基于面包板的电路分析基础实践教学方案

    李翔宇 葛辰虹

    摘 要：本文介绍了一种灵活而有趣的《电路分析基础》实践教学的创意实验解决方案。在面包板的基础上，结合各类电路模块来进行电路的传统实验及创意实验，从而实现了不依赖于实验室的实验学习方案，增加了学生动手机会，丰富学生的电路实践经验。

    关键词：面包板;电路模块;电路分析基础;实践教学

    中图分类号：G642.423 ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? 文章编号：1006-3315（2019）01-167-001

    《电路分析基础》是所有电子类专业的入门课程，属于专业基础必修课。该课程的实践有效性对后续专业课程有深远影响。以往单纯实验箱验证实验无法积极调动学生的动手能力，使得学生不能看到电路课程的重要性与乐趣。故结合国内外在电路基础课程的各类教學方式优点，确定了以面包板为实践平台的电路分析教学方案，为《电路分析基础》课程注入了乐趣与扎实的实践技能锻炼。

    1.基于面包板的电路基础实践教学硬件方案设计

    本设计基于常见的市售面包板，硬件方案的组成建立在面包板之上，主要包含基础配备模块、实验耗材模块、万用表及笔记本电脑。硬件方案组成框图如图1所示。

    基础配备模块部分主要包含两种模块：①USB接口可调直流电源模块，供电可以来自充电宝或常见USB电源适配器;②信号源模块，可以方便的产生实验所需要的正弦、方波及三角波信号。及必备的万用表及面包板。以上模块需具备电路原理简单，便于学习与分析，如555方波发生模块，XR2206外围电路较简单。电源模块具备防短路及调压作用，充电宝供电可减少开关电源适配器带来的噪声。

    本方案为解决在实验室外进行实验的困难，采用了安装有PC示波器及PC信号源软件的电脑，通过音频线来对面包板电路的信号进行测试与输出。对于条件较好的学校，还可出借数字示波器。

    实验室教学实验设备为在实验室时所需要的基础设备，教师可根据实验安排灵活添减设备，来不断丰富基于面包板的模块化电路实验。

    实验耗材包含三个大类：①常用元器件包，元器件包十分灵活，可根据需要任意加减。比如本方案以电路基础为主，可通过添加LED、直流电机、红外接收管及555集成电路等，来丰富实验的内容与种类，让电路分析基础实验不仅可以分析，还可以运用起来组成实用电路来让学生体会电路设计与创造的乐趣;②常用传感器模块，电子设备的智能化首先要依靠传感器提供的数据，因此添加了该传感器模块。当然，最好结合单片机开发板一起是最优的办法;③经典电路模块，比如运放电路、三极管共射放大器等经典电路，可以用来进行分析、验证与测试实验。比起实验箱，模块化后的经典电路让学生注意力更集中。

    最后要指出的是，采用电路模块进行实验的另一个好处是网上有许多模块可供购买，十分方便。可以根据需要进行扩展实验。

    2.基于面包板的电路分析基础实践教学内容设计

    基于面包板的电路实践教学的最大优势就是灵活，方便。因此教师可以根据自身的需求来设计实验，以下通过一个已实践过的例子来说明。

    该设计主要分为以下几个部分：

    （1）电路基础技能，通过学习万用表，并在面包板搭建电路来进行电压、电流及模块的熟悉，奠定电路实验基础技能;传统电路项目，伴随着《电路分析基础》课程的内容，进行基尔霍夫定律、叠加定理等电路的分析，并在面包板上去进行验证，来锻炼学生分析与动手能力，在实践中促进对理论知识的消化;

    （2）电容充放电的观察：通过电容充放电对LED及RGB LED亮度的影响，来认识一阶RC电路的零状态响应;

    （3）三极管的直流放大作用：学习三极管的直流偏置及其电流控制作用，电路在有了二极管、三极管后才变得更加丰富，因此务必增加该部分内容;

    （4）小夜灯的制作：小夜灯包含三极管电路的设置及光敏电阻，有趣也具有很好的分析示范作用;

    （5）示波器与信号源的使用：先进行模拟示波器的教学后进行数字示波器的教学，这样可以更好的理解示波器各个按钮及作用。

    （6）音频信号测试：面包板上搭建简单的话筒电路来测试话音模拟信号十分有趣，同时也教会学生模拟信号的意思;而生日歌芯片可以看到声音与信号频率、数字方波的关系;

    （7）集成电路的搭建：通过NE555芯片组成的呼吸灯电路和LM358组成的放大电路，可以为学生使用芯片打下一定的基础;

    （8）语音信号传声电路实践：搭建一个通过话筒获取声音，然后经过放大再从耳机里还原出声音的小型系统电路，让学生体会到电路的作用，也为模拟电路打开了一扇大门。

    该教学设计不仅考虑了电路分析基础所必需的基础分析实验，还增加了半导体器件来丰富实验内容，特别是实验有可见实验现象，对初学者有不错的激励作用。实验内容可采取部分在实验室由教师引导进行，其它由学生在宿舍等地自行实验，让学生更多的去自我探索与实践。

    3.结论

    本文所述的基于面包板的电路分析基础实践教学方案，为电路分析课程带来新鲜的活力。结合电路模块让实验焕发出它独有的魅力，吸收了“口袋实验室”的教学理念，融会了我国电路分析基础教学的实际与需求。经过多年的教学实践效果良好，这应当是新时期电路实践教学极具有潜力的发展方向之一。

    参考文献：

    [1]李瀚荪.电路分析基础（第五版）[M]北京：高等教育出版社，2017

    [2]杨欣，胡文锦，张延强.实例解读模拟电子技术完全学习与应用[M]电子工业出版社，2013