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摘要：综合实验是实验教学改革的载体，通过综合实验的开展，可极大地促进实验教学水平的提高，促进高水平实验室建设的发展。以数字电压表为例，讨论为什么以及怎样将综合实验引入课堂，通过整个综合实验的完成，使得学生对所学知识运用得更加灵活，充分调动学生学习的主动性、创造性，提高学生学习的兴趣，并为高等院校实验教学改革的开展，提供了实践指导依据。
关键词：卓越课程；综合实验；实验教学；数字电压表
作者简介：张永芳（1985-），女，安徽来安人，东华大学信息科学与技术学院电子科学与技术系，助理实验师；任立红（1966-），女，内蒙古赤峰人，东华大学信息科学与技术学院电子科学与技术系，副教授。（上海 201620）
基金項目：本文系上海市教委重点课程项目、东华大学卓越工程师课程项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0102-02
卓越工程师教育培养计划的主要目标是以实施卓越计划为突破口，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。这就要求高校要在教学理念上有所转变，积极调整人才培养目标，改革人才培养模式，及早确立以学生为中心的教学模式，[1]从而能够培养出一批创新能力强，能够适应经济社会发展需要的工程技术人才。[2]
在高校非电类专业教学中，传统的实验教学多为演示型、验证型实验，实验结果大多是验证某一理论的正确与否，将实验结果整理成实验报告，这种教学模式没有充分发挥学生的创造力和想象力，也无法全面地培养学生的工程创新能力。而综合实验教学不依附于某门课程，使学生既有身临其境的真实岗位工作感觉，训练内容又系统全面，同时便于教师的控制和掌握，能够取得较好的教学效果。本文以数字电压表的综合实验教学为例，讨论为何以及如何将综合实验引入到课堂的教学环节。
一、综合实验在实验课堂中的地位
综合实验既能够考核学生所学的知识，又能够将学生综合运用所学知识的能力反映在实验的最终设计上。同时综合实验具有知识广、综合能力强、操作独立性强以及方案多样化等特点，备受高校实验教学的欢迎。通过综合实验的开展，可极大地促进实验教学水平的提高，促进高水平实验室建设的发展。
综合实验教学不仅能加深学生对所学知识的理解，还可以提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，[3]更培养了学生将知识与能力相互融合的素质。它是培养和造就大批创新人才的前提，是实验教学改革的载体。综合实验不仅能够充分发挥学生的智慧、创新能力和动手能力，同时还可以培养学生的自主学习能力、计算机仿真能力和小系统的分析设计能力。[4]因此，开展综合实验在培养学生综合素质、提升学生创新应用能力方面具有不可替代的作用。
二、在卓越课程中将综合实验引入实验课堂
在卓越课程的实验教学中，卓越的效果从实践中得以体现，同时要求理论内容能够很好地服从于实践。在高校非电类专业的电工电子技术课程教学中，学生自己设计综合实验，对培养学生综合运用所学知识，培养学生的合作意识，提高学生学习的兴趣，调动学生学习的主动性、创造性以及培养学生自身获取知识的能力等方面具有十分重要的作用。因此，在卓越课程中引入综合实验势在必行。
随着现代电子科学技术的发展，电路参数的测量显得越来越重要，而电压则是电路参数中一个非常重要的参数。电压测量要求测得很精确，又能够将电压这一模拟量转换为数字量。为此需要设计数字电压表，设计该表既可以使测量精度达到0.001V，又可以将测量误差控制在10mV以内。针对这一综合实验，由于通用计数板连线较难，只要求学生懂得计数板的原理，并会使用通用计数板来实现上述实验。
1.综合实验前的准备工作
（1）EWB软件简介。EWB全称为Electronics Workbench EDA，是交互图像技术有限公司在20世纪90年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。[5]EWB软件不仅小巧，而且仿真功能十分强大，它的工作界面直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以熟练地使用该软件。在综合实验里，要求学生能熟练使用该软件进行电路仿真。
（2）面包板与数字计数板。面包板（也称万用线路板或集成电路实验板）是专门为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电路的组装、调试和训练。在综合实验里，要求学生能够在这块面包板上熟练连线。
（3）元器件。本次综合实验所用到的分立元器件主要有电阻、电容、电位器，集成芯片主要有LM339、555和74LS00。
2.理论分析
图1是数字电压表中V-T转换原理图，[6]可将其分解成六个部分。
第一部分由R1、R2、Q1与C1构成，称为恒流部分，即电源对三极管进行恒流充电。由于电容C1的充电电压Vi可表示为：
则C1充电时间△t可表示为：
这样理论上可以初步估算出△t的值。第二部分由555芯片构成，即555定时器。第三部分为VR1、R5和C4构成电压比较器，其中R5为电压比较器OC门输出上拉电阻，当V+>V-时，输出为高电平，V+ 在综合实验的教学讲解中，将整个电路分模块分析后，学生就很容易理解。在搭建电路时学生就会分模块来搭建，不容易出错。
3.EWB仿真
在EWB软件中对图1进行仿真，在C1的上端与LD和RD处分别接示波器，则得到的波形如图2所示，其中Uc为电容C1的充放电波形，LD为此电路的锁存信号，RD为此电路的清零信号。由图2可知，清零信号要滞后于锁存信号，即先清零后锁存。由于此次测量的满量程为2V，则计数板需要计数1999次；又由于这一计数时间应等于两次锁存时间（或者两次清零时间），即△t，则此计数板所需要的频率应该为f=1999╱△t。学生在仿真到此处时，可以根据示波器的标尺，读出△t，并计算出f。实验仿真时，△t=101ms，学生在仿真时可根据需要适当地调节电位器R1达到自己需要的计数时间。以后在实际连线时，可直接将函数发生器的频率调节到此值，便可以正常使用此计数板。
4.实际操作
将图1所示电路在面包板上（见图3）搭建好之后进行通电检测，如将电压表M1的数值调整到2.000V，调节电位器R1则在数码管上会显示1.999V或者2.000V，此次实验显示为1.999V，误差为-0.001V。若误差为0V，则说明此电路的精确度相当高。
在满量程示数调节好之后，调节电位器R9，则电压表M1的示数与数码管显示的示数应该一致，如果将M1的示数调节成1V，则数码管应该显示1.000V±0.01V。如果能完成上述调试，说明此实验达到预期目标。
图3中右下角空白处是用来连接方波发生器电路的，由于此次电路计数板所用的CP信号由信号发生器产生，在此面包板中方波发生器电路可省略。在实验中也可以对学生提出更高的要求，即在面包板的右下角搭建一个方波发生器，这样就不用信号源产生的方波来作为计数板的CP信号，直接用学生自己的电路就可以产生CP信号，以供实验所用。
5.写实验报告与心得体会
在所有实验做完之后，要求学生完成一份实验报告，此报告要求包含设计原理、电路分析、仿真以及线路的搭建等部分，学生也可以总结在实验中所遇到的问题及其解决方案。相信学生在完成这份报告的过程中会从宏观上对整个实验有了新的认识。
三、结束语
在卓越课程的综合实验教学中，采用“理论与实践相结合”的教学模式，可提高学生对该课程的认识和学习兴趣。学生自己设计实验，实验过程中遇到问题想办法解决，通过上网查资料和了解相关器件的使用来理解设计原理，用软件去仿真调试和了解电路参数对实验结果的影响来分析各部分的工作原理并加深理解，通过同学之间对问题的分析探讨来进一步拓展其知识面和应用面。总之，综合实验可全面培养学生综合运用所学知识和自身获取知识的能力，增强学生间的合作意识，从而不断地提高学生学习的主动性和创造性，对不断完善并建立科学的实验教学体系具有十分重要的作用。
参考文献：
[1]张安富，劉兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010，（4）.
[2]李培根.工程师教育培养该何以卓越[J].中国高等教育，2011，（6）.
[3]任立红，李晓丽，刘浩.卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探[J].中国电力教育，2012，（4）.
[4]刘志艳.对设计性实验的认识与实践体会[J].教学研究，2007，
30（6）.
[5]任立红，钱怡，等.EWB软件在电子电工教学中应用案例与体会[J].中国电力教育，2012，（33）.
[6]李伟民，沈利芳，等.电工电子实验与EDA实践入门[M].西安：西安交通大学出版社，2011.
（责任编辑：孙晴）
关键词：卓越课程；综合实验；实验教学；数字电压表
作者简介：张永芳（1985-），女，安徽来安人，东华大学信息科学与技术学院电子科学与技术系，助理实验师；任立红（1966-），女，内蒙古赤峰人，东华大学信息科学与技术学院电子科学与技术系，副教授。（上海 201620）
基金項目：本文系上海市教委重点课程项目、东华大学卓越工程师课程项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0102-02
卓越工程师教育培养计划的主要目标是以实施卓越计划为突破口，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。这就要求高校要在教学理念上有所转变，积极调整人才培养目标，改革人才培养模式，及早确立以学生为中心的教学模式，[1]从而能够培养出一批创新能力强，能够适应经济社会发展需要的工程技术人才。[2]
在高校非电类专业教学中，传统的实验教学多为演示型、验证型实验，实验结果大多是验证某一理论的正确与否，将实验结果整理成实验报告，这种教学模式没有充分发挥学生的创造力和想象力，也无法全面地培养学生的工程创新能力。而综合实验教学不依附于某门课程，使学生既有身临其境的真实岗位工作感觉，训练内容又系统全面，同时便于教师的控制和掌握，能够取得较好的教学效果。本文以数字电压表的综合实验教学为例，讨论为何以及如何将综合实验引入到课堂的教学环节。
一、综合实验在实验课堂中的地位
综合实验既能够考核学生所学的知识，又能够将学生综合运用所学知识的能力反映在实验的最终设计上。同时综合实验具有知识广、综合能力强、操作独立性强以及方案多样化等特点，备受高校实验教学的欢迎。通过综合实验的开展，可极大地促进实验教学水平的提高，促进高水平实验室建设的发展。
综合实验教学不仅能加深学生对所学知识的理解，还可以提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，[3]更培养了学生将知识与能力相互融合的素质。它是培养和造就大批创新人才的前提，是实验教学改革的载体。综合实验不仅能够充分发挥学生的智慧、创新能力和动手能力，同时还可以培养学生的自主学习能力、计算机仿真能力和小系统的分析设计能力。[4]因此，开展综合实验在培养学生综合素质、提升学生创新应用能力方面具有不可替代的作用。
二、在卓越课程中将综合实验引入实验课堂
在卓越课程的实验教学中，卓越的效果从实践中得以体现，同时要求理论内容能够很好地服从于实践。在高校非电类专业的电工电子技术课程教学中，学生自己设计综合实验，对培养学生综合运用所学知识，培养学生的合作意识，提高学生学习的兴趣，调动学生学习的主动性、创造性以及培养学生自身获取知识的能力等方面具有十分重要的作用。因此，在卓越课程中引入综合实验势在必行。
随着现代电子科学技术的发展，电路参数的测量显得越来越重要，而电压则是电路参数中一个非常重要的参数。电压测量要求测得很精确，又能够将电压这一模拟量转换为数字量。为此需要设计数字电压表，设计该表既可以使测量精度达到0.001V，又可以将测量误差控制在10mV以内。针对这一综合实验，由于通用计数板连线较难，只要求学生懂得计数板的原理，并会使用通用计数板来实现上述实验。
1.综合实验前的准备工作
（1）EWB软件简介。EWB全称为Electronics Workbench EDA，是交互图像技术有限公司在20世纪90年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。[5]EWB软件不仅小巧，而且仿真功能十分强大，它的工作界面直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以熟练地使用该软件。在综合实验里，要求学生能熟练使用该软件进行电路仿真。
（2）面包板与数字计数板。面包板（也称万用线路板或集成电路实验板）是专门为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电路的组装、调试和训练。在综合实验里，要求学生能够在这块面包板上熟练连线。
（3）元器件。本次综合实验所用到的分立元器件主要有电阻、电容、电位器，集成芯片主要有LM339、555和74LS00。
2.理论分析
图1是数字电压表中V-T转换原理图，[6]可将其分解成六个部分。
第一部分由R1、R2、Q1与C1构成，称为恒流部分，即电源对三极管进行恒流充电。由于电容C1的充电电压Vi可表示为：
则C1充电时间△t可表示为：
这样理论上可以初步估算出△t的值。第二部分由555芯片构成，即555定时器。第三部分为VR1、R5和C4构成电压比较器，其中R5为电压比较器OC门输出上拉电阻，当V+>V-时，输出为高电平，V+
在EWB软件中对图1进行仿真，在C1的上端与LD和RD处分别接示波器，则得到的波形如图2所示，其中Uc为电容C1的充放电波形，LD为此电路的锁存信号，RD为此电路的清零信号。由图2可知，清零信号要滞后于锁存信号，即先清零后锁存。由于此次测量的满量程为2V，则计数板需要计数1999次；又由于这一计数时间应等于两次锁存时间（或者两次清零时间），即△t，则此计数板所需要的频率应该为f=1999╱△t。学生在仿真到此处时，可以根据示波器的标尺，读出△t，并计算出f。实验仿真时，△t=101ms，学生在仿真时可根据需要适当地调节电位器R1达到自己需要的计数时间。以后在实际连线时，可直接将函数发生器的频率调节到此值，便可以正常使用此计数板。
4.实际操作
将图1所示电路在面包板上（见图3）搭建好之后进行通电检测，如将电压表M1的数值调整到2.000V，调节电位器R1则在数码管上会显示1.999V或者2.000V，此次实验显示为1.999V，误差为-0.001V。若误差为0V，则说明此电路的精确度相当高。
在满量程示数调节好之后，调节电位器R9，则电压表M1的示数与数码管显示的示数应该一致，如果将M1的示数调节成1V，则数码管应该显示1.000V±0.01V。如果能完成上述调试，说明此实验达到预期目标。
图3中右下角空白处是用来连接方波发生器电路的，由于此次电路计数板所用的CP信号由信号发生器产生，在此面包板中方波发生器电路可省略。在实验中也可以对学生提出更高的要求，即在面包板的右下角搭建一个方波发生器，这样就不用信号源产生的方波来作为计数板的CP信号，直接用学生自己的电路就可以产生CP信号，以供实验所用。
5.写实验报告与心得体会
在所有实验做完之后，要求学生完成一份实验报告，此报告要求包含设计原理、电路分析、仿真以及线路的搭建等部分，学生也可以总结在实验中所遇到的问题及其解决方案。相信学生在完成这份报告的过程中会从宏观上对整个实验有了新的认识。
三、结束语
在卓越课程的综合实验教学中，采用“理论与实践相结合”的教学模式，可提高学生对该课程的认识和学习兴趣。学生自己设计实验，实验过程中遇到问题想办法解决，通过上网查资料和了解相关器件的使用来理解设计原理，用软件去仿真调试和了解电路参数对实验结果的影响来分析各部分的工作原理并加深理解，通过同学之间对问题的分析探讨来进一步拓展其知识面和应用面。总之，综合实验可全面培养学生综合运用所学知识和自身获取知识的能力，增强学生间的合作意识，从而不断地提高学生学习的主动性和创造性，对不断完善并建立科学的实验教学体系具有十分重要的作用。
参考文献：
[1]张安富，劉兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010，（4）.
[2]李培根.工程师教育培养该何以卓越[J].中国高等教育，2011，（6）.
[3]任立红，李晓丽，刘浩.卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探[J].中国电力教育，2012，（4）.
[4]刘志艳.对设计性实验的认识与实践体会[J].教学研究，2007，
30（6）.
[5]任立红，钱怡，等.EWB软件在电子电工教学中应用案例与体会[J].中国电力教育，2012，（33）.
[6]李伟民，沈利芳，等.电工电子实验与EDA实践入门[M].西安：西安交通大学出版社，2011.
（责任编辑：孙晴）