◆武玉升

作者：武玉升，青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系副教授、電子教研室主任、電子信息工程技術(shù)專業(yè)帶頭人，山東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師國內(nèi)訪問學(xué)者，主要研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ碳夹g(shù)（266404）。

近年來，高職院校的信息化建設(shè)水平不斷提高，從校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)到教學(xué)用微機(jī)配置數(shù)量都得到很大的改善。同時(shí)，越來越多的學(xué)生擁有智能手機(jī)和個(gè)人電腦。在這樣的信息化環(huán)境下，高職院校的課程教學(xué)改革不斷深化，教學(xué)方法和教學(xué)手段不斷向信息化、多樣化和混合化發(fā)展，項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)、微課、慕課等教學(xué)理念和形式不斷在實(shí)際教學(xué)中得到應(yīng)用。Proteus軟件憑借其強(qiáng)大的電路仿真功能，在高職信息化教學(xué)中應(yīng)用越來越廣泛，成為高職院校計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)的利器。

僅在一門課程中簡單應(yīng)用Proteus軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助仿真教學(xué)，遠(yuǎn)不能發(fā)揮Proteus軟件的最大作用。青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院在港口電氣、機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化、船舶電氣、電子信息專業(yè)中，從專業(yè)課程設(shè)置到課程教學(xué)改革等方面，針對(duì)Proteus軟件進(jìn)行全面深化應(yīng)用，涉及的課程主要有C語言程序設(shè)計(jì)、電工基礎(chǔ)、電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)、電機(jī)與電氣控制、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、PCB設(shè)計(jì)技術(shù)等。下面就Proteus在青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐情況進(jìn)行具體的介紹。

1 目前高職電類專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題

生源質(zhì)量下降給教學(xué)帶來消極影響 近幾年來，高職院校生源質(zhì)量下降已經(jīng)是高職教育工作者不能回避的問題。高職院校生源質(zhì)量下降主要表現(xiàn)在學(xué)生高中階段文化基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不強(qiáng)，邏輯思維能力不強(qiáng)，沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣等。面對(duì)理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng)的電類專業(yè)知識(shí)，很多學(xué)生存在厭學(xué)情緒，缺乏學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。在電類專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課教學(xué)中，普遍存在學(xué)生教學(xué)反饋，反映教學(xué)效果差、課程成績不及格現(xiàn)象較多等問題。

教師的教學(xué)方法和教學(xué)手段不夠靈活 高職電類專業(yè)課程教師已經(jīng)感受到學(xué)生生源質(zhì)量的變化，但是受傳統(tǒng)觀念、教學(xué)條件等因素的影響，有許多教師在教學(xué)中仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教學(xué)手段也比較單一。大多數(shù)高職院校也已經(jīng)在推行信息化環(huán)境下的教學(xué)改革，逐漸開始采用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等教學(xué)模式和手段，教學(xué)效果有了一定的改善，但是也存在很多學(xué)生只是被動(dòng)跟隨教師的思路進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神。

理實(shí)一體教學(xué)設(shè)施設(shè)備不足 國家啟動(dòng)示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計(jì)劃以來，高職示范院校和骨干院校實(shí)踐教學(xué)條件得到很大的改善，增加了專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的數(shù)量，實(shí)訓(xùn)設(shè)備和儀器也得到補(bǔ)充和更新。但是，這些新建的實(shí)訓(xùn)室很多并不是按照理實(shí)一體教室的要求建設(shè)的，在專業(yè)課程教學(xué)中理論和實(shí)踐教學(xué)不能很好地結(jié)合，不能真正實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，實(shí)訓(xùn)室的性能沒有得到最好的發(fā)揮。

2 Proteus軟件

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司），可以實(shí)現(xiàn)電子電路的交互式仿真，還可以實(shí)現(xiàn)微控制器系統(tǒng)的軟件和硬件交互式仿真，還具有PCB設(shè)計(jì)功能。同Multisim電路仿真軟件相比，Proteus軟件的電路仿真功能交互性更強(qiáng)，電路運(yùn)行狀態(tài)更加直觀。正因?yàn)镻roteus軟件集合了電子電路仿真、單片機(jī)系統(tǒng)仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能，使得Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學(xué)中可以得到更加廣泛的應(yīng)用。

3 Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學(xué)中的總體應(yīng)用方案

在專業(yè)課程設(shè)置上，以港口電氣、機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化、船舶電氣、電子信息專業(yè)為例，第一個(gè)學(xué)期即開設(shè)Proteus應(yīng)用技術(shù)課程。學(xué)生首先集中學(xué)習(xí)Proteus軟件的安裝和基本操作方法，然后配合同時(shí)開設(shè)的電工基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計(jì)等課程對(duì)電路和C語言等內(nèi)容進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)。在后續(xù)學(xué)期，不再單獨(dú)開設(shè)Proteus軟件應(yīng)用課程，而是將Proteus軟件的應(yīng)用融合到相應(yīng)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中去，相關(guān)課程主要有模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)、電機(jī)與電氣控制、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、PCB設(shè)計(jì)技術(shù)、ARM嵌入式系統(tǒng)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

在課堂教學(xué)中，具備微機(jī)硬件條件的，可以直接在微機(jī)上利用Proteus軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，學(xué)生可以完成教學(xué)項(xiàng)目的仿真設(shè)計(jì)與練習(xí)；沒有配備微機(jī)的，可以讓學(xué)生將個(gè)人電腦帶入課堂。根據(jù)筆者在所帶班級(jí)中做的調(diào)查，每個(gè)班級(jí)至少有一半的學(xué)生擁有筆記本電腦。兩個(gè)人一組至少配備一臺(tái)電腦，共同對(duì)項(xiàng)目仿真方案進(jìn)行討論、訓(xùn)練，同樣收到很好的教學(xué)效果。

在課外，可以給學(xué)生布置課外Proteus仿真設(shè)計(jì)作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和吸收。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容自主進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生的完成情況，在平日考核上給予相應(yīng)的加分，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。還可以組織校內(nèi)的Proteus仿真設(shè)計(jì)競賽，利用Proteus軟件進(jìn)行國家、省、市組織的電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)，從而為學(xué)生提供多種發(fā)展途徑。

4 Proteus軟件在高職電類專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用舉例

Proteus軟件在電工基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用舉例 電工基礎(chǔ)課程是高職電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的理論性很強(qiáng)，再加上是學(xué)生入學(xué)以來學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，長期以來一直存在教師難教、學(xué)生難學(xué)、教學(xué)效果差的問題。在采取理實(shí)一體、項(xiàng)目化教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，利用Proteus軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)后，該課程的教學(xué)效果有了很大的改善。如在講解基爾霍夫電流定律（KCL）時(shí)，可以讓學(xué)生利用Proteus軟件設(shè)計(jì)如圖1所示的仿真電路。在該仿真電路中，每條支路均串接了燈泡和電流表，通過燈泡可以直觀地觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，通過電流表可以直接讀出每條支路的電流大小和方向。學(xué)生可以根據(jù)需要，方便地更改兩塊電池的電壓和所有電阻器的阻值，從而查看電路不同的工作狀態(tài)，電路仿真的交互性強(qiáng)。通過該仿真電路的練習(xí)，可以幫助學(xué)生更加直觀、深入地理解基爾霍夫電流定律，增強(qiáng)教學(xué)效果。

圖1 KCL電路舉例

Proteus軟件在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用舉例模擬電子技術(shù)課程也是一門高職電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，特別是一些電路的基本概念和基本原理不易理解。如在講解基本放大電路部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生對(duì)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、三極管的放大作用、放大電路的工作原理等內(nèi)容理解起來難度很大；在相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，學(xué)生在電路連接、測試等工作中也存在電路調(diào)試?yán)щy、不知如何進(jìn)行電路測試等問題。

利用Proteus軟件，可以設(shè)計(jì)如圖2所示的仿真電路。通過該仿真電路，學(xué)生可以在電路連接的過程中熟悉基本放大電路的組成，通過虛擬電壓表、電流表對(duì)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行測量和調(diào)整，通過虛擬示波器觀察放大電路的輸入、輸出電壓的波形圖，通過調(diào)整電路參數(shù)觀察放大電路的非線性失真現(xiàn)象，從而直觀、深入地理解放大電路的組成和工作原理。

圖2 基本放大電路舉例

另外，在數(shù)字電子技術(shù)課程中，可以利用Proteus軟件對(duì)集成邏輯門電路、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路等進(jìn)行仿真運(yùn)行，也可以進(jìn)行如交通燈控制電路、數(shù)字電子鐘電路、秒表電路等綜合項(xiàng)目的仿真設(shè)計(jì)和運(yùn)行。在高頻電子技術(shù)課程中，可以利用Proteus軟件對(duì)振幅調(diào)制與解調(diào)電路、正弦波振蕩電路、混頻電路等進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和運(yùn)行，有效地降低教學(xué)投入，解決該課程的教學(xué)難點(diǎn)。在電機(jī)與電氣控制課程中，可以利用Proteus軟件對(duì)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和運(yùn)行，使學(xué)生更容易理解電機(jī)的啟動(dòng)方法和控制方法。

在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程中，Proteus軟件相對(duì)于其他EDA軟件來說對(duì)課程的促進(jìn)作用更加明顯。應(yīng)用Proteus軟件后，可以突破課程硬件教學(xué)條件的限制。有大量的控制芯片和單片機(jī)外圍元器件在現(xiàn)實(shí)教學(xué)條件中是不具備的，但是在Proteus軟件仿真器件庫中卻可以找到。有了Proteus軟件幫助后，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)就像插上了騰飛的翅膀，除了設(shè)計(jì)仿真簡單的單片機(jī)控制電路外，還可以設(shè)計(jì)仿真自己感興趣的、更加復(fù)雜的、綜合的應(yīng)用項(xiàng)目，有效地促進(jìn)高職學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

Proteus軟件在高職電類專業(yè)PCB設(shè)計(jì)技術(shù)、ARM嵌入式系統(tǒng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程中也有著廣泛的應(yīng)用空間，在節(jié)省教學(xué)設(shè)備投入、增強(qiáng)教學(xué)效果方面成效顯著。

5 結(jié)束語

在信息化環(huán)境下，高職院校都在不斷探索新的教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段，項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)、教學(xué)做一體化、理實(shí)一體、云課堂、微課、慕課等詞語不斷沖擊著高職教師的思想。在高職教學(xué)改革大潮中，高職教師應(yīng)保持清醒的頭腦、積極的態(tài)度，要根據(jù)所在學(xué)校和所擔(dān)任課程的實(shí)際，不求趕時(shí)髦，只求探索實(shí)施切實(shí)有效的措施，真正提高教學(xué)質(zhì)量。Proteus軟件應(yīng)用在高職電類專業(yè)課程教學(xué)中，看似只是一個(gè)小小的舉措，但是在實(shí)際應(yīng)用中起到事半功倍的效果。在應(yīng)用好Proteus軟件的基礎(chǔ)上，高職電類專業(yè)課程教師還要進(jìn)一步探索更有效、更靈活的教學(xué)模式，才能真正實(shí)現(xiàn)高職高素質(zhì)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的目標(biāo)?！?/p>

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