基于計算機仿真技術的模擬電子技術考試系統的研發

【摘要】在本文當中，介紹了一種基于計算機仿真技術的模擬電子技術考試系統的研發。在該系統當中，包含了試題開發、試卷編輯等多個功能，該系統不僅能夠作為平時練習的工具，同時在實際的模擬考試中也有著重要的作用。

【關鍵詞】計算機仿真 模擬電子技術 考試系統 研發

一、“模擬電子技術”考試系統的基本特征

在實際的教學與考試過程當中，采用教學與考試分離的模式不僅能對教學的質量進行客觀與公平的檢驗，同時對教學質量的提高也有著重要的推動作用。而利用計算機進行考試則可以很好的實現教學與考試的分離，在現階段的各種考試當中都有著廣泛的運用，也受到了人們的熱烈歡迎。但是利用計算機進行考試，相應的系統則是必不可少的。但是當前階段的計算機考試系統存在著嚴重的不足，制約了計算機考試在大范圍內的全面推廣。計算機考試系統的主要特征包括以下幾個方面的內容：第一，計算機考試系統內部所有的試題都是靜態試題，其內容和答案都是唯一的，這尚不能完全達到高水平考試的要求。第二，計算機考試系統內部所包含的試題的數量明顯偏低，同時由于這種系統并不是一種開放性的系統，如果學生在平時的模擬考試或者練習過程當中，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數。因此，這種考試系統在運用的過程當中就失去了當初的目的，成為單純評價教師工作與學生學習質量的一種工具，失去了其“以考助學”的初衷。在許多領域的考試當中，由于擔心學生做完所有的題目并強行記錄，計算機考試系統還不能完全對學生開放，從而限制了其應用。

“模擬電子技術”在多個專業都是重要的基礎課程，“模擬電子技術”課程對學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 也需要對相關的電路圖進行編輯與重現，這就使得這門課程的計算機考試系統的研發難度加大許多。在項目的研究過程中，筆者通過查閱相關資料等方式對“模擬電子技術”計算機考試系統的研發進行了分析與研究，認為“模擬電子技術”計算機考試系統應該包含以下幾個方面的特征：第一，該系統應該包含有電路圖編輯功能，學生可以在該系統中實現電路圖的編輯與重現。第二，應該設計出動態試題模塊，例如，在試題當中，電路的連接方向、電壓、電流、電阻等都可以產生一定的變化，而并非是一成不變的。第三，系統內含電路仿真模塊，運行仿真模塊即可計算電路節點電位和支路電流，從而獲得不同參數條件下的試題標準答案，并實現考試自動評分。對于一題多變的動態類型題目，學生只有通過理解而非記憶的方式才能正確答題，因此，所開發的考試系統完全可以，且應該開放給學生練習。實踐表明，“模擬電子技術”考試系統，極大地提高了學生練習的積極性，也提高了學生的學習成績。

二、系統設計

“模擬電子技術”計算機考試系統主要包括題目開發模塊、試卷編輯模塊、考試模塊、題庫和試卷庫。題目開發模塊的主要功能是實現電路圖的編輯功能，有了這個功能之后，既可以增加試題庫當中的試題數量，也能夠對試題庫當中現有的試題進行編輯與修改。試卷編輯功能的主要作用是組建新的試卷或者修改已經存在的試卷。考試模塊用來從試卷庫選擇試卷、調出試題、重現試題、仿真電路和自動評分，是考試系統的核心模塊。

在考試模塊當中可以實現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撲數據、隨機參數代碼和題目文本。隨機參數代碼和隨機數種子送至隨機數發生器，確定相關隨機參數；電路圖重繪單元利用電路拓撲數據和相關隨機參數，重新繪制電路；電路仿真單元對電路仿真，獲取電路的各節點電位和各支路電流；標準答案提取單元從仿真數據中提取出標準答案。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的答案，考試者所輸入的相關數據會被提取并送至答案比較單元，答案比較單元會將考試者所輸入的答案與標準答案進行比較，最后完成相關的評分工作。

學生在進行練習的過程當中，系統時鐘會隨機產生對應題目的隨機數種子，這就使得題目不再是靜止不變的。而學生在參加考試的過程當中，隨機數種子則是由教師指定的，這就使得每個學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”計算機考試系統當中，由于題目是動態變化的，電路圖的相關參數并不是一成不變的，而是會發生一定的變化，同時題目所對應的答案也會發生一定的變化。電路仿真單元的研發可以實現系統能夠自動獲取標準答案與自動評分功能。在電路仿真單元當中，可以實現對電路直流工作點的模擬，從而形成對應的標準答案。

電路直流工作點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，將非線性元件進行線性化，再建線性電路方程組和解電路方程組。通過反復迭代運算，最后獲得電路方程組的數值解。

四、結語

基于計算機仿真技術的模擬電子技術考試系統的研發對當前高校關于模擬電子技術課程的教學與考試都有著重要的意義。由于模擬電子電路的虛擬性，通過該系統的使用能夠使得整個學習的過程更加的生動，避免了當前高校采用的“PPT+教科書”的教學模式。

參考文獻：

[1]張歡.海船船員輪機智能考試系統的研究與開發[D].大連海事大學，2010.

[2]江澤中.基于JSP技術的在線考試系統設計與實現[D].華中師范大學，2015.

[3]沐遠.成圈型賈卡經編針織物計算機仿真研究[D].江南大學，2006.

[4]李煥哲.分布式計算機文化基礎課程在線考試系統設計與實現[D].北京郵電大學，2007.

[5]周密.基于B/S結構的網絡考試系統的設計與實現[D].中南大學，2013.

[6]翁劍鳴.散裝化學品船液貨裝卸系統仿真軟件的研究[D].大連海事大學，2014.

[7]蘇軍朝.基于OGRE的鐵路集裝箱起重機仿真操作系統的研究[D].西南交通大學，2012.

[9]楊彬楠.基于ASP.NET的昆明冶金高等專科學校網絡考試系統設計[D].電子科技大學，2013.

基金項目：湖南省教育廳科學研究項目（項目編號：16C0941）

作者簡介：周博沙（1984-），男，講師，工學碩士。