鄭安豫

電子技術(shù)仿真教學與創(chuàng)新思維訓練

鄭安豫

（安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學院，安徽合肥230051）

針對現(xiàn)階段高校電子技術(shù)課程理論部分難以理解，實踐部分缺乏鍛煉機會，學生學習困難導致學習積極性不高，創(chuàng)新思維缺少訓練的現(xiàn)狀，分析仿真教學和創(chuàng)新思維訓練的必要性，并提出在電子技術(shù)課程中引入Proteus仿真作為輔助教學手段的方法。通過在電子技術(shù)課程理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的應用實例，說明合理應用仿真軟件教學可以極大地提高學生的學習興趣，開拓學生的視野，進一步提高學生的創(chuàng)新思維。

電子技術(shù)；仿真教學；實踐教學；創(chuàng)新思維；教學改革

隨著科技的進步，電子技術(shù)迎來了飛速的發(fā)展，逐漸成為國民經(jīng)濟建設的關(guān)鍵技術(shù)。電子設計及應用方面的人才已經(jīng)成為社會緊缺型人才，人才缺口也推動著高校對電子技術(shù)類型人才的培養(yǎng)。

電子技術(shù)發(fā)展日新月異，對學生的培養(yǎng)應著眼于可持續(xù)性，在滿足學生畢業(yè)后能勝任其工作崗位的基礎(chǔ)上兼顧個人職業(yè)發(fā)展?？沙掷m(xù)性的培養(yǎng)主要是指學生的自主能動性，即創(chuàng)新能力，所以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的能力非常重要。高校鍛煉學生的電子技術(shù)創(chuàng)新思維的主要手段包括強化理論理解和技能實踐。

電子技術(shù)理論課程以課堂講述為主，由于該課程側(cè)重原理講述，內(nèi)容枯燥乏味，學生在課堂上無法耐心聽講，在課下也沒有興趣鉆研學習，創(chuàng)新思維的鍛煉更是無從談起。

現(xiàn)階段，電子技術(shù)實踐主要為原理驗證實驗和技能實訓。高校普遍存在的問題是理論課時不斷擠占實踐課時，實驗項目內(nèi)容不斷被壓縮，學生在實驗室得到鍛煉的機會隨之減少。高校不斷擴招，學生數(shù)量逐年增加，雖然實驗室利用率提高，但學生利用實驗室開放時間作為補充課外實踐的機會也隨之減少。電子實訓的課時僅為1周時間，教師為了能完成1個完整的項目訓練，往往很難顧全所有學生的具體要求，學生通過項目制作得到的訓練也就非常有限［1－2］。

1 仿真教學的引進與創(chuàng)新思維訓練

1.1 仿真在教學中的優(yōu)勢

電子技術(shù)課堂教學內(nèi)容有大量的輸入輸出波形的相位變化比較，為了加深對元件和電路的理解，課堂教學采用了多種方法。但是，教師使用板書講授比較枯燥，讓學生難以理解；用幻燈片（PPT）講授，不僅難以看到變化的對比波形，而且可能加快課堂教學節(jié)奏。二者都會造成學生接受困難。課堂教學引入仿真就能解決這個關(guān)鍵問題。通過仿真過程的動態(tài)演示，就能使學生不僅可看到具體的電路連接，而且可以看到輸入輸出波形變化的對比進程，提高自己對課堂學習的興趣。這種教學方式讓理論原理說明演化為具體的電路演示，也就是實踐教學反哺理論教學。

電子實踐教學引入仿真，一方面解決了實驗實訓室設備陳舊老化，測量精度差的問題，減少因設備問題產(chǎn)生的挫敗感，另一方面解決了實驗實訓室場地較少，不能滿足學生實踐訓練需求的問題。

1.2 仿真對創(chuàng)新思維訓練的作用

在實驗之前，學生通過仿真實驗來進行實驗預習。通過仿真過程不僅可以計算理論數(shù)據(jù)，還可以完成具體電路的分析，鍛煉學生的實踐能力。實驗之后，學生通過仿真實驗可以達到復習實驗的目的。通過反復訓練，學生逐漸掌握與之相關(guān)的實驗內(nèi)容，再通過與教師的研討，以及網(wǎng)上調(diào)研，能開闊視野，鍛煉創(chuàng)新思維能力。

在實訓環(huán)節(jié)，由于時間緊張、耗材有限，學生無法得到充分的訓練，實訓過程中任何微小的意外（如電路板焊接出錯、元器件損壞等）都會影響整個實訓的效果。實訓之前的仿真訓練，學生通過元件參數(shù)的選擇，可以認識相關(guān)的電子元器件，了解器件參數(shù)選取的重要性，初步完成電子器件方面的訓練，并且加深對非線性元件管腳的認識。這相當于完成了一次具體的電路組裝過程，對項目產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有了全方位的了解，不會在裝配過程中舉足無措。通過仿真結(jié)果，明確每個模塊電路的輸入輸出關(guān)系。實訓之后，學生在全面了解實訓項目的基礎(chǔ)上，再次進行仿真訓練，加深對實訓項目的細節(jié)和要點的認識。學生如果感興趣，可以在指導老師的幫助下擴展既有功能。先在仿真軟件上修改電路，達到預期功能后，再到實訓室嘗試實際電路的更新組裝。學生經(jīng)過實訓環(huán)節(jié)的仿真訓練，在日后工作學習中接觸其他產(chǎn)品的設計制作時，就能知道如何翻閱資料尋找元件參數(shù)，懂得如何利用仿真軟件設計電路，分析參數(shù)，得出結(jié)論。通過實訓仿真能鍛煉學生的工程設計、分析能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力［3－4］。

2 Proteus仿真實踐教學開展的實例

2.1 軟件特點

Proteus仿真軟件是高校EDA教學中使用最廣泛的一種仿真軟件。Proteus不僅能夠在電子電路教學中使用，而且可以在后續(xù)單片機課程中使用。具有界面友好、易于使用、功能強大的特點［5］。

2.2 實驗教學實例

直流穩(wěn)壓電源電路是模擬電子技術(shù)中重要的項目環(huán)節(jié)，各個模塊輸出關(guān)系相對復雜，學生往往對各個模塊波形變換掌握不透徹。在此以該部分內(nèi)容為例，應用Proteus仿真軟件觀測各個模塊輸出電壓變換，并將理論結(jié)果和實驗實測數(shù)據(jù)進行比較。

1）電路的理論分析

直流穩(wěn)壓電源電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，如圖1所示。其中，u1為電源電壓，一般為交流電網(wǎng)電壓220 V，通過電源變壓器轉(zhuǎn)換成所需要的電壓u2，通過整流電路把交流電變換成脈動的直流電U3，再通過濾波電路濾除紋波電壓U4，最后通過穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的電壓

圖1 直流穩(wěn)壓電源電路模型

通過電源變壓器設置變比將u2輸出為10 V，根據(jù)橋式整流電路的整流關(guān)系、整流（電容）濾波電路關(guān)系、7805穩(wěn)壓電路關(guān)系得出：

2）電路的Proteus仿真分析

通過Proteus仿真軟件建立電路模型（見圖2），測得仿真數(shù)據(jù)。使用示波器觀察波形變化，如圖3所示。

圖2 直流穩(wěn)壓電源電路仿真模型

圖3 整流濾波波形、穩(wěn)壓輸出波形

3）電路的原理、仿真和實驗數(shù)據(jù)對比

為了比較仿真數(shù)據(jù)的可靠性，在實驗室中實測了直流穩(wěn)壓電源電路各個模塊的輸出，并與原理計算值和仿真值比較，見表1。

表1 理論值、實驗測量、仿真結(jié)果比較 （V）

由對比數(shù)據(jù)可以看出，仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)以及理論數(shù)據(jù)較為接近。因此，用仿真實驗完全可以替代實驗操作。

2.3 實訓教學實例

電子實訓是電子課程的重要實踐部分，是訓練學生電路設計、功能調(diào)試和元件焊接能力的環(huán)節(jié)?！端娜藫尨鹌鞯闹谱鳌肥禽^為典型的電子實訓項目，教師給出一些元器件供學生自選，學生根據(jù)功能要求和已有元件設計電路、上板焊接、調(diào)試電路、測試功能。由于學生對各個元件的了解有限，所以設計的電路往往存在這樣那樣的問題，制作過程中也會出現(xiàn)失誤，電路裝配完成后對調(diào)試電路也無從下手，功能測試隨即失敗。

利用Proteus軟件設計四人搶答電路如圖4所示。

測試功能如下：

①任一選手按搶答按鈕，對應席位指示燈亮；

②任一選手按搶答按鈕，數(shù)碼管顯示對應搶答席位號；

③任一選手按搶答按鈕，蜂鳴器響起；

④任一選手按搶答按鈕，其他選手再搶答無效；

⑤主持人按復位按鈕，指示燈滅、數(shù)碼管不顯示、蜂鳴器關(guān)。

在實訓過程中引入Proteus仿真，讓學生在仿真軟件上先練習，測試各個元件的功能，可以加深對產(chǎn)品制作功能要求的理解，幫助學生選擇正確的元件和設計合理的電路。通過仿真完成電路的搭建和功能測試，再進行制作，能夠有效地提高一次成功率。

圖4 搶答器電路仿真模型

3 結(jié)語

為了培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，必須加強學生的理論學習功底，加強學生的實踐能力。將Proteus軟件應用在電子技術(shù)課程，使理論課程不再枯燥沉悶，讓抽象的原理變成具體的演示電路模型，可極大地提高學生對電子技術(shù)課程學習的積極性。將Proteus軟件應用在電子技術(shù)實踐課程，使實踐環(huán)節(jié)重塑理論模型，讓實踐教學反哺理論教學，培養(yǎng)學生主動學習和探索創(chuàng)新的意識。

［1］ 任大新.電子技術(shù)實踐教學創(chuàng)新改革方法探析［J］.教育觀察，2016（11）：81－82.

［2］ 顧秋潔，譚愛國.數(shù)字電子技術(shù)實驗教學模式改革的研究與實踐［J］.實驗室科學，2016，19（5）：128－130.

［3］ 程思寧，耿強，姜文波，占永寧.虛擬仿真技術(shù)在電類實驗教學中的應用與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2013，30（7）：94－97.

［4］ 田竹梅，王愛珍，張白莉.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的單片機教學改革研究［J］.廊坊師范學院學報（自然科學版），2016，16（1）：119－121.

［5］ 谷善茂，杜德，劉云龍，紀志翔.EDA課程創(chuàng)新實驗教學方法探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2015，32（3）：40－43.

［6］ 康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）［M］.第4版.北京：高等教育出版社，1999：443－443.

A Study on the Simulation Teaching of the Course of Electronic Technology and the Training of Student's Innovative Thinking

ZHENG Anyu
（Anhui Electrical Engineering Professional Technique College，Hefei Anhui 230051，P.R.China）

The difficulty in its learning lowers their learning initiative and they do not have enough training of innovative thinking.In order to solve such problems，this paper analyzes the necessity of the simulation teaching and the training of innovative thinking and introduces the application of the Proteus simulation in the course as a supplementary teaching means.The applied examples in its theoretical and practical links have shown that the simulation teaching can greatly enhance the students’interest，broaden their horizons and further improve their innovative thinking.

electronic technology；simulation teaching；practical teaching；innovative thinking；teaching reform

G624.3

A

1008-8032（2017）04-0004-03

2017－04－26

鄭安豫（1981－），講師，研究方向為電工電子技術(shù)。