基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)考試系統(tǒng)的研發(fā)

【摘要】在本文當(dāng)中，介紹了一種基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)考試系統(tǒng)的研發(fā)。在該系統(tǒng)當(dāng)中，包含了試題開發(fā)、試卷編輯等多個(gè)功能，該系統(tǒng)不僅能夠作為平時(shí)練習(xí)的工具，同時(shí)在實(shí)際的模擬考試中也有著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真 模擬電子技術(shù) 考試系統(tǒng) 研發(fā)

一、“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)的基本特征

在實(shí)際的教學(xué)與考試過程當(dāng)中，采用教學(xué)與考試分離的模式不僅能對(duì)教學(xué)的質(zhì)量進(jìn)行客觀與公平的檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高也有著重要的推動(dòng)作用。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試則可以很好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試的分離，在現(xiàn)階段的各種考試當(dāng)中都有著廣泛的運(yùn)用，也受到了人們的熱烈歡迎。但是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試，相應(yīng)的系統(tǒng)則是必不可少的。但是當(dāng)前階段的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的不足，制約了計(jì)算機(jī)考試在大范圍內(nèi)的全面推廣。計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的主要特征包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所有的試題都是靜態(tài)試題，其內(nèi)容和答案都是唯一的，這尚不能完全達(dá)到高水平考試的要求。第二，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)內(nèi)部所包含的試題的數(shù)量明顯偏低，同時(shí)由于這種系統(tǒng)并不是一種開放性的系統(tǒng)，如果學(xué)生在平時(shí)的模擬考試或者練習(xí)過程當(dāng)中，將所有的題目都做完，而后再去參加考試，必然能獲得較高的分?jǐn)?shù)。因此，這種考試系統(tǒng)在運(yùn)用的過程當(dāng)中就失去了當(dāng)初的目的，成為單純?cè)u(píng)價(jià)教師工作與學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的一種工具，失去了其“以考助學(xué)”的初衷。在許多領(lǐng)域的考試當(dāng)中，由于擔(dān)心學(xué)生做完所有的題目并強(qiáng)行記錄，計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)還不能完全對(duì)學(xué)生開放，從而限制了其應(yīng)用。

“模擬電子技術(shù)”在多個(gè)專業(yè)都是重要的基礎(chǔ)課程，“模擬電子技術(shù)”課程對(duì)學(xué)生的電路分析能力有著一定的要求，其中不僅涉及到大量的電路圖，同時(shí) 也需要對(duì)相關(guān)的電路圖進(jìn)行編輯與重現(xiàn)，這就使得這門課程的計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)難度加大許多。在項(xiàng)目的研究過程中，筆者通過查閱相關(guān)資料等方式對(duì)“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面的特征：第一，該系統(tǒng)應(yīng)該包含有電路圖編輯功能，學(xué)生可以在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯與重現(xiàn)。第二，應(yīng)該設(shè)計(jì)出動(dòng)態(tài)試題模塊，例如，在試題當(dāng)中，電路的連接方向、電壓、電流、電阻等都可以產(chǎn)生一定的變化，而并非是一成不變的。第三，系統(tǒng)內(nèi)含電路仿真模塊，運(yùn)行仿真模塊即可計(jì)算電路節(jié)點(diǎn)電位和支路電流，從而獲得不同參數(shù)條件下的試題標(biāo)準(zhǔn)答案，并實(shí)現(xiàn)考試自動(dòng)評(píng)分。對(duì)于一題多變的動(dòng)態(tài)類型題目，學(xué)生只有通過理解而非記憶的方式才能正確答題，因此，所開發(fā)的考試系統(tǒng)完全可以，且應(yīng)該開放給學(xué)生練習(xí)。實(shí)踐表明，“模擬電子技術(shù)”考試系統(tǒng)，極大地提高了學(xué)生練習(xí)的積極性，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)主要包括題目開發(fā)模塊、試卷編輯模塊、考試模塊、題庫和試卷庫。題目開發(fā)模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)電路圖的編輯功能，有了這個(gè)功能之后，既可以增加試題庫當(dāng)中的試題數(shù)量，也能夠?qū)υ囶}庫當(dāng)中現(xiàn)有的試題進(jìn)行編輯與修改。試卷編輯功能的主要作用是組建新的試卷或者修改已經(jīng)存在的試卷?？荚嚹K用來從試卷庫選擇試卷、調(diào)出試題、重現(xiàn)試題、仿真電路和自動(dòng)評(píng)分，是考試系統(tǒng)的核心模塊。

在考試模塊當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)從試題庫選擇試題組成試卷并分析試卷中所包含的信息等。從原始信息提取電路拓?fù)鋽?shù)據(jù)、隨機(jī)參數(shù)代碼和題目文本。隨機(jī)參數(shù)代碼和隨機(jī)數(shù)種子送至隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，確定相關(guān)隨機(jī)參數(shù)；電路圖重繪單元利用電路拓?fù)鋽?shù)據(jù)和相關(guān)隨機(jī)參數(shù)，重新繪制電路；電路仿真單元對(duì)電路仿真，獲取電路的各節(jié)點(diǎn)電位和各支路電流；標(biāo)準(zhǔn)答案提取單元從仿真數(shù)據(jù)中提取出標(biāo)準(zhǔn)答案。題目文本在被從原始信息提取出來之后，可以由考試者輸入相關(guān)的答案，考試者所輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)被提取并送至答案比較單元，答案比較單元會(huì)將考試者所輸入的答案與標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比較，最后完成相關(guān)的評(píng)分工作。

學(xué)生在進(jìn)行練習(xí)的過程當(dāng)中，系統(tǒng)時(shí)鐘會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)題目的隨機(jī)數(shù)種子，這就使得題目不再是靜止不變的。而學(xué)生在參加考試的過程當(dāng)中，隨機(jī)數(shù)種子則是由教師指定的，這就使得每個(gè)學(xué)生的考試題目都是完全一樣的，從而使得考試是公平與公正的。

三、電路仿真

在“模擬電子技術(shù)”計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)當(dāng)中，由于題目是動(dòng)態(tài)變化的，電路圖的相關(guān)參數(shù)并不是一成不變的，而是會(huì)發(fā)生一定的變化，同時(shí)題目所對(duì)應(yīng)的答案也會(huì)發(fā)生一定的變化。電路仿真單元的研發(fā)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠自動(dòng)獲取標(biāo)準(zhǔn)答案與自動(dòng)評(píng)分功能。在電路仿真單元當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路直流工作點(diǎn)的模擬，從而形成對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)答案。

電路直流工作點(diǎn)的仿真需要解電路方程組，由于電路方程組大部分都是一些非線性的元器件，從而使得方程的建立與解方程都較為困難。解決這一問題的思路是用元器件的直流伴隨模型，將非線性元件進(jìn)行線性化，再建線性電路方程組和解電路方程組。通過反復(fù)迭代運(yùn)算，最后獲得電路方程組的數(shù)值解。

四、結(jié)語

基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的模擬電子技術(shù)考試系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)當(dāng)前高校關(guān)于模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)與考試都有著重要的意義。由于模擬電子電路的虛擬性，通過該系統(tǒng)的使用能夠使得整個(gè)學(xué)習(xí)的過程更加的生動(dòng)，避免了當(dāng)前高校采用的“PPT+教科書”的教學(xué)模式。

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基金項(xiàng)目：湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：16C0941）

作者簡介：周博沙（1984-），男，講師，工學(xué)碩士。