的形式。用户可以根据需要，选择相应的实验器材和设备，用鼠标将其拖拽到实验台上即可获取。在实验台上，用户可以利用鼠标对选取的实验器材或设备进行连线、修改名称、设置参数属性值、旋转等操作，建立实验电路，进行实验，并通过虚拟仪器上显示的测量结果获取相应的实验数据。这与在实验窒进行实物操作的实验是一致的。图４－４实验平台模块３．４．２虚拟仪器根据对当前模拟电路实验课程的调研和分析，以及实验内容的选取情况，目前模拟电路虚拟实验系统提供的虚拟仪器有以下几种：１、双踪示波器：示波器有两路信号输入，ＣＨＩ和ＣＨ２，可同时观测两路信号。

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

北京岫Ｕ人学ｆｌ！；！Ｉ。论文模拟电路虚拟实验教学系统的例究。，胁用验操作，向学牛教授实验课程。运用现代教学媒体进行教学的模式１３７１丰要有以下三种：一、辅助式（图３．２），教师借助现代教学媒体向学牛传递教学信息帅生进行交百．反馈。二、直接式（图３．３），学牛直接向现代教学媒体学习，现代教学媒体对学生的反应做出反馈。三、循环式（图３．４），学生向现代教学媒体学习，媒体主要通过声音、图像等传递教学信息，教师不与学生见面，对于学生的反应和问题，通过媒体做出反馈。图４－２辅助式ｌ现代教学媒体篱》学生图４－３直接式图４－４循环式模拟电路虚拟实验教学系统需要模拟真实实验环境，有实验台，相应的实验器材和设备，在实验中应该看到和实物实验一样的效果，包括声音，光点现象等，此外还需要与实验器利‘发牛交．百，学牛和教师能够按照自己的意愿选择实验器材和设备，独立操作各种试验器材和设备，就和在实验室进行实物实验一样。教帅北京邮ＩＵ人学坝Ｉｊ论义模拟ＩＵ路慌拟实验教学系统的删究’Ｊ胁Ｊｆ】可以通过模拟电路实验系统进行实验演示，出可以指导学牛有：系统上进行实际的实验操作。学牛在实验平台上通过从器材栏中拖动所需要实验器材到实验台上，利用鼠标操作，连接实验器利‘，搭建实验电路图，进行实验，在实验过程中能够保存实验，并且可以打开已保存过的实验电路，继续实验，待实验完成后，学生可以将完成的实验保存下来，以便老师检查和批改。学牛通过在虚拟实验系统所提供的环境下进行各种操作，存这种操作中与系统进行交互，构建自己知识系统。对于系统中的虚拟实验器材和仪器，应该与实际器材和设备一样，而非如市面上流行的仿真软件一样用电路符号替代。－４．４虚拟实验的设计传统的电路实验教学多以验证性实验为丰，强调验证理论课所学知识，对于基础知识，这种教学方式仍起着重要作用。在这种实验中学生往往是按照实验讲义的步骤按部就班地进行实验，这很难调动学生实验的积极性，同时也容易束缚了学生的创造性和自我发展。设计性实验【３８１是给定学生实验目的和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。它着重培养学生的动手实践能力和创新能力。综合性、设计性实验设计的好坏对学生能力的培养非常重要，因此模拟电路虚拟实验系统地实验必须同时包括教材中所涉及的验证性实验，同时要把充实综合性、设计性实验纳入考虑范围。我们重新对实验大纲进行了梳理，适时地选择有代表性、难度适中、综合性的实验内容。实验系统包括器材栏和实验台两部分组成。对于每一个实验器材或者仪器，都附有器材或仪器介绍、功能、使用说明及方法等内容。学牛可以将实验器材或仪器利用鼠标拖拽到实验台上，查看实验器材或仪器的介绍和使用说明等内容，从而了解和认识实际器材的形状、特点、使用方法等知识，同时可以根据实验要求对部分能够修改属性的虚拟器材进行属性修改；通过对实验器材和仪器等仿真器材的操作，学习将电路图转换为实物图，并能将电路符号与实物一一对应；通过实验活动，．观察实验现象，分析实验数据，掌握所要学习的知识点。．一实验要充分体现以学习者为中心的思想，内容要能够激发学Ｉ牛的学习兴趣和激情，难度逐级增加，针对不同层次水平的学牛，，对同一知识点可以设计不同难度的实验内容。教师对实验内容和要求等实验信息进行添加，修改，和删除，同时对学牛的实验进行指导，批改学牛的实验报告，检查学牛实验的完成情况；学牛进入实验系统在完成教师布置得实验彳千务之后，除’厂需要完成相应的实验报告并提交，还可以根据自己的兴趣和需要，进行自年实验，但是不能对己发布的实验信息进行任何操作。北京邮ｌ乜人学ｆｉ！；！Ｉ’论义模拟Ｉ【ｌ路膳拟实验教学系统的埘究’ｊＪ啦用４．５教学策略的设计教学过程充满着复杂多变的情况，如何在动态的教学活动中处理遇到的各种情景，随时做出相应有效的教学决策，决定着教学的效果。教学策略【３９Ｊ是为完成特定的教学目标而采用的教学活动的程序、方法、和媒体等因素的总体考虑。它不同于具体方法，需要根据教学目标对具体的行动方法的考虑和规划，是在具体教学环境中表现出来的技巧性的行动方式。教学策略主要由教师实施控制和调节，具有明确的目标指向性，以促进学－牛的学习为目的；它与教学目标、内容、以及学生特征、活动方式等有密切关系，需要随时根据情况发生变化：具有动态性的特点；此外教学策略是对教学方法、媒体、形式及过程等方面的应用设计，因此具有一定的技术性。虚拟实验教学系统中的实验教学活动发牛在网络中，丰要支持以学生学习为中心的学习模式，具有自主性、开放性、共享性等特点，因此在教学过程中应以激发和维持学牛学习兴趣为丰要策略。网络学习中由于时空分离，学生与教师，学牛与学生之间由于时空的距离，不易产牛亲切感，缺乏学习活动中的情感交流，使学生在学习过程中容易迷航，逐渐失去学习兴趣。因此可以将现实学习环境中的合作和竞争机制引入教学中，增加学牛对学习的认同感和集体的归属感。设计明确的教学目标和学习内容，将长期目标分解为具体的，短期的阶段性目标，教学内容灵活，运用多种表达形式表现，比如文字、图像、视频等多媒体呈现方式；增加反馈机制，便于师牛间的互动和交流，为学牛提供多种学习评价方式，提高学牛的学习积极性。４．６教学过程的设计教学过程有很多种模式ｊ比如赫尔巴特的五段教学法，凯洛夫的五段教学模式等，我国目前流行的课堂教学模式是根据凯洛夫的教学模式修改而成的，分为以下五个阶段：（１）组织上课；（２）俭查复习；（３）讲授新教材；（４）巩同新教一ｔ材；（５）和置课外作业。’但是实验教学不同于一般的课堂教学，实验教学丰要是通过实验练习帮助学牛更深刻的领会课堂教学中教师所讲授的知识点ｊ根据实验目标和实验内容，教．师需要对每个知识单元教师需要提供一个或几个基本的实验，这些实验之间应该有一定的难度层次，以适用于不同层次水平的学牛，帮助学牛逐步提高。首先，教帅可适当做一个典型的演示实验供学牛参考，也可以指导学牛米完成演示实北京ＩＩＩｇＩＵ人学坝Ｉ．论义模拟Ｉ【ｉ路虚拟实粤令教学系统ｆｌ，Ｏｄ，Ｊｌ岁ＥｏＪＪ衄用验，同时给出该知识单元相关的多个选择性实验题目，供学生从中进行选择，学牛也。Ｉ叮以根据实验要求自己另外选定实验题目。根据实验教学的特点，本文将实验教学过程分为’（１）组织上课；（２）复习相关知识点；．（３）讲授实验目标、要求、步骤等内容；（４）开展实验；（５）讲评实验：（６）完成实验报告及相关练习。在讲评实验过程中，由于上课人数较多，教师很难在有限的时间内对每一位一同学进行指导，如果让学牛之间相’Ｈ辅导学牛不仅效率高，而且能够加深学牛对’知识点的理解，同时这种相互指导有助于学生之间形成协作学习团队，可以充分调动学生的学习积极性。对于实验中出现的问题，允许学生之间相互讨论，协商解决，对于有疑惑或无法解决的问题，可以请教师进行指导。同时教师也可以组织学牛进行商讨，并参与到学牛的讨论中，应用集体的智慧提出解决问题的方案。本文所研究的模拟电路虚拟实验教学系统不仅可以用于一般日校学生进行实验学习使用，同时也可用于远程学习者进行网络学习时使用。无论是什么样的学牛，在实验教学中均可以将实验完成的情况保存成相应的文件，以便老师进行评阅或日后复习使用。４．７教学评价的设计教学评价［３９１指以教学目标为依据，制定科学的标准，运用一切有效的技术手段，对教学活动的过程及其结果进行测量、衡量，并给以价值判断。教学评价是对教学结果及其成因的分析过程，通过教学评价可以了解教学个方面情况，对教学过程有监督和控制作用，使教师及时调整教学方法，学＿牛改进学习策略，使教学效果逐步与教学目标接近。教学评价的种类按照不同的标准有不同的划分。例如，按照评价基准的不同可分为相对评价、绝对评价和自身评价；按照评价功能不同分为诊断性评价、形成性评价和总结性评价。相对性评价用于了解学牛整体水平以及个体间的差异，绝对评价可以了解教学目标的达到程度，自身评价则更多的是照顾到了个别差异的情况；通过诊断性评价可以了解学牛所处的不同水平，形成性评价则在教学活动中不断进行评价，能及时了解学牛在教学各个阶段的水平及教学过程中存在的问题，总结性评价一‘般征一’个教学阶段后对教学效果进行评价。为了能够令面地北京｜Ｉｆｌ：Ｉ【ｉ人学颂１．论义模拟ｌＵ路虚拟实验教学系统的研究‘ｊＪ如用评价教学效果，需要遵循客观性、整体性、指导性以及科学性的原则，综合使用多种评价方法对教学进行评价，从而全面的了解教学效果。模拟电路虚拟实验系统主要用于实验教学，在实验教学中除了需要培养学牛的实际动手操作能力，还要帮助学牛掌握实验中所涉及到的相关理论知识，在教学评价中需要结合这两方面的教学目标，综合考虑学牛在学习的各个阶段所达到的教学效果。在实验教学过程中将实验教学分为教学前、教学中、教学后三个阶段，在这三个阶段分别运用诊断性评价、形成性评价以及总结性评价，对每一次实验教学进行评价，获取每次实验教学后的评价结果，以帮助教师和学牛在下一次实验教学活动中为获得更好的教学效果而做出改进。同时可以一个学期的实验教学视为一个教学阶段，在这个阶段中进行形成性评价，在学期末形成总结性评价。评价的方法可以采用作业，考试等多种方法。实验课程不同于理论课程的学习，更多的考察内容是基于实际操作的技能以及对在操作中所表现出来的对理论知识的掌握程度。因此可以设计与实验相关的理论知识点为内容的测试或练习题，在学生开始实验前，让学生先通过这些练习题来判断学生是否对实验进行预习，如果预习了？则可以开始进行实验，否则要先进行实验预习，每次实验需要学生在完成后提交实验报告，并完成相应的习题，教师根据学牛提交的实验报告和练习情况来判断学牛对实验的掌握情况，是否达到了实验教学的目标。实验完成后，学牛需要完成教师布置的相关作业，达到对实验教学后的复习目的。这个过程如图４－５所示。

三坠型坐堡叁兰堡』堂墨二————一．———————————————————————————一＝：：二：……“ｏＨ／、１”１＾‘丁。１、＝儿ｌｌＪ”川／Ｌ，，’．，，ｌＪ堡垫！坚堕生型茎望墼兰墨丝塑型壅：！！兰旦＼≮菊Ａ藩－Ａ＇ｊ一—＿／诊断性评价否形成性评价｜是总结性评价至∈粤一壹图４－５实验教学评价过程对于一个学期的实验学习而言，每个学期需要按照实际教学情况，为学牛安排若于个些做的实验内容，一般为４—５个必做的实验内容，同时还应当根据实际情况为学．牛提供一些选做的实验内容，在学期末可以安排一次考试，以考察学牛该学期实验谋程擎习ｌｊ勺－情况。其中平时成绩与考试成绩各占总成绩的５０％ｏ北京邮ＩＵ人学ｆＩ！；！Ｊｊ论义模拟ＩＵ路Ｊ箍拟实验教学系统的例究’ＪＪ妇用第五章虚拟实验教学应用研究５．１典型实验的教学应用下面以“基本放大电路”的实验内容为例，详细介绍应用模拟电路虚拟实验系统进行教学的过程以及教学设计的情况。．５．１．１实验的教学设计根据实验内容“基本放大电路”实验，该实验属于“半导体三极管及放大电路基础”中的内容。下面将这部分内容知识点以知识网络图的形式简单进行总结划分如图５．１：．北京邮ＩＵ人学坝Ｉ论义模拟ｌＵ路虚拟实验教学系统的训究’ｊ麻朋图５－１实验“基本放大电路”相关知识网络图从知识网络图中可以知道基本放大电路有三种形式，每一种形式的放：犬电路均需要进行有静态工作点和动态工作情况两方面的内容分析，这两利，分析可采用图解法和小信号模型分析法两种形式，而电路中用到的．卜要电子兀器件是半导体ＢＪＴ。．?．．在实验中，三种电路形式按照难易程度依次为：共射极放大电路、共集电极放大电路、共基极放大电路。实验的目的是让学牛通过实验加深对放大电路的认识，掌握放大电路的静态工作点以及动态ｊ『：作情况，并通过测量结果对比采用图解法与小信号模型分析法得到的结果，爿：掌握这两种分析方法。同时婴学会使用北京邮电人学坝ｆｊ论文模拟Ｉ【Ｉ路虚拟实验教学系统的Ｗ究‘ｊＪ如用各种仪器仪表。模拟电路虚拟实验系统面向的十要对象是远程学习者，远程学习者大多是在职学生，他们一边工作一边学习，因此不可能如全日制学生一样将所有精力用于学习，因此对于他们的要求不能太高，要以他们的实际水平来制定学习目标。因此，可以选取最简单的共射极放大电路为实验内容，实验目标定为以下内容：１、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响；２、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电Ｊ玉的测试方法：３、熟练掌握常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。按照定好的实验内容和目标，选取实验器材如下：ｌ、＋１２Ｖ直流电源２、函数信号发生器３、双踪示波器一４、交流毫伏表５、直流电压表６、直流毫安表７、频率计８、万用电表９、晶体三极管Ｑ２Ｎ３９０４（０－－５０＂－－＂１００）或９０１１×ｌ１０、电阻器、电容器若干实验电路图如图５—２：图５－２共射级放大电路实验电路图模拟电路虚拟实验系统为进行远程学习的学牛提供了方便的实验ｊＦ台，ｊ『『以实现远程学刊者进行实验课程学习的需要。师牛双方借助这个系统，实现双向交北京邮ｌＵ人学坝．Ｉ：论义模拟ＩＵ路虚拟实验教学系统的叫究’ｏＪ■用互，达到实验教学的目的（如图５．３）。模拟电路虚拟实验系统为实验教学提供了实验的平台、教学环境以及相关的学习资源，学牛与教师是学习活动的：ｉ－体，他们借助这个系统形成教学的交互，包括教师的教学、辅导，学牛的协作、自牛学习等内容。图５－３实验系统的教学交互在系统中教师与学生教学活动流程如图５．４所示：教师在登陆系统后，进行实验教学内容的设置，根据学牛类型，将针对同一知识点的实验内容设计为不同难易程度的实验任务，在教学中为不同的学牛布置不同的实验任务。并对学生的实验情况进行检查和指导。学牛在登陆系统后，可以查看需要完成的实验任务，进行实验学习，在完成实验后进行提交，以便教师批改；或者通过白丰实验进行自：－ｉ－：学习。教师与学牛或者学生与学牛之间可以通过系统平台提供的站内消息或者教学论坛两个模块进行沟通交流，同时还可以借助实时聊天工具进行在线交流。

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