电子技术仿真教学与创新思维训练

郑安豫

电子技术仿真教学与创新思维训练

郑安豫

（安徽电气工程职业技术学院，安徽合肥230051）

针对现阶段高校电子技术课程理论部分难以理解，实践部分缺乏锻炼机会，学生学习困难导致学习积极性不高，创新思维缺少训练的现状，分析仿真教学和创新思维训练的必要性，并提出在电子技术课程中引入Proteus仿真作为辅助教学手段的方法。通过在电子技术课程理论环节和实践环节的应用实例，说明合理应用仿真软件教学可以极大地提高学生的学习兴趣，开拓学生的视野，进一步提高学生的创新思维。

电子技术；仿真教学；实践教学；创新思维；教学改革

随着科技的进步，电子技术迎来了飞速的发展，逐渐成为国民经济建设的关键技术。电子设计及应用方面的人才已经成为社会紧缺型人才，人才缺口也推动着高校对电子技术类型人才的培养。

电子技术发展日新月异，对学生的培养应着眼于可持续性，在满足学生毕业后能胜任其工作岗位的基础上兼顾个人职业发展。可持续性的培养主要是指学生的自主能动性，即创新能力，所以培养学生创新思维的能力非常重要。高校锻炼学生的电子技术创新思维的主要手段包括强化理论理解和技能实践。

电子技术理论课程以课堂讲述为主，由于该课程侧重原理讲述，内容枯燥乏味，学生在课堂上无法耐心听讲，在课下也没有兴趣钻研学习，创新思维的锻炼更是无从谈起。

现阶段，电子技术实践主要为原理验证实验和技能实训。高校普遍存在的问题是理论课时不断挤占实践课时，实验项目内容不断被压缩，学生在实验室得到锻炼的机会随之减少。高校不断扩招，学生数量逐年增加，虽然实验室利用率提高，但学生利用实验室开放时间作为补充课外实践的机会也随之减少。电子实训的课时仅为1周时间，教师为了能完成1个完整的项目训练，往往很难顾全所有学生的具体要求，学生通过项目制作得到的训练也就非常有限［1－2］。

1 仿真教学的引进与创新思维训练

1.1 仿真在教学中的优势

电子技术课堂教学内容有大量的输入输出波形的相位变化比较，为了加深对元件和电路的理解，课堂教学采用了多种方法。但是，教师使用板书讲授比较枯燥，让学生难以理解；用幻灯片（PPT）讲授，不仅难以看到变化的对比波形，而且可能加快课堂教学节奏。二者都会造成学生接受困难。课堂教学引入仿真就能解决这个关键问题。通过仿真过程的动态演示，就能使学生不仅可看到具体的电路连接，而且可以看到输入输出波形变化的对比进程，提高自己对课堂学习的兴趣。这种教学方式让理论原理说明演化为具体的电路演示，也就是实践教学反哺理论教学。

电子实践教学引入仿真，一方面解决了实验实训室设备陈旧老化，测量精度差的问题，减少因设备问题产生的挫败感，另一方面解决了实验实训室场地较少，不能满足学生实践训练需求的问题。

1.2 仿真对创新思维训练的作用

在实验之前，学生通过仿真实验来进行实验预习。通过仿真过程不仅可以计算理论数据，还可以完成具体电路的分析，锻炼学生的实践能力。实验之后，学生通过仿真实验可以达到复习实验的目的。通过反复训练，学生逐渐掌握与之相关的实验内容，再通过与教师的研讨，以及网上调研，能开阔视野，锻炼创新思维能力。

在实训环节，由于时间紧张、耗材有限，学生无法得到充分的训练，实训过程中任何微小的意外（如电路板焊接出错、元器件损坏等）都会影响整个实训的效果。实训之前的仿真训练，学生通过元件参数的选择，可以认识相关的电子元器件，了解器件参数选取的重要性，初步完成电子器件方面的训练，并且加深对非线性元件管脚的认识。这相当于完成了一次具体的电路组装过程，对项目产品的结构有了全方位的了解，不会在装配过程中举足无措。通过仿真结果，明确每个模块电路的输入输出关系。实训之后，学生在全面了解实训项目的基础上，再次进行仿真训练，加深对实训项目的细节和要点的认识。学生如果感兴趣，可以在指导老师的帮助下扩展既有功能。先在仿真软件上修改电路，达到预期功能后，再到实训室尝试实际电路的更新组装。学生经过实训环节的仿真训练，在日后工作学习中接触其他产品的设计制作时，就能知道如何翻阅资料寻找元件参数，懂得如何利用仿真软件设计电路，分析参数，得出结论。通过实训仿真能锻炼学生的工程设计、分析能力，培养其创新思维能力［3－4］。

2 Proteus仿真实践教学开展的实例

2.1 软件特点

Proteus仿真软件是高校EDA教学中使用最广泛的一种仿真软件。Proteus不仅能够在电子电路教学中使用，而且可以在后续单片机课程中使用。具有界面友好、易于使用、功能强大的特点［5］。

2.2 实验教学实例

直流稳压电源电路是模拟电子技术中重要的项目环节，各个模块输出关系相对复杂，学生往往对各个模块波形变换掌握不透彻。在此以该部分内容为例，应用Proteus仿真软件观测各个模块输出电压变换，并将理论结果和实验实测数据进行比较。

1）电路的理论分析

直流稳压电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，如图1所示。其中，u1为电源电压，一般为交流电网电压220 V，通过电源变压器转换成所需要的电压u2，通过整流电路把交流电变换成脉动的直流电U3，再通过滤波电路滤除纹波电压U4，最后通过稳压电路得到稳定的电压

图1 直流稳压电源电路模型

通过电源变压器设置变比将u2输出为10 V，根据桥式整流电路的整流关系、整流（电容）滤波电路关系、7805稳压电路关系得出：

2）电路的Proteus仿真分析

通过Proteus仿真软件建立电路模型（见图2），测得仿真数据。使用示波器观察波形变化，如图3所示。

图2 直流稳压电源电路仿真模型

图3 整流滤波波形、稳压输出波形

3）电路的原理、仿真和实验数据对比

为了比较仿真数据的可靠性，在实验室中实测了直流稳压电源电路各个模块的输出，并与原理计算值和仿真值比较，见表1。

表1 理论值、实验测量、仿真结果比较 （V）

由对比数据可以看出，仿真数据和实测数据以及理论数据较为接近。因此，用仿真实验完全可以替代实验操作。

2.3 实训教学实例

电子实训是电子课程的重要实践部分，是训练学生电路设计、功能调试和元件焊接能力的环节。《四人抢答器的制作》是较为典型的电子实训项目，教师给出一些元器件供学生自选，学生根据功能要求和已有元件设计电路、上板焊接、调试电路、测试功能。由于学生对各个元件的了解有限，所以设计的电路往往存在这样那样的问题，制作过程中也会出现失误，电路装配完成后对调试电路也无从下手，功能测试随即失败。

利用Proteus软件设计四人抢答电路如图4所示。

测试功能如下：

①任一选手按抢答按钮，对应席位指示灯亮；

②任一选手按抢答按钮，数码管显示对应抢答席位号；

③任一选手按抢答按钮，蜂鸣器响起；

④任一选手按抢答按钮，其他选手再抢答无效；

⑤主持人按复位按钮，指示灯灭、数码管不显示、蜂鸣器关。

在实训过程中引入Proteus仿真，让学生在仿真软件上先练习，测试各个元件的功能，可以加深对产品制作功能要求的理解，帮助学生选择正确的元件和设计合理的电路。通过仿真完成电路的搭建和功能测试，再进行制作，能够有效地提高一次成功率。

图4 抢答器电路仿真模型

3 结语

为了培养学生创新能力，必须加强学生的理论学习功底，加强学生的实践能力。将Proteus软件应用在电子技术课程，使理论课程不再枯燥沉闷，让抽象的原理变成具体的演示电路模型，可极大地提高学生对电子技术课程学习的积极性。将Proteus软件应用在电子技术实践课程，使实践环节重塑理论模型，让实践教学反哺理论教学，培养学生主动学习和探索创新的意识。

［1］ 任大新.电子技术实践教学创新改革方法探析［J］.教育观察，2016（11）：81－82.

［2］ 顾秋洁，谭爱国.数字电子技术实验教学模式改革的研究与实践［J］.实验室科学，2016，19（5）：128－130.

［3］ 程思宁，耿强，姜文波，占永宁.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践［J］.实验技术与管理，2013，30（7）：94－97.

［4］ 田竹梅，王爱珍，张白莉.基于创新能力培养的单片机教学改革研究［J］.廊坊师范学院学报（自然科学版），2016，16（1）：119－121.

［5］ 谷善茂，杜德，刘云龙，纪志翔.EDA课程创新实验教学方法探索［J］.实验技术与管理，2015，32（3）：40－43.

［6］ 康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）［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

郑安豫（1981－），讲师，研究方向为电工电子技术。