朱艳萍， 张秀再， 陈金立， 祁博宇

(南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 江苏 南京　210044)



电子电工实验室发展趋势及前景

朱艳萍， 张秀再， 陈金立， 祁博宇

(南京信息工程大学 电子与信息工程学院， 江苏 南京210044)

电子电工实验课程作为电子信息类课程的基础实验平台课，在培养学生的基本动手能力和基本的专业知识方面起着较为重要的作用。 传统电子电工实验平台存在一定的发展瓶颈，结合目前国内外著名高校及仪器供应商的发展，从实验仪器多功能化、实验室虚拟仿真和实验管理系统智能化3个方面分析了未来电子电工实验室的发展趋势，为以后电子电工实验室的建设提供新的思路和方法。

电子电工实验室； 智能化管理； 虚拟仿真

面对电子电工智能化仪器的不断推出，以及信息时代下网络化的快速发展，传统的电子电工实验教学已经不能满足新形势下的教学要求，面临各种各样的问题。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。另外，有限的教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生，设计性和探究性实验更是难以开展[1]。 目前，国内外一些知名高校的电子电工类的实验课程，主要向仪器智能化、教师管理学生网络化及实验系统软件化3个主要发展方向迈进[2-4]。

1　电子电工实验室发展的主要趋势

面对实验仪器的多功能发展，以及强大的软件功能，以后电子电工发展主要向以下3个方面发展。

1.1实验仪器多功能化

传统的实验仪器功能单一，通常做实验需要同时配置信号发生器、电源、示波器、毫伏表、万用表等，实验台基本上摆满了仪器，学生也常常因为不熟悉仪器的功能和作用而用错仪器。目前，很多仪器公司，例如安捷伦公司、泰克公司、罗德与施瓦兹公司等，都陆续开发研制了多功能的实验仪器(见图1)，摆脱了传统实验仪器功能单一的缺陷，在使用上也更加智能化和人性化，除了可以进行日常的基础实验，也可以用于探索或创新性实验[5]。

以泰克公司的“六合一”MDO3000系列示波器为例，它集成了示波器、全功能频谱分析仪、逻辑分析仪、协议分析仪、全功能任意函数发生器和数字万用表，几乎可以提供对嵌入式设计进行测试和调试所需的全部工具，避免了使用独立仪器的高昂成本。

图1　集示波器、信号发生器、电源于一体的智能仪器

1.2虚拟仿真实验教学

仪器虽然可以做到智能化，但目前的成本也比较高。一台智能化的仪器(兼具示波器、信号发生器等功能)动辄上万元，不利于推广和普及，较适合于研究性需求。而虚拟仿真平台的搭建可以有效解决成本问题，它不仅投入少，而且只需软件升级即可达到系统的更新换代，也可以达到较好的环保效果。虚拟实验室

作为高校实验教学的一个发展方向，具备传统实验室所没有的优势: 建设维护成本低，平台扩展性好，利用效率高[6]。以润尼尔公司开发的虚拟实验室为例，除了可以满足电子电工基础实验课程，也能够开展高年级的设计性项目，不仅可以解决仪器的采购、元器件的浪费及减少污染等问题，也提高了实验的灵活性[7]。

图2为北京邮电大学对模拟电子线路中典型的单管共射放大器的虚拟实验平台[8]。仿真平台模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境，也便于与真实实验无缝对接。

虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，包括实验前的预习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、实验成绩统计查询等功能，为实验教学环境提供服务并开展应用。

和传统的实验平台相比，虚拟仿真实验平台具有更大的灵活性，升级方便，而且不存在器件烧毁、仪器损坏或更新换代等问题。

图2　晶体管共射极单管放大电路实验

1.3实验室智能管理系统

随着网络普及和应用，智能管理系统(见图3)可依托于校园网，整个系统管理具有以下特点[9]：

(1) 管理全程化。对仪器设备使用前、使用中、使用后的全过程进行管理。

(2) 维护简单化。能够对分布零散的仪器设备集中管理，充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设和维护成本。管理、维护更加方便有效、更加简单易行。

(3) 运行环保化。能够在设备共享服务过程中提高设备的使用寿命、节约设备的使用能耗，节能环保。

在虚拟实验平台的基础上，实验系统管理可以更加智能化，具有在线预约实验内容及时间、签到、实验预习及实验过程详细指导、教师在线监控学生实验情况、在线手动或自动批改作业等功能。能够大大减少实验室教师及授课教师的工作量，可以更多地去关注学生做实验的情况，提高学生自主学习的能力。

尤其是在线批改作业(见图4)，可以有效节约纸张，并避免学生相互抄袭。对基础性实验可有选择地批改，其他使用自动批改功能，对创新研究性实验可手动批改，学生可在网上随时查阅批改结果。

图3　实验教学管理系统的教学管理与客户端的功能

图4　在线手动或自动批改实验报告

英国雷丁大学系统工程学院的电子电工实验也是以软件模拟仿真为主，并利用良好的网络平台Blackboard进行理论和实验教学的互动(见图5)。利用网络上的资料，学生能够提前预习实验内容，当完成实验时又能够及时打印并提交报告，这种方式可以有效地提高学生对实验内容的快速理解和做实验的效率，而且网站上建有讨论版，可供师生探讨。

2　前景展望

电子电工实验是电类专业学生系统化接受电类课程学习的关键课程，能否扎实地掌握好电路和电子线路的基本理论和分析方法，对学生学习后续课程以及毕业后从事该领域工作将产生直接的影响。良好的实验平台建设可以增强学校现有科研实力，培养更多创新型人才，并提高学生接受新知识新技术的能力和科研素质[10-11]。

本课题研究在紧密结合厂商及学习国内外知名高校的电子电工实验建设经验和先进理念基础上，提高我校该类实验平台的搭建，并为其良好的发展提出一些建议，为学生提供优质的实验教学平台。提升实验平台水平的意义主要体现在以下几个方面：

(1) 有效地提升教师的实验教学管理能力；

(2) 提升学生做实验的效率和积极主动性；

(3) 增强实验教学的互动性，以及实验报告提交批改、成绩查阅的快捷性。

(4) 降低传统教学设备更新换代的繁琐性和资金代价。

随着网络技术的发展、硬件仪器的智能化以及软件技术开发功能的强大，将促进电子电工实验室快速发展，也为人才的培养创造更好的条件，从而促进国民经济的发展。

图5　Blackboard的界面

References)

[1] 吴根忠, 盛华,李剑清.关于电工电子实验教学改革的探索[J].高校与经济,2006,19(4):62-65.

[2] 石松泉,沈红卫,梁伟,等.虚实结合的电工电子实验教学体系的设计[J].实验技术与管理,2008,25(8):184-186.

[3] 刁鸣,王松武.国家级电工电子实验教学示范中心建设的若干理论探讨与实践[J].实验技术与管理,2008,25(6):1-5.

[4] 王亚军,邸斌,陈宝远.电工电子实验教学的变革与学生能力培养[J].实验室研究与探索, 2010,29(3):136-137.

[5] 诸玲珍.示波器市场逐年递增 主流厂商争抢商机[N].中国电子报,2008-08-26(010).[6] 邹家柱,程品晶.高校虚拟仿真实验室建设总结[J].中国电力教育,2014(18):80-81.

[7] 程楠楠.网上虚拟电工电子实验运行系统的开发与研究[D].北京：北方工业大学,2007.

[8] 北京邮电大学电子信息虚拟仿真实验教学中心[EB/OL].http://v.owvlab.net/openlab/.

[9] 吴文华,施镇江,朱娟娟,等.智能管理系统在高校实验室管理中的应用[J].实验室研究与探索,2014,33(11):259-264.

[10] 何为,张占龙.综合性大学立体式电工电子实验教学模式[J].实验室研究与探索,2009,28(7):85-87.

[11] 马德贵,曹成茂,王硕.电工学课程教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备,2008(3):105-107.

Development trend and prospect of electric and electronic laboratory

Zhu Yanping, Zhang Xiuzai, Chen Jinli, Qi Boyu

(School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China)

The electronic and electric experiment as the basic technical course for electronic information major plays an important role in training the students’ operational ability and professional knowledge. There is a certain development bottleneck of the traditional electronic and electric experiment platform. Combining the construction and development of famous universities and instrument manufacture Ltd., this paper analyses the development trend from the following three aspects: multi-functional experimental apparatus, virtual simulation and the intellectualization management system of laboratory, which provides new ideas and methods for the future construction of the electric and electronic laboratory.

electric and electronic laboratory; intellectualization management; virtual simulation

DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2016.01.065

2015- 06- 19修改日期：2015- 08- 05

南京信息工程大学信息与通信工程优势学科人才资助教研课题

朱艳萍(1980—)，女，河南开封，博士，讲师，研究方向为雷达信号处理.

E-mail：zhuyanping321@163.com

G482

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1002-4956(2016)1- 0243- 04